Соединения с молекулярными массами от нескольких тысяч до миллионов получили название высокомолекулярных (полимерных). В настоящее время научились синтезировать много различных ВМС, нашедших применение для изготовления различных материалов: пластмасс, волокон, эластомеров.
Читать тему online: Поясните, что такое «структурное звено» и «степень полимеризации».
Для этих материалов очень важны физико-механические свойства – их прочность, эластичность, термостойкость и др. В результате изучения ВМС установлено, что их физико-механические свойства зависят, прежде всего, от формы молекулы, химический состав играет подчиненную роль. По форме молекул различают два крайних типа полимеров: линейные (нитевидные) и трехмерные (объемные, глобулярные).
Существует и много др. Полимеров, занимающих промежуточное положение между этими крайними типами. Характерные особенности линейных полимеров – это способность образовывать прочные волокна и пленки, значительная эластичность, способность растворяться, а при повышении температуры – плавиться. Типичные представители линейных полимеров – каучук и его синтетические аналоги, полиамидные волокна. Трехмерные полимеры не плавятся, нерастворимы, значительно менее эластичны, чем линейные полимеры, часто даже хрупки. Линейные полимеры можно превратить в трехмерные, «сшивая» цепные молекулы в пространственную сетку. Именно такой процесс происходит при вулканизации каучука.
Другие типичные представители трехмерных полимеров – фенолоформальдегидные и глифталевые смолы. Конечно, не только форма, но и химическая природа макромолекулы влияет на физико-механические свойства полимера.
В зависимости от состава основной цепи различают полимеры карбоцепные (полимерная цепь состоит только из атомов углерода) и гетероцепные (в состав полимерной цепи входят атомы и др. Важный класс образуют элементоорганические полимеры, в которые помимо обычных элементов-органогенов входят и атомы др. Элементов – кремния, фосфора, бора, титана и др. ВМС возникают в результате соединения множества молекул низкомолекулярных веществ – мономеров. Это может осуществляться путем полимеризации или поликонденсации. Соответственно полимеры по способам получения разделяют на полимеризационные и поликонденсационные. Реакция полимеризации заключается в присоединении друг к другу большого числа молекул мономеров.
Реакции полимеризации идут за счет присоединения к кратным связям или за счет раскрытия циклов. Цепной реакции дает толчок кокой-то инициатор. Инициатором часто служат вещества, легко распадающиеся на свободные радикалы. Большое значение в технике имеет совместная полимеризация смеси мономеров: такой процесс называется сополимеризацией.
Меняя состав смеси мономеров, можно тонко регулировать свойства получаемых материалов. Особое значение приобрела полимеризация олефинов, при которой образуются ценные высокомолекулярные материалы. Полиэтилен – это по существу насыщенный углеводород с молекулярной массой от 20 тысяч до миллиона.
Он представляет собой прозрачный материал, обладающий высокой химической стойкостью, температура размягчения 100-130°С, предел прочности при растяжении 120-340 кг/см², имеет низкую тепло- и электропроводность. CH2=CH2 → ∙∙∙–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–∙∙∙ Полипропилен получают из пропилена аналогично полиэтилену. Это прозрачный материал с температурой размягчения 160-170°С, предел прочности при растяжении 260-500 кг/см², обладающий хорошими электроизоляционными свойствами. Особенностью полимеризации является получение нескольких видов строения молекулы: атактический полимер (1), синдиотактический полимер (2), изотактический полимер (3):.
10 кл Федотова Е.А.учитель химии МБОУ Изыхская СОШ Особую, очень важную, группу органических веществ составляют высокомолекулярные соединения (полимеры). Масса их молекул достигает нескольких десятков тысяч и даже миллионов.
Какова роль этих соединений?. Во-первых, полимерные вещества являются основой Жизни на Земле. Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов. Во-вторых, благодаря особым, только для них характерным свойствам, полимеры широко используются при изготовлении самых разнообразных материалов: Мономер. Низкомолекулярные соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.
Например, пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена: Структурное звено макромолекулыГруппа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHClCH2-CHCl. Поливинилхлорид В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками: (-CH2-CHCl-)n По строению структурного звeна можно сказать о том, какой мономер использован в синтезе данного полимера. Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном. Степень полимеризацииСтепень полимеризации - это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу. В формуле макромолекулы степень полимеризации обычно обозначается индексом 'n' за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: n 1 Геометрическая форма макромолекулГеометрическая форма макромолекулы пространственная структура макромолекулы в целом.
Для макромолекул характерны три основные разновидности геометрических форм (каждый шарик на рисунках условно означает структурное звено). Линейная форма (например, полиэтилен низкого давления, невулканизованный натуральный каучук и т.п.): Разветвленная форма (полиэтилен высокого давления и др.): Пространственная (трехмерная или сетчатая) форма (например, вулканизованный каучук): СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛИМЕРОВ. Кроме того, следует отметить, что некоторые полимеры получают не из мономеров, а из других полимеров, используя химические превращения макромолекул (например, при действии азотной кислоты на природный полимер целлюлозу получают новый полимер нитрат целлюлозы). Мономеры, способные к полимеризации Мономерами в полимеризации могут быть вещества, способные вступать в реакции присоединения. Это непредельные соединения, содержащие двойные или тройные связи: а также некоторые вещества циклического строения. Схема полимеризацииСхематически реакцию полимеризации часто изображают как простое соединение молекул мономера в макромолекулу.
Например, полимеризация этилена записывается следующим образом: n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n, или СH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 +.CH2-CH2- + -CH2-CH2- + -CH2-CH2(-СН2-СH2-)n. Мономеры, способные к поликонденсации В поликонденсацию могут вступать соединения, содержащие не менее двух функциональных групп, способных к химическому взаимодействию.
Например, соединение с двумя разнородными функциональными группами: аминокислоты H2N - R - COOH полиамиды оксикислоты HO - R - COOH полиэфиры; или два соединения, каждое из которых содержит одинаковые функциональные группы, способные взаимодействовать с группами другой молекулы: двухатомные спирты и двухосновные (дикарбоновые) кислоты: HO-R-OH + HOOC-R`-COOH полиэфиры. Диамины и двухосновные кислоты: H2N-R-NH2 + HOOC-R`-COOH полиамиды.
ПоликонденсацияПoликонденсация - процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов. Например, получение капрона из аминокапроновой кислоты: n H2N-(CH2)5-COOH H-NH-(CH2)5-CO-n-OH + (n-1) H2O; или лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля: n HOOC-C6H4-COOH + n HO-CH2CH2-OH HO-(-CO-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-)n-H + (n-1) H2O СТРОЕНИЕ МАКРОМОЛЕКУЛ. Понятие строение молекулы включает в себя представления о химическом, пространственном и электронном строении. Химическое строение - последовательность химических связей атомов в молекуле (А.М. Пространственное строение определенное расположение атомов молекулы в пространстве (геометрия молекулы). Физические состояния полимеров.
В зависимости от строения и внешних условий полимеры могут находиться в аморфном или кристаллическом состояниях. Аморфное состояние полимера характеризуется отсутствием упорядоченности в расположении макромолекул. Кристаллическое состояние возможно лишь для стереорегулярных полимеров. Геометрическая форма макромолекул в значительной степени влияет на свойства полимеров:. линейные и разветвленные полимеры термопластичны, растворимы;.
линейные полимеры имеют наибольшую плотность, их макромолекулы способны к ориентации вдоль оси направленного механического поля (это используется, например, при формовании волокон и пленок);. полимеры сетчатого (пространственного) строения, не плавятся, не растворяются, а только набухают в растворителях; определение молекулярной массы для таких полимеров утрачивает смысл (нет отдельных макромолекул, все цепи сшиты в единую сетку). Сетчатые структуры могут быть получены из термореактивных полимеров. Названия полимеровСуществуют два основных способа названий полимеров. Название полимера строится по названию исходного мономера с добавлением приставки 'поли' (полиэтилен, полистирол и т.п.).
Этот способ используется обычно для полимеров, полученных путем полимеризации. Полимеру дается тривиальное название (лавсан, нитрон, найлон и т.п.), которое не отражает строения макромолекул, но удобно своей краткостью. Данный способ применяют создатели полимерных материалов (фирмы, научные и производственные коллективы). Так, название ЛАВСАН присвоено полимеру –O–CH2–CH2–O–CO–C6H4–CO–n полиэтиленгликольтерефталат как сокращенное название ЛАборатории Высокомолекулярных Соединений Академии Наук. Фенолформальдегидные смолы -Фенолформальдегидные смолы. продукты поликонденсации фенола с формальдегидом. Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария).
Композиционный материал (композит)- это материал, в котором наряду с основным веществом содержатся упрочняющие или модифицирующие компоненты. В состав композита входят: связующее вещество (обычно полимер), наполнитель, пластификаторы, свето- и термостабилизаторы, красители и т.п. Вот некоторые примеры наполнителей в композитах: сажа в резине, ткань в текстолите, бумага в гетинаксе, стеклоткань и стекловолокно в стеклопластиках.