Структурное звено полимера — это минимальная единица, которая составляет основную цепь полимерной молекулы. Обычно это связано с повторяющейся группой атомов, называемой мономером, которая соединяется с другими мономерами для формирования длинных цепей полимеров. Каждый мономер в цепи вносит свои свойства, определяя физико-химические характеристики всего полимера.
Важность структурных звеньев заключается в том, что они влияют на такие свойства полимеров, как прочность, гибкость и устойчивость к внешним воздействиям. Изменение структуры звеньев, а также количество и порядок соединения мономеров может приводить к созданию пластиков, резин и других материалов с заданными характеристиками.
Чем отличается мономер и структурное звено полимера?
Мономер представляет собой низкомолекулярное вещество, которое используется для получения полимера. Структурное звено, или элементарное звено, представляет собой группу атомов, которая многократно повторяется в макромолекуле. Молекула мономера и структурное звено имеют одинаковый состав, но различное строение.
Структурное звено полимера представляет собой повторяющуюся группу атомов в молекуле полимера.
Чем отличаются мономеры и полимеры?
Мономеры представляют собой небольшие молекулы, способные образовывать химические связи с другими мономерами, образуя полимеры. Полимеры — это высокомолекулярные соединения, образованные длинными цепями более мелких молекул, известных как мономеры.
Определение мономера заключается в его способности химически связываться с другими молекулами, образуя длинные цепи; полимер, в свою очередь, представляет собой цепь из переменного числа мономеров. Мономеры, образующие повторяющиеся молекулярные единицы, связаны в полимеры ковалентными связями.
Мономер
Мономеры — это небольшие молекулы, из которых образуются полимерные молекулы.
Полимерные молекулы являются макромолекулами.
Например, пропилен СН2=СH-CH3 является мономером для полипропилена:
Такие соединения, как α-аминокислоты, являются мономерами при синтезе природных полимеров — белков (полипептидов):
Полимер, макромолекула
Полимеры — это высокомолекулярные соединения, состоящие из больших молекул цепного строения (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).
Примером такого полимера является полиэтилен, образующийся при полимеризации этилена CH2=CH2:
Макромолекула — это название молекулы полимера (от греч. «макрос» — большой, длинный).
Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц массы.
Поясните, что такое «структурное звено» и «степень полимеризации»
23. Объясните, что такое "структурное звено" и "степень полимеризации".
Ответ. Структурное звено представляет собой повторяющийся фрагмент в молекуле полимера. Например, в поливинилхлориде (-CH2-CHCL)n структурное звено — CH2 — CHCL. Количество структурных звеньев в молекуле полимера называется степенью полимеризации.
24. На примере покажите возможность образования полимера со стереорегулярным и стереонерегулярным строением.
Ответ. При полимеризации пропилена получают полипропилен:
25. Рассмотрим процесс получения полиэтилена и полипропилена в промышленности. Напишем уравнения соответствующих реакций:
Процесс проводят при обычной температуре и атмосферном давлении с катализаторами Al(C2H5)3 и TiCl4
26. Подробно опишем свойства полиэтилена, полипропилена и тефлона. Где их применяют?
Ответ. Полиэтилен (-CH2-CH2-)n — материал с высокой прозрачностью и химической стойкостью, слабой теплопроводностью и плохой проводимостью электричества. Он используется для изоляции пленок и в упаковочном производстве.
Полипропилен (-CH2-CH-)n имеет схожие свойства с полиэтиленом, но
плавится при более высокой температуре и обладает большей механической прочностью. Из него изготавливают трубы, канаты и рыболовные сети.
Тефлон или политетрафторэтилен (-CF2-CF2-)n –термостойкое и химически чрезвычайно инертное вещество. Оно превосходит благородные металлы по химической устойчивости и используется для изготовления деталей аппаратов, работающих в агрессивных средах.
27. Составьте уравнения реакций, в которых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакрилат. Где применяются эти полимеры?
Поливинилхлорид используется для изготовления искусственной кожи, труб и изоляционных материалов.
Полистирол применяется для изготовления труб, изоляционных материалов и пенопластов.
Полиметилметакрилат изготавливают очень прочное органическое стекло.
28. На конкретных примерах поясните, чем отличаются реакции поликонденсации от реакций полимеризации.
Ответ. При полимеризации происходит реакция, в результате которой молекулы мономера соединяются в молекулу полимера.
В процессе поликонденсации происходит реакция соединения, сопровождающаяся выделением низкомолекулярного продукта, например воды:
29. Какова суть процесса образования фенолформальдегидной смолы? Какие фенопласты из нее получаются?
Ответ. Фенолформальдегидная смола — это вещество высокой молекулярной массы, образующееся при поликонденсации фенола и формальдегида. Путем добавления различных наполнителей к смоле получают фенол-формальдегидные пластмассы (фенопласты), такие как текстолит, карболит и другие.
30. Какие полимеры относятся к термопластическим, а какие к термореактивным? Приведите примеры.
Ответ. Термопластические полимеры размягчаются и изменяют форму при нагревании, которую сохраняют после охлаждения. Примерами таких полимеров являются полиэтилен и полипропилен. Термореактивные полимеры при нагревании не плавятся и не размягчаются. Примером таких полимеров являются фенопласты.
31. Объясните, кто и когда впервые в мире разработал метод производства каучука. Напишите уравнения.
Ответ. Первый синтетический каучук был получен из бутадиена методом С.В. Лебедева в 1932 году.
32. Оба бутадиеновый и дивиниловый каучуки получаются из одного и того же мономера. Почему же они отличаются по своим свойствам?
Ответ. Дивиниловый каучук обладает стереорегулярной структурой, что делает его более упругим, чем натуральный каучук. Бутадиеновый каучук, напротив, имеет нестабильную структуру, что делает его менее упругим по сравнению с натуральным каучуком.
33. Напишите уравнение образования хлоропренового каучука из 2-хлор-1,3-бутадиена.
34. Охарактеризуйте Вам известный синтетический каучук и обоснуйте его применение для специальных технических целей?
Ответ. 1) Бутадиеновый каучук, представляющий собой полибутадиен с нестабильной структурой, используется для производства кабелей и бытовых предметов.
2) Дивиниловый каучук, представляющий собой полибутадиен с регулярной структурой, обладает высокой износостойкостью и упругостью, и применяется в производстве шин.
Резина представляет собой результат взаимодействия каучука с серой. В отличие от каучука, у нее большая прочность, но меньшая упругость.
36. Какие условия необходимо соблюдать при долгосрочном хранении автомобильных камер, шин, резиновых труб и других изделий? Почему?
Ответ. Резину нельзя хранить при слишком низкой или высокой температуре, так как это приведет к частичной кристаллизации каучука и разрушению сульфидных мостиков между полиизопреновыми цепями, а Вызовет ухудшение механических свойств резины.
37. Какие основные виды волокон вы знаете? Приведите примеры.
Ответ. Основные виды волокон — природные, искусственные и синтетические. Примерами природного волокна являются хлопок (C6H10O5)n, ацетатное волокно [C6H7O2(OCOH3)3]n — пример искусственного волокна, а капрон [-NH- (CH2)5-CО-]n — пример синтетического волокна.
38. В чем разница между искусственными волокнами и синтетическими? Приведите примеры.
Ответ. Искусственные волокна получаются путем химической модификации природных веществ. Например, ацетатное волокно
[C6H7O2(OCOCH3)3]n получают в синтеза без использования природных соединений.
39. Назовите наиболее известное вам полиамидное волокно. Охарактеризуйте свойства и получение этого волокна.
Ответ. Самое известное полиамидное волокно – капрон
Его получают поликонденсацией 6-аминогенсановой кислоты, образующейся при гидролизе капролактама. Капрон обладает высокой прочностью, однако разрушающиеся кислотами и не выдерживает высоких температур.
40. Напишите уравнение реакции окисления n-ксилола. Для каких целей используется продукт реакции?
Продукт реакции – терефталевая кислота используется для получения синтетического волокна лавсана.
41. Почему лавсан относят к полиэфирным волокнам?
Ответ. Лавсан (полиэтилентерефталат) образуется при соединении этиленгликоля и терефталевой кислоты. Молекулы лавсана содержат сложноэфирные связи –O-CO-, поэтому он относится к полиэфирным волокнам.
42. Каковы особенности лавсана и где его используют?
Ответ. Лавсан обладает высокой прочностью и химической стойкостью. Его применяют для производства немнущихся тканей, ремней, парусов и транспортных лент.
43. Какое углеводородное сырье используется для синтеза полиэтилена и фенопластов?
Ответ. Полиэтилен можно синтезировать из природного газа:
Фенопласты производят из фенола и формальдегида:
Для получения фенола используют каменноугольную смолу, полученную из каменного угля. Формальдегид получают путем окисления метана: CH4+O2→H2C=O+H2O
44. Приведите примеры природных волокон растительного и животного происхождения. Какие недостатки у этих волокон по сравнению с синтетическими?
45. Каковы преимущества искусственных волокон перед природными?
46. В чем различие свойств полиэтилена высокого и низкого давления? Чем обусловлено это различие?
47. Формальдегид может полимеризоваться в месте двойной связи, образуя полиформальдегид, в цепи которого чередуются атомы углерода и кислорода. Составьте схему реакции полимеризации формальдегида. Какими свойствами обладает полиформальдегид?
Этот полимер обладает отличными механическими свойствами и применяется для производства деталей машин, пленок, и волокон.[21, 22]
На протяжении всей истории человечество использовало химию в своей повседневной жизни. Важную роль играет химия в современной промышленности, включая такие продукты, как пластмассы, резины, синтетические волокна и многое другое. Сегодня химическая промышленность производит тысячи различных продуктов.
Химия и химическая промышленность стали одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Для решения проблем в области охраны окружающей среды необходимо принять комплекс мер, включающий в себя химические, физические и биохимические методы.
В природе существует целая группа веществ, которые отличаются особыми физическими свойствами, такими как высокая вязкость растворов и способность образовывать волокна и пленки. К ним относятся целлюлоза, лигнин, пентозаны, крахмал, белки и нуклеиновые кислоты, которые широко распространены в растительном и животном мире.
Такие соединения получили название высокомолекулярных соединений из-за большого молекулярного веса, отличающего их от низкомолекулярных веществ. В настоящее время в высокомолекулярные соединения включают вещества с молекулярным весом более 5000.
Молекулы высокомолекулярных соединений называют макромолекулами, а химию высокомолекулярных соединений — химией макромолекул.
Благодаря многочисленным исследованиям удалось не только понять строение некоторых природных высокомолекулярных соединений, но и разработать способы синтеза их заменителей из доступных сырьевых материалов. Удалось создать синтетический каучук, искусственные волокна, пластмассы, лаки, краски и заменители кожи. На первых этапах развития синтетические материалы использовались в основном как заменители природных материалов, но с течением времени, благодаря усовершенствованию технологий их производства, синтетические высокомолекулярные соединения стали использоваться в различных отраслях промышленности, где они являются незаменимыми материалами для конструкций и защиты от коррозии. Однако с этими материалами связаны и проблемы, связанные с их эксплуатацией и утилизацией, которые нужно решать.
1. Учебник "Химия: Органическая химия. Основы общей химии (Обобщение и углубление знаний)" Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман для 11 класса.-М.: Просвещение, 2004.- 160с.
2. Учебник "Химия: 10-й класс" Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман для общеобразовательных учреждений. — М.: ООО «Издательство АСТ»: ООО «Издательство АСстрель», 2004.- 159с.
3. Пособие по химии для поступающих в вузы Г. П. Хомченко. — 3-е изд. Испр. И доп. М.:ООО Издательство Новая Волна», Издатель Умеренков, 2004.- 464с.
4. "Химия, 11 класс" Л. С. Гузей, Р. П. Суровцева, Г. Г. Лысова — М.: "Дрофа", 1999. -240с.
5. "Вопросы, упражнения и задачи по органической химии с ответами и решениями" В.Я. Вивюрский. — М.: Гуманит. Изд. Центр ВАДОС, 1999. — 688с.
6. "Технология полимеров" В. А. Воробьев, Р. А. Андрианов. — М.: Высш. школа, 1990. — 303с.
7. А. Ф. Николаев. Синтетические полимеры и их применение в пластмассах. — Издательство "Химия", 1992. — 768 страниц.
8. Д. Г. Бачурин. Полимеры: исследования и применение в промышленности. — Издательство "Химия", 1990. — 112 страниц.
9. Т. В. Башкатов, Я. Л. Шигалин. Технология синтетических каучуков. — Москва "Химия", 1990. — 334 страниц.
10. Ф. Фурне. Синтетические волокна: производство и переработка. — Москва "Химия", 1995. — 684 страниц.
11. В. М. Патапов, С. Н. Татаринчик, А. В. Аверина. Задачи и упражнения по органической химии. — Москва "Химия", 1997. — 144 страниц.
12. Э. М. Мовсумзаде и др. Химия в вопросах и ответах с использованием ЭВМ. — Москва "Высшая школа", 1991. — 191 страница.
13. Химия и жизнь (Солтерсовская химия) Часть II Химические новеллы: Пер. с англ. – Москва РХТУ им. Д. И. Менделеева, 1997. — 437 страниц, иллюстрации.
14. Солтерская химия и ее роль в жизни: Часть III Химические истории: Перевод с английского. – Москва: Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, 1997. — 437с.
15. Третий том Энциклопедии полимеров. Редакционная коллегия: Каргин В. А. и другие. – Москва: Советская энциклопедия, 1972.
16. Кузьменко Н. Е., Еремин В. В. Химия. 2400 задач для школьников и поступающих в вузы. — Москва: Дрофа, 1999. — 560 с.
17. Исидоров В. А. Учебное пособие по экологической химии для вузов. – Санкт-Петербург: Химиздат, 2001. – 304 с.
18. Селезнев А. В. Свойства поливинилхлорида и материалов на его основе // Экология и промышленность России.- 2001.- №11.- с. 35-37.
19. Микитюк А. Д. Сборник информации о полимеризации // Химия в школе.- 2002.- №4.- с. 56-62.
20. Вивюрский В.Я. Органическая химия: вопросы, упражнения и задачи с ответами и решениями. — Москва: Гуманитарный издательский центр ВАДОС, 1999. — 688с.
22. Барковский Е. В., Врублевский А. И. Изучение химии через тесты, издательство Юнипресс, Минск, 2002
23. Химия: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Е. А. Алферова, Н. С. Ахметов, Н. В. Богомолова и др. Издательство Дрофа, Москва, 1999. Страницы 485-498
Данные о исследовании "Формирование основных понятий о высокомолекулярных веществах в курсе средней школы с экологической составляющей"
Категория: Педагогика Общее количество символов с учетом пробелов: 79614 Количество таблиц: 1 Количество изображений: 8
Что такое структурное звено полимера
Полимеры — это вещества с большим молекулярным весом (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), изготовленные путем химического соединения большого количества низкомолекулярных соединений (мономеров).
Биополимеры, такие как белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, относятся к естественным высокомолекулярным соединениям, а синтетические — это различные виды пластмасс, синтетических каучуков и волокон.
Полимеры состоят из мономеров, которые могут быть одинаковыми или различными, играющими роль отдельных звеньев в макромолекуле полимера.
I. Основные понятия
1). Мономер
Молекула мономера, из которой образуется полимер, называется низкомолекулярным соединением.
Примером такого соединения является пропилен СН2=СH–CH3, который служит мономером для образования полипропилена.
Полимер представляет собой макромолекулу.
Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. "поли" — много, "мерос" — часть).
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2, является примером полимера.
Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. "макрос" — большой, длинный).
Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.
Структурное звено полимера, состоящее из мономерных звеньев.
Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.
В формуле макромолекулы это звено обычно выделяют скобками.
Структурное звено имеет такую же структуру, как и исходный мономер, поэтому оно также называется мономерным звеном.
4). Коэффициент полимеризации
Коэффициент полимеризации — это число, показывающее, сколько молекул мономера соединяется в макромолекулу.
В формуле макромолекулы коэффициент полимеризации обычно обозначается индексом "n" в скобках, содержащих структурное (мономерное) звено:
Для синтетических полимеров обычно n ≈ 10 2 -10 4 ; а самые длинные из известных природных макромолекул — ДНК (полинуклеотиды) — имеют коэффициент полимеризации n ≈ 10 9 -10 10 .
5). Молекулярная масса макромолекулы связана с коэффициентом полимеризации следующим соотношением:
М(макромолекулы) = M(звена) • n,
где n — коэффициент полимеризации, M — относительная молекулярная масса
(подстрочный индекс r в обозначении относительной молекулярной массы Мr в химии полимеров обычно не используется).
В случае полимера, состоящего из множества макромолекул, понятия молекулярная масса и степень полимеризации приобретают другую значимость. При возникновении полимера в результате реакции в каждой макромолекуле содержится переменное количество молекул мономера в зависимости от того, когда заканчивается рост полимерной цепи.
Следовательно, некоторые макромолекулы содержат больше мономерных звеньев, а другие — меньше. Это означает, что образуются макромолекулы с разной степенью полимеризации и, следовательно, с различной молекулярной массой (так называемые полимергомологи).
Следовательно, молекулярная масса и степень полимеризации полимера представляют собой средние величины:
Mср(полимера) = M(звена) • nср
II. Свойства полимеров
Особенности механических свойств полимеров:
- гибкость — способность к большим обратимым деформациям при невысокой нагрузке (например, у каучуков);
- низкая хрупкость у стеклообразных и кристаллических полимеров (например, пластмассы, оргстекло);
- способность макромолекул к ориентации под воздействием направленного механического поля (используется для производства волокон и пленок).
Особенности свойств полимерных растворов:
- высокая вязкость раствора при низкой концентрации полимера;
- растворение полимера происходит через стадию набухания.
Особенности химических свойств:
- способность резко изменять свои физико-механические свойства под воздействием небольших количеств реагента (например, вулканизация каучука, дубление кожи и т. д.).
Уникальные свойства полимеров объясняются не только их большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью, которая уникальна для неживой природы.
III. Различные состояния полимеров
В зависимости от их структуры и внешних условий полимеры могут находиться в аморфном или кристаллическом состояниях.
- Аморфное состояние полимера характеризуется отсутствием упорядоченности в расположении макромолекул.
- Кристаллическое состояние возможно только для стереорегулярных полимеров и существенно отличается от упорядоченного кристаллического состояния низкомолекулярных веществ. Для кристаллических полимеров характерна лишь частичная упорядоченность макромолекул из-за длинного цепного строения.
Когда говорят о кристалличности полимеров, имеют в виду упорядоченное расположение отдельных участков цепных макромолекул.
В любом кристаллическом полимере существуют аморфные области, и говорят о степени его кристалличности. Такая степень может изменяться у одного и того же полимера в зависимости от внешних условий. Например, при растяжении образца происходит взаимная ориентация макромолекул, что способствует их упорядоченному параллельному расположению, увеличивая тем самым кристалличность полимера. Это свойство полимеров применяется при вытяжке волокон для придания им дополнительной прочности.
IV. Применение синтетических веществ
Изделия из полимеров широко применяются в различных сферах промышленности и быта благодаря их механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам. Среди основных типов полимерных материалов — пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, и ионообменные смолы.
В применении в технике полимеры используются в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов. Они являются хорошими электроизоляторами и широко применяются в производстве различных электрических конденсаторов, проводов, кабелей. Синтетические полимеры могут использоваться как в чистом виде, так и в сочетании с другими материалами (наполнителями, красителями, стабилизаторами и т. д.), чтобы придать им специфические свойства. Например, сочетая фенолформальдегидную смолу с хлопчатобумажной тканью, получаем текстолит; со стекловолокном — стеклопласт; а с бумагой — гетинакс.
Из полимеров были получены материалы, которые обладают полупроводниковыми и магнитными свойствами. Важность биополимеров заключается в том, что они являются основой всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.
труктура и классификация полимеров
Полимеры — это высокомолекулярные соединения, состоящие из одинаковых или различных звеньев, соединенных химическими связями в длинные цепи.
Звеньями цепи могут быть как отдельные атомы, так и группы атомов.
Степень полимеризации (Р) — это количество повторяющихся звеньев в цепи. Она определяет молекулярную массу полимера (М).
М = т • Р, где т — молекулярная масса звена.
Структурное звено — это группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле.
В формуле макромолекулы это звено обычно выделяют скобками.
Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его также называют мономерным звеном.
Переименование полимеров и олигомеров происходит путем добавления к названию мономера приставки "поли" или "олиго" (к примеру, полиэтилен, полистирол, олигостирол, олигобутадиен, сополимер этилена с пропиленом).
Химические формулы прописываются без учета концевых групп.
Некоторые полимеры имеют торговые названия (как, например, найлон или поли-8-капролактам, фенопласт или фенолформальдегидная смола, тефлон или политетрафторэтилен).
Классификация полимеров
В настоящее время известно большое количество полимеров. Они могут быть классифицированы в зависимости от нескольких критериев: молекулярной массы, количества мономерных звеньев, структурной формы, и происхождения.
По молекулярной массе полимеры делятся на высокомолекулярные соединения, олигомеры и низкомолекулярные соединения.
- При М>5000–10000 — это высокомолекулярное соединение,
- М=500–5000 – олигомер,
- М — низкомолекулярное соединение.
По числу мономерных звеньев в цепи полимеры разделяют на гомополимеры и сополимеры.
- Гомополимеры состоят из одинаковых звеньев (например, полиэтилен – (-СН2-СН2-)n )
- Сополимеры состоят из двух или более различных звеньев (например, бутадиен-стирольный сополимер)
Согласно структуре звеньев, сополимеры можно классифицировать следующим образом:
а) статистические – мономерные звенья расположены беспорядочно по цепи;
б) чередующиеся (альтернирующие) – с жестким чередованием звеньев в цепи;
в) блочные (блок-сополимеры) – линейные макромолекулы, состоящие из чередующихся протяженных последовательностей звеньев (блоков), отличающихся по составу или структуре;
г) привитые сополимеры – разветвленные макромолекулы, состоящие из нескольких химически связанных последовательностей мономерных звеньев: основной цепи и боковых ответвлений, отличающихся по составу или структуре.
По структурной форме полимеры подразделяются на линейные, разветвленные и сшитые.
Основной цепью макромолекул линейных полимеров является цепь, состоящая из повторяющихся звеньев, соединенных в линейную структуру.
Полимеры с боковыми ответвлениями состоят из макромолекул, у которых основная цепь содержит произвольно расположенные боковые ответвления длиной от нескольких атомов до размеров основной цепи в отличие от линейных полимеров. Звездообразные полимеры — особый случай разветвленных полимеров, где макромолекулы представляют собой группу цепей, выходящих из одного центра. Также к разветвленным полимерам относятся гребнеобразные полимеры, содержащие короткие ответвления в каждом звене, как, например, полигексадецилакрилат.
Сплетенные или переплетенные полимеры формируются из макромолекул, создающих трехмерную структуру, охватывающую весь образец; в сплетенных полимерах макромолекулы в значительной степени теряют свою собственную природу. К сплетенным иногда относятся так называемые лестничные полимеры, чьи две параллельные цепи соединены поперечными связями в каждом звене.
Графическое представление макромолекул различной топологии:
А — прямой полимер; Б, В, Г — разветвленные; В — звездчатая; Г — гребенчатая; Д, Е — сшивающие; Е — лестничного типа.
По происхождению полимеры подразделяют на природные, искусственные и синтетические.
- Примерами природных полимеров являются белки, целлюлоза, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук, алмаз, графит.
- Искусственными считаются модифицированные природные полимеры, такие как нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы.
- Синтетическими называют полимеры, полученные в результате синтеза в реакторе, например полиэтилен, полистирол, полипропилен.
(природные полипептиды 20 α-аминокислот с соответствующим R и R ’)
Полисахариды
поли-1,4-β, D-глюкопиранозид (целлюлоза)
Кислота нуклеиновой:
РНК — R — аденин, гуанин,
тимин, цитозин и Х — ОН:
ДНК — R — аденин, гуанин, цитозин, урацил и Х — Н.
Модифицированные природные полимеры, такие как нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы, можно отнести к искусственным полимерам.
Искусственные волокна, такие как вискозные, медноаммиачные и ацетатные, имеют большое значение среди искусственных полимеров. Они производятся из природных полимеров (древесная или хлопковая целлюлоза) путем химической переработки.
Синтетические полимеры получают из органических низкомолекулярных соединений (мономеров) путем полимеризации или поликонденсации. Главным источником мономеров являются углеводороды, производимые из нефти, природного газа и каменного угля.
уравнения полимеризации
Все события, связанные с этими явлениями, потому что почти все окружение, в котором мы существуем, состоит из полимеров.
Эта статья написана Саидом Лутфуллиным
Полимеризация — это процесс образования высокомолекулярного соединения из низкомолекулярного. Полимер — это вещество с большой молекулярной массой, состоящее из многократно повторяющихся сегментов, связанных между собой.
Где можно встретить полимеры в повседневной жизни?
Повсюду. Везде, куда вы ни посмотрите. Полимеры глубоко влияют на нашу жизнь и определяют ее.
Ткани (натуральные и синтетические), пластмассы и резина — все они состоят из полимеров. Наше тело само по себе является полимером.
Давайте вспомним определение жизни по Энгельсу:
«Жизнь есть способ существования белковых тел…».
Белки — это природные биополимеры, к которым также относятся нуклеиновые кислоты и полисахариды.
Какие субстанции способны участвовать в процессе полимеризации?
Ответ прост: субстанции, содержащие двойные или тройные связи.
Давайте рассмотрим основное уравнение для реакции полимеризации, например, схему образования полиэтилена (используется для изготовления пакетов, бутылок, упаковочной пленки и других продуктов):
По нашим наблюдениям, π-связь ломается, и атомы углерода одной молекулы соединяются с атомами углерода соседних молекул, образуя длинную цепь полимера. Поскольку длина полимера может быть несколько сотен структурных звеньев, точное число которых невозможно предсказать из-за различий в молекулах, и чтобы избежать записи всей цепи, реакцию полимеризации записывают следующим образом:
Число структурных звеньев в молекуле обозначается как n.
Мономер — это исходное низкомолекулярное вещество, которое участвует в реакции полимеризации.
Не путайте структурное звено с мономером.
Мономер и структурное звено имеют одинаковый качественный и количественный состав, но отличаются химическим строением (например, количеством кратных связей).
Уравнения полимеризации:
- Образование изопренового каучука (природный каучук также изопреновый, но имеет строго цис-структуру) из 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена):
- Производство хлорпренового каучука (синтетического каучука) из 2-хлорбутадиена-1,3 (хлорпрена):
- Создание полистирола (пластмассы) из винилбензола (стирола):
- Процесс образования полипропилена из пропена (пропилена):
Каучуки – это семейство полимеров, которые объединены общими свойствами (такими как эластичность, электроизоляция и т.д.) и служат сырьем для производства резины. Изначально для этого использовался натуральный каучук из сока каучуковых растений. Позже начали производить синтетические каучуки.
В СССР в 1926 году прошел конкурс на лучший способ получения синтетического каучука, который был выигран С.В. Лебедевым.
Его метод заключался в том, что из этилового спирта получали бутадиен-1,3. Этиловый спирт производили из растительного сырья путем брожения, которое было изобильно в СССР, что делало производство более экономичным. После полимеризации бутадиен-1,3 превращался в синтетический каучук:
Для преобразования каучука в резину используется процесс вулканизации.
Вулканизация представляет собой процесс соединения нитей полимера-каучука в одну сеть, что улучшает его упругость, прочность и стойкость к органическим растворителям.
На схеме ниже показан процесс вулканизации бутадиенового каучука, при котором образуются дисульфидные мостики между молекулами полимера:
Необходимо различать процессы полимеризации от процессов поликонденсации.
Поликонденсационная реакция — это процесс образования высокомолекулярного соединения из низкомолекулярного с выделением побочного продукта (воды, аммиака, сероводорода и т.д.)
Способность вещества участвовать в поликонденсационной реакции обусловлена наличием по крайней мере двух различных функциональных групп.
Давайте рассмотрим это на примере аминокислот:
Соединившиеся друг с другом две аминокислоты образуют пептидную связь и выделяют воду в качестве побочного продукта. При добавлении к этой цепи остатков аминокислот происходит образование белка. Способность аминокислот претерпевать реакцию поликонденсации объясняется наличием в их структуре двух функциональных групп: карбоксильной и аминогруппы. В результате реакции поликонденсации, помимо полипептидов (белков), образуются нуклеиновые кислоты и полисахариды.
В стремлении к улучшению качества продукции, человек научился создавать настолько прочные полимеры, что они могут не разлагаться в течение нескольких тысяч лет. Иногда при их разложении в окружающую среду выделяются опасные вещества, что представляет собой значительную экологическую проблему. В настоящее время открываются заводы по переработке пластмасс.
Если каждый из нас будет активно участвовать в утилизации пластиковых отходов, мы сможем существенно влиять на сохранение нашего общего дома — планеты Земля и ее природы.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Структурное звено полимера — это группа, заключенная в квадратные скобки. Степень полимеризации определяется числом молекул мономера п, которые образуют цепь полимера. [4]
Из табл. VI.2 можно получить значение молекулярной энергии когезии для некоторых полимеров. Это значение необходимо разделить на Z — число атомов в цепи главных валентностей, отнесенное к одному структурному звену полимера. [7]
Для количественной оценки взаимодействия растворителя с полимером необходимо определить теплоту взаимодействия этого растворителя с соответствующими модельными соединениями. В качестве модельных соединений рекомендуется использовать низкомолекулярные аналоги структурного звена полимера. [8]
Коэффициент пересчета равен 22 4 умножить на 103 / F, где V — объем вещества полимера . [9]
Коэффициент пересчета составляет 22 4 умножить на 103 / F, где V — объем молекулы полимера . [10]
Графики на рисунках можно приблизить прямой линией, проходящей через начало координат. Лучшее соответствие наблюдается между Vg и Vw Отдельные групповые вклады не обладают таким параллелизмом. Это видно из таблицы IV.4, где сравниваются групповые вклады в Vg и Vw Очевидно, значительные изменения отношений групповых вкладов частично компенсируются при объединении различных групп в молекуле полимера . [12]
