Силикон - каучук из кремнезема

Кремний. Элемент, наиболее близкий к углероду. Казалось бы, этот элемент, так же как углерод, должен давать огромное разнообразие соединений. Однако это не так. Атом кремния больше атома углерода, в нем больше электронов, валентные электроны дальше от ядра. Все это приводит к тому, что кремний отнюдь не расположен образовывать длинные цепочки, как это делает его более легкий собрат. Правда, были синтезированы цепи из восьми атомов кремния, но такие соединения оказались неустойчивыми. Ни о каком многообразии не могло быть и речи.

Но вот в 30-х годах советский химик К. А. Андрианов решил: для того чтобы получать длинные и разнообразные молекулы, включающие атомы кремния, вовсе не обязательно, чтобы эти атомы были непосредственно связаны друг с другом. Такие соединения есть в природе, атомы кремния в них чередуются с атомами кислорода. Мы имеем в виду обычный речной песок - кремнезем: каждый атом кремния соединен с четырьмя атомами кислорода, а каждый кислород держится за два кремния; в результате получается прочнейшая объемная сеть (на рисунке она двухмерная)

Стоит ли говорить о термической устойчивости кремнезема? Ведь именно из чистого кремнезема - кварца - изготавливают огнеупорную химическую посуду. Да и химические реагенты кварцу нипочем. Но есть у него один большой недостаток - полное отсутствие пластичности, хрупкость, нерастворимость.

А что, если получить не объемную, а линейную молекулу, если синтезировать этакий гибрид кремнезема и обычного органического полимера? Андрианов предложил при построении новых полимеров взять за основу структуру кремнезема, т. е. цепь из чередующихся атомов кремния и кислорода, но изменить ее так, чтобы каждый атом кремния был связан с двумя кислородами и с двумя органическими радикалами:

Такие полимеры стали называть полиорганосилоксанами или силиконами. Получить их несложно. Сначала из кремния и алкилгалогенида готовят мономер - диалкилдихлорсилан, например:

А дальше - реакция гидролитической поликонденсации:

Вместо этила может быть метил, фенил, другие группировки, и, в зависимости от этого, будут получаться силиконы с разными свойствами. Но некоторые уникальные свойства присущи всем силиконовым полимерам.

Силиконовый каучук сохраняет эластичность в очень широком интервале температур (от -60 до 200°С). Разве сравнится с ним обычная резина? Гораздо устойчивее резины силиконы и к органическим растворителям, маслам, озону, ультрафиолетовому свету.

Если молекулярная масса силиконового полимера не очень велика, то он имеет жидкую консистенцию,

У такой силиконовой жидкости есть замечательное свойство - ее вязкость очень мало зависит от температуры. Поэтому из силиконов делают смазочные материалы, которые могут работать и в Антарктиде, и в разогретой печи.

Не удивительно, что сейчас производятся десятки тысяч тонн силиконовых полимеров в год, и это производство расширяется.