Основные понятия

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Методические указания

к выполнению самостоятельной работы по курсу «Химия»

для студентов специальностей

120100, 170900, 290300, 060800, 100400, 250600,170500

очной и очно-заочной форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2008

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Полимеры – высокомолекулярные соединения с большой молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов и обладающие особыми свойствами.Молекула полимеров (макромолекула) состоит из большого числа повторяющихся групп атомов – элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул – мономеров. Число элементарных звеньев в макромолекуле называется степенью полимеризации.

Полимеры классифицируются по нескольким признакам.

1. По происхождению полимеры подразделяют на природные (белки, целлюлоза, натуральный каучук); модифицированные, полученные соответствующей обработкой природных полимеров (эфиры целлюлозы) и синтетические, получаемые из синтетических мономеров (полиэтилен, поливинилхлорид).

2. По химическому составу основной цепи макромолекулы полимеры подразделяют на карбоцепные – атомы в элементарном звене имеют тип соединения углерод-углерод; гетероцепные – одновременно со связями углерод-углерод имеются связи типа углерод-кислород, углерод-азот и др.; элементоорганические, не содержащие атом углерода в основной цепи (кремнийорганические).

3. По способу получения полимеры подразделяют на полимеризационные, полученные по реакции полимеризации, и поликонденсационные, полученные по реакции поликонденсации.

4. По отношению к нагреванию полимеры подразделяются на термопластичные, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении, сохраняя свои свойства и термореактивные, образующие при нагревании пространственные структуры и переходящие в неплавкое состояние.

5. По строению макромолекулы полимеры могут быть линейными, разветвленными и сетчатыми (пространственными).

Линейные полимеры образуют длинные цепи. Форму линейного полимера можно представить в следующем виде:

-А-А-А-А-А-А-,

где А – остаток мономера.

Линейные макромолекулы могут иметь регулярную и нерегулярную структуру. В полимерах регулярной структуры отдельные звенья цепи повторяются в пространстве в определенном порядке. Такие полимеры называются стереорегулярными. Полимеры, у которых отдельные звенья распо­ложены в пространстве бессистемно, имеют нерегулярную структуру.

Стереорегулярность структуры изменяет тепловые и механические свойства полимеров.

Разветвленные полимеры представляют собой длинную цепь с боковыми ответвлениями:

|

A

|

-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-

| |

A A

| |

A A

| |

Сетчатые (пространственнные) – построенные из длинных цепей, соединенных друг с другом в трехмерную сетку поперечными связями.

/ / /

А А А

/ / / | /

А А А А

/ / / /

-A-A-A-A-A-A А

| | /

A A А

| | /

A-A-A-A-A-A

Полимеры, цепи которых содержат разные мономерные звенья, называются сополимерами. Сополимеры также могут быть линейными, разветвленными и пространственными.

Линейные полимеры образуются при полимеризации мономеров или линейной поликонденсации. Разветвленные полимеры могут образовываться как при полимеризации, так и при поликонденсации. Линейные и разветвленные макромолекулы из-за способности атомов и групп вращаться вокруг ординарных связей постоянно изменяют свою пространственную форму. Это свойство обеспечивает гибкость макромолекул, которые могут изгибаться, скручиваться, распрямляться. Вследствие этого, для линейных и разветвленных полимеров характерно высокоэластическое состояние. Они также обладают термопластическими свойствами. При образовании сетчатой структуры уменьшается пластичность полимеров, теряется термопластичность.

Олигомеры по значению молекулярной массы занимают промежуточное положение между низкомолекулярными и высокомолекулярными соединениями. Они представляют собой вязкие жидкости, хорошо смешивающиеся с наполнителями и переходящие в монолит.

Большинство полимеров обычно находится в аморфном состоянии. Однако некоторые полимеры в определенных условиях могут иметь кристаллическую структуру. Способностью кристаллизоваться обладают лишь стереорегулярные полимеры. Благодаря регулярной структуре и гибкости, макромолекулы могут сближаться друг с другом на достаточно близкое расстояние, чтобы между ними возникли эффективные межмолекулярные взаимодействия и даже водородные связи, которые приводят к упорядочению структуры. Кристаллические полимеры состоят из большого числа кристаллов, между которыми находятся участки с неупорядоченной структурой (аморфные области). Поэтому такие полимеры характеризуются определенной степенью кристалличности. Например, степень кристалличности полиэтилена может достигать 80%. Наиболее выражена способность к образованию кристаллов у полиолефинов, полиамидов и полиэфиров. Свойства кристаллических и аморфных полимеров существенно различаются. Так, аморфные полимеры характеризуются областью температур размягчения, т.е. областью постепенного перехода из твердого состояния в жидкое, а кристаллические полимеры – температурой плавления.