Глава 15. Синтетические высокомолекулярные соединения

После изучения этой темы вы должны знать:

• общие понятия химии высокомолекулярных соединений: мономер, полимер, структурное звено, степень полимеризации, средняя молекулярная масса;

• классификация полимеров по основным признакам: происхождение, химический состав, структура макромолекулы, пространственная структура макромолекулы, физические свойства (аморфное или кристаллическое строение, отношение к нагреванию);

• основные методы синтеза ВМС - полимеризация и поликонденсация;

• особенности строения ВМС и зависимость свойств полимеров от их строения;

• вещества и материалы, широко используемые в практике: искусственные волокна, каучуки, волокна.

Полимеры – высокомолекулярные органические соединения (ВМС), молекулы которых имеют большую молекулярную массу, достигающую иногда нескольких миллионов. Полимер представляет собой смесь макромолекул с различной молекулярной массой. Поэтому для полимеров используется понятие «средняя молекулярная масса».

Например, М_{r ср} –(-СН₂ –СН₂-)_n– = 3 000 000

Мономер – исходное низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер.

Элементарное (структурное) звено – одинаковые многократно повторяющиеся звенья в макромолекуле полимера. Макромолекула – молекула полимера.

С

макромолекула

тепень полимеризации (n) – число элементарных звеньев в молекуле полимера.

степень полимеризации

n

структурное звено

CH₂=CH₂ ^{p, t,кат} -(– CH₂ – CH₂–)-_n

мономер

Классификация полимеров

Существуют разные классификации полимеров.

I. По происхождению полимеры делят на:

4. Природные (биополимеры): полисахариды (крахмал, целлюлоза), белки, нуклеиновые кислоты;

5. Искусственные – полученные из природных полимеров путем их химических превращений (целлулоид, волокна: ацетатное, медноамиачное, вискозное).

6. Синтетические – полученные из мономеров: каучуки, волокна, пластмассы.

Примечание: Волокна – высокомолекулярные вещества, имеющие линейное строение и сформированные в виде нитей.

Каучуки – продукты полимеризации алкадиенов и их производных.

Пластмассы – высокомолекулярные соединения, в состав которых входят также вещества улучшающие физические свойства полимера: стабилизаторы (повышают стойкость к свету), пластификаторы (улучшают эластичность, морозостойкость, огнестойкость), красители.

II. По составу полимеры подразделяют на:

1. Органические;

2. Элементорганические (поликарбораны, кремнийорганические);

3. Неорганические полимерные (олово, селен, теллур, аморфная сера, черный фосфор, кварц, корунд, алюмосиликаты).

III. По химическому составу:

1. Гомополимеры (макромолекулы содержат одинаковые структурные звенья);

2. Гетерополимеры (состоят из разных остатков мономеров). Такие полимеры называют также сополимеры.

IV. По структуре макромолекулы:

1. Линейные (высокоэластичные)

В макромолекулах линейных полимеров структурные звенья последовательно соединены друг с другом в длинные цепи. Цепи изгибаются в различных направлениях или сворачиваются клубком. Именно эта особенность строения придает эластичность полимерам. Из природных полимеров линейное строение имеют целлюлоза, амилоза (составная часть крахмала) натуральный каучук, а из синтетических – полиэтилен низкого давления, капрон, найлон и многие другие полимеры.

2. Разветвленные

Макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями. Такое строение имеют, например полиэтилен высокого давления, амилопектин (компонент крахмала).

3. Сетчатые (низкоэластичные)

Макромолекулы сетчатых полимеров представляют собой длинные цепи, связанные (сшитые) поперечными связями. Такая макромолекула имеет три измерения в пространстве. Высокомолекулярными соединениями с пространственной структурой являются: шерсть, фенолформальдегидные полимеры, резина.