ما هي البوليمرات الاصطناعية؟ البوليمرات الطبيعية والاصطناعية. الانشطار بفعل طبيعة ذرة مغايرة

كما ترون من مثال النظر في المركبات العضوية للطبيعة الحية ، فإن العديد منها ذو طبيعة بوليمرية.

دخلت المواد البوليمرية والمواد التي تعتمد عليها بقوة في الحياة اليومية للشخص. يتطلب تنوع مجالات تطبيقها نقل خصائص هذه المواد التي لا تمتلكها البوليمرات الطبيعية.

وجد الكيميائيون طرقًا لتعديل البوليمرات الطبيعية كيميائيًا. في هذه الحالة ، لا تخضع السلسلة الرئيسية للجزيئات الكبيرة لتغييرات ، ولكن تظهر مجموعات جديدة من الذرات في تكوين المادة ، مما يمنحها خصائص فيزيائية وكيميائية جديدة.

يمكن تصوير إنتاج البوليمرات الاصطناعية بشكل تخطيطي على النحو التالي:

تستخدم البوليمرات الاصطناعية في صناعة البلاستيك والألياف والمواد الأخرى.

البوليمر والبلاستيك ليسا نفس الشيء. يحتوي أي بلاستيك على بوليمر ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تضمين مكونات أخرى في تركيبته: الأصباغ (تعطي لون المادة) ، الحشوات (توفر صلابة البلاستيك) ، الملدنات (تجعل المادة أكثر مرونة ومرونة) ، إلخ.

ربما يكون السليلوز هو البوليمر الطبيعي الأكثر ملاءمة لإعادة البناء الكيميائي لجزيئاته.

تم الحصول على أول بلاستيك في نهاية القرن التاسع عشر. في امريكا. عند معالجة السليلوز بحمض النيتريك المركز في وجود حمض الكبريتيك المركز ، يتم استبدال مجموعتين من الهيدروكسيل في الوحدة الهيكلية بمجموعات نيترو. المادة الناتجة تسمى ثنائي نترات السليلوز:

السليلوز + HNO 3 ← ثنائي نترات السليلوز + ماء.

عندما يضاف الكافور إلى ثنائي نترات السليلوز (كمادة ملدنة) ، يتم الحصول على بلاستيك أبيض حليبي مشابه للعاج. هذا البلاستيك يسمى السليلويد.

كانت أولى المنتجات المصنوعة من السيلولويد هي كرات البلياردو ، ثم الأدوات المنزلية الصغيرة: الأمشاط ، والألعاب ، والمساطر. صنعت الأفلام والأفلام من نترات السليلوز.

العيب الكبير في السيلولويد هو قابليته للاشتعال. نظرًا لخطر الحريق المتزايد ، أصبح مجال تطبيق السليلويد الآن محدودًا. في الوقت الحاضر ، يتم صنع كرات التنس والبطانة الجميلة والبراقة للآلات الموسيقية من هذه المواد. على أساس نترات السليلوز ، يتم تصنيع الغراء والورنيش.

لقد تعلم الناس تحويل العديد من عيوب المواد إلى مزايا. يمكنك جعل ثنائي نترات السليلوز أكثر قابلية للاشتعال عن طريق تحويله إلى ثلاثي النترات. يستخدم ثلاثي نترات السليلوز كمسحوق ويسمى البيروكسيلين.

تُستخدم البوليمرات الاصطناعية ليس فقط لإنتاج البلاستيك ، ولكن أيضًا لإنتاج الألياف.

السليلوز نفسه مادة ليفية. من السهل التحقق من ذلك من خلال فحص قطعة من القطن الطبي. أقمشة القطن والكتان مصنوعة من ألياف السليلوز. إلى جانب المزايا التي لا جدال فيها ، فإن منتجات القطن والكتان لها عيوب كبيرة. فهي ليست قوية بما فيه الكفاية (خاصة عندما تكون مبللة) ، ويمكن تجعدها بسهولة ، وليس لها لمعان ، وتتلفها الفطريات.

المنتجات المصنوعة من الألياف الاصطناعية الأكثر شيوعًا ، حرير الأسيتات ، خالية من أوجه القصور هذه.

تشبه عملية الحصول على بوليمر لتصنيع خيوط الأسيتات عملية إنتاج ثنائي نترات السليلوز. فقط في هذه الحالة ، لا تتم معالجة السليلوز بحمض النيتريك ، ولكن بحمض الخليك. تخضع جميع مجموعات الهيدروكسيل الثلاث للوحدة الهيكلية للسليلوز لتفاعل الأسترة. والنتيجة هي بوليمر بثلاث مجموعات استر - ثلاثي أسيتات السليلوز:

السليلوز + CH 3 COOH ← ثلاثي أسيتات السليلوز + ماء.

لا يحتوي ثلاثي أسيتات السليلوز ، على عكس البوليمر الطبيعي الأصلي ، على بنية ليفية. كيف تصنع المواضيع منه؟ لهذا ، تم اختراع عملية تكنولوجية خاصة.

يتم إذابة ثلاثي أسيتات السليلوز في مذيب عضوي حتى يتم تكوين محلول لزج ، وتحت ضغط عالٍ ، يتم دفعه عبر أغطية بها العديد من الثقوب الصغيرة - ما يسمى المغازل. يتم نفخ تيارات المحلول بالهواء الدافئ ، ويتبخر المذيب ، ويتصلب البوليمر في خيوط دقيقة (الشكل 83).

رنز. 83.
مخطط تكوين الألياف:
1 - يموت ؛ 2 - حزمة من الألياف

الأقمشة المصنوعة من ألياف الأسيتات (حرير الأسيتات) جميلة جدًا وسهلة الصبغة ومتعددة الوظائف: تُستخدم في صناعة العباءات المبطنة والكرات الأنيقة بنفس النجاح.

بالإضافة إلى خلات الحرير ، تنتمي ألياف الفسكوز والنحاس والأمونيا أيضًا إلى الألياف الاصطناعية.

يتم الحصول على الفسكوز أيضًا على أساس السليلوز عن طريق المعالجة المتتابعة بمحلول قلوي ، وثاني كبريتيد الكربون CS 2 ، ومحلول حمضي. تعتبر ألياف الفسكوز تقريبًا جميلة مثل الطبيعية ، كما أنها صحية (فهي تسمح بالرطوبة) ، والأهم من ذلك أنها أرخص بكثير من الألياف الطبيعية.

هل من الممكن التخلي تمامًا عن المواد الخام الطبيعية للبوليمر في إنتاج البلاستيك والألياف؟ لا شيء مستحيل في الكيمياء الحديثة! ستتم مناقشة البوليمرات الاصطناعية في الفقرة التالية.

كلمات ومفاهيم جديدة

1. بوليمرات صناعية.
2. بلاستيك.
3. شريط سينمائي.
4. ألياف.
5. ألياف خلات ، فيسكوز ، ألياف نحاسية - أمونيا.

أسئلة ومهام

1. ما البوليمرات تسمى اصطناعية؟ ما هو اختلافهم عن الطبيعي؟
2. يشار إلى البلاستيك أحيانًا بالمواد المركبة. اشرح أصل هذا المصطلح.
3. أي نوع من البلاستيك يسمى السليلويد؟ كيف ومن ماذا حصل؟ أشر إلى عيوب هذا البوليمر. قائمة بمناطق تطبيق السليلويد.
4. على العبوات التي تحتوي على غراء النيتروسليلوز ، يوجد تحذير بشأن الامتثال لتدابير السلامة من الحرائق عند العمل معها. ما هو سبب ذلك؟
5. ما هي الألياف؟ ما هي الألياف الطبيعية (الحيوانية والنباتية) والألياف الاصطناعية التي تعرفها؟
6. ما نوع التفاعل المشار إليه في تحضير ثلاثي أسيتات السليلوز؟ إلى أي فئة من المركبات العضوية ينتمي ناتج هذا التفاعل؟
7. كيف يتم تحويل ثلاثي أسيتات السليلوز إلى ألياف؟ ما هي أقمشة خلات الحرير المستخدمة؟

تشتمل المركبات عالية الوزن الجزيئي (HMCs) على مواد تتكون من جزيئات كبيرة. من المقبول عمومًا النظر في المركبات عالية الجزيئات التي يزيد وزنها الجزيئي عن 5000 ، ولكن غالبًا يمكن أن تصل إلى عدة ملايين (خاصة في اللولب الطبيعي). لا توجد حدود حادة بين المركبات ذات الوزن الجزيئي المرتفع والمنخفض. وهكذا ، فإن بعض التانينات التي يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 1000 تتصرف مثل المركبات النموذجية ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، والبارافينات التي لها نفس الوزن الجزيئي لها جميع خصائص المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي. لا يرتبط الانتقال من المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض إلى الوزن الجزيئي العالي بالتغير في الوزن الجزيئي نفسه ، ولكن بالتغيير النوعي الناتج في الخصائص (الانتقال من الكمية إلى الجودة).

حجم جزيئات اللولب كبير جدًا مقارنة بحجم الجزيئات العادية. لذلك ، يصل طول جزيئات السليلوز إلى 25 * -50 * (25.000-50.000 هـ) بقطر 3.5 * -7 * سم (3.5-7 E).

تسمى اللولب أحيانًا بالبوليمرات العالية (أو ببساطة البوليمرات). لكن ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، المفهوم الثاني أضيق. جميع البوليمرات عبارة عن لولب ، ولكن ليس كل اللولب يمكن أن يكون بوليمرات. في جزيء البوليمر ، يجب ربط بقايا المادة الأصلية - المونومر - كيميائيًا وتكرارها بانتظام. يُطلق على جزيء البوليمر الكبير اسم جزيء ضخم أو سلسلة بوليمر ، وتسمى المخلفات نفسها وحدات أولية (أحادية ، مكررة) ، أو ببساطة وحدات. على عكس جزيء مركب جزيئي منخفض ، فإن الجزيء الكبير ليس أصغر جسيم - حامل للخصائص الكيميائية للمادة ، لأنه عندما يتم تقسيم الجزيء الكبير إلى سلاسل أقصر ، يتم الاحتفاظ بهذه الخصائص.

يُطلق على عدد الروابط في السلسلة درجة البلمرة (يُشار إليها بالرمز n أو P أو DP).

عند كتابة الصيغ التجريبية للبوليمرات ، نظرًا لارتفاع وزنها الجزيئي (M) ، لا تؤخذ الوحدات النهائية في الاعتبار ، على سبيل المثال ، الصيغة التجريبية للسليلوز (، المطاط (.

يتكون كل بوليمر دائمًا من جزيئات كبيرة ذات أطوال مختلفة. لذلك ، في كيمياء المواد الجزيئية ، تم إدخال مفهوم تعدد الجزيئات ، والذي يُفهم على أنه مركبات من نفس التركيب الكيميائي ، تختلف في الأوزان الجزيئية. أي مركب بوليمر هو خليط من متجانسات البوليمر - مركبات ذات أعداد مختلفة من الوحدات في جزيء ضخم ، أي بأطوال سلاسل مختلفة. تشكل المتجانسات البوليمرية سلسلة بوليمرية ، أي سلسلة من المركبات التي يختلف فيها كل عضو لاحق عن سابقتها بمجموعة من الذرات - رابط أولي.

لذلك ، تتميز البوليمرات دائمًا بمتوسط ​​الوزن الجزيئي. متوسط ​​الوزن الجزيئي هو ناتج متوسط ​​عدد الوحدات (متوسط ​​DP) بالوزن الجزيئي للوحدة. يُطلق على عدم تجانس اللولب في الوزن الجزيئي عدم التجانس الجزيئي أو التشتت المتعدد أو تعدد الجزيئات. يتم تحديده من خلال طريقة تجزئة اللولب بالوزن الجزيئي. يجب التأكيد على أن العديد من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للـ IUDs - القدرة على الانتفاخ والذوبان ، خصائص المحاليل - تعتمد إلى حد كبير ليس فقط على متوسط ​​الوزن الجزيئي للـ IUDs ، ولكن أيضًا على تشتتها المتعدد.

يتم تحديد خصائص الـ IUDs من خلال التركيب الكيميائي ، والتركيب الجزيئي ، ومتوسط ​​الوزن الجزيئي وعدم التجانس الجزيئي ، وشكل الجزيئات الكبيرة ، وترتيبها المتبادل (التركيب الفيزيائي) ، إلخ. اعتمادًا على هذه العوامل ، يمكن أن تختلف خصائص HSR على نطاق واسع ، ومع ذلك ، فإن بعض الخصائص العامة هي سمة لجميع الـ IUDs. جميع الـ IUDs ، بسبب وزنها الجزيئي العالي ، غير متطايرة وغير قادرة على التقطير. معظم الـ IUDs ليس لديها نقطة محددة للسيطرة وتلين تدريجيًا عند تسخينها ، وبعض الـ IUDs لا يمكن أن تلين وتتحلل على الفور عند تسخينها. لذلك ، فإن طرق عزل وتنقية المركبات الكيميائية مثل التقطير وإعادة التبلور لا تنطبق على البوليمرات. غالبًا ما تكون الـ IUDs حساسة جدًا للعوامل الخارجية ويمكن أن تتحلل بسهولة بواسطة العوامل المدمرة.

يظهر الفرق بين البوليمرات والمركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض بشكل خاص في خواصها الميكانيكية. الخواص الميكانيكية للبوليمرات هي مزيج من خصائص المواد الصلبة والسوائل. البوليمرات شديدة التحمل وقادرة على إحداث تشوهات كبيرة قابلة للانعكاس.

واحدة من الخصائص المهمة للـ IUDs هي قابليتها للذوبان. ولكن على عكس المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، فإنها تذوب بشكل أبطأ بكثير. يسبق انحلال اللولب بالضرورة حدوث انتفاخ. بعض البوليمرات لا تذوب على الإطلاق في أي مذيبات.

تظهر البوليمرات في المحاليل خصائص خاصة (لزوجة عالية ، بعض التشوهات في الديناميكا الحرارية).

تفاعلات التحولات الكيميائية للمركبات عالية الجزيئات لها أيضًا سمات مميزة. تتفاعل هذه المركبات بشكل أبطأ بكثير مع الكواشف المختلفة ، وكقاعدة عامة ، لا تستمر معظم التفاعلات حتى النهاية. في بعض الحالات ، جنبًا إلى جنب مع رد الفعل الرئيسي ، هناك ردود فعل جانبية تتداخل مع العملية الرئيسية.

وفقًا لنوع الوحدات في السلاسل ، تنقسم البوليمرات إلى بوليمرات متجانسة وبوليمرات مشتركة. في البوليمرات المتجانسة ، تتكون الجزيئات الكبيرة من نفس الوحدات الأولية ، في البوليمرات غير المتجانسة أو البوليمرات المشتركة ، وتتكون من وحدتين أو أكثر من الوحدات الأولية المختلفة.

اعتمادًا على التركيب الكيميائي والتركيب الكيميائي للجزيئات الكبيرة ، تنقسم الـ IUDs إلى عناصر عضوية وغير عضوية وعضوية. تنقسم البوليمرات العضوية إلى فئتين: سلسلة الكربون والبوليمرات غير المتجانسة. سلاسل بوليمرات سلسلة الكربوهيدرات مبنية فقط من ذرات الكربون ، سلاسل البوليمرات غير المتجانسة مبنية من ذرات الكربون والذرات غير المتجانسة (الأكسجين ، النيتروجين ، الكبريت). تنقسم بوليمرات سلسلة الكربون بشكل أكبر وفقًا للتصنيف المعتمد في الكيمياء العضوية.

وفقًا للهيكل المكاني ، تنقسم جميع البوليمرات إلى خطية ومتفرعة ومكانية.

الشكل 1.1 - تمثيل تخطيطي لجزيئات البوليمر الخطية (أ) والمتفرعة (ب) والمتصالبة (ج)

في البوليمرات الخطية ، تكون الجزيئات الكبيرة سلاسل طويلة (أ). يتجاوز طول الجزيئات الكبيرة لهذه البوليمرات بشكل كبير البعد العرضي. يمكن أن تذوب البوليمرات الخطية وتذوب في مذيبات مناسبة. بعض البوليمرات الخطية الطبيعية ليفية (سليلوز) ، والبعض الآخر مرن للغاية (مطاط).

في البوليمرات المتفرعة (ب) ، تكون الجزيئات الكبيرة سلاسل طويلة ذات فروع. يجب أن يحتوي الفرع على وحدة مونومر واحدة أو أكثر. يمكن أن يختلف عدد وطول الفروع بشكل كبير. عادة ما تذوب البوليمرات المتفرعة وتذوب. ومع ذلك ، فإن خصائصها تعتمد على درجة التفرع. البوليمرات المتفرعة بشدة هي مواد مسحوقة (نشا).

البوليمرات المكانية عبارة عن بوليمرات مبنية من سلاسل طويلة متصلة في الفضاء عن طريق روابط كيميائية متشابكة أو سلاسل قصيرة لتشكيل شبكة (ج). تسمى هذه البوليمرات أيضًا بشبكي ، متشابك ، ثلاثي الأبعاد. البوليمرات المكانية لا تذوب ولا تذوب.

تنقسم البوليمرات إلى منتظمة وغير منتظمة حسب نوع تناوب الروابط في السلسلة. تظهر البوليمرات الخطية المنتظمة التناوب الصحيح للوصلات في السلسلة ، بينما البوليمرات غير المنتظمة لها ترتيب سلسلة مكسور. في البوليمرات المتفرعة ، تظهر المخالفات أيضًا بسبب الاختلافات في عدد وطول السلاسل الجانبية ، وكذلك في مكان ارتباطها بالسلسلة الرئيسية. العديد من خصائص البوليمرات لها قيمة عملية كبيرة وتحدد تطبيقها العملي الواسع. حسب الأصل ، يتم تصنيف الـ IUDs إلى ثلاثة أنواع:

• 1. طبيعي ، معزول عن المعادن الطبيعية. (في الآونة الأخيرة ، تم عزل البوليمرات الطبيعية ذات النشاط البيولوجي - البروتينات والأحماض النووية وبعض السكريات والبوليمرات المختلطة - في مجموعة منفصلة من البوليمرات البيولوجية أو البوليمرات الحيوية.)
• 2. اصطناعية ، تم الحصول عليها عن طريق التعديل الكيميائي للبوليمرات الطبيعية.
• 3. مركب ، مركب من مركبات ذات وزن جزيئي منخفض. اعتمادًا على طريقة الإنتاج ، يتم تقسيمها إلى بوليمرات البلمرة والتكثيف المتعدد.

من المعتاد تخصيص polyacetals في مجموعة منفصلة. وتشمل هذه العديد من السكريات (النشا ، السليلوز ومشتقاته ، الهيميسليلوز ، إلخ) وأحماض البوليورونيك.

على سبيل المثال ، السليلوز عبارة عن عديد السكاريد تتكون جزيئاته الكبيرة من وحدات β-D-glucopyranose متصلة بوحدات الجلوكوزيد 1-4.

الصيغة الهيكلية لجزيء السليلوز الضخم:

ن - درجة البلمرة تساوي 6000-14000.

الخصائص

الخواص الميكانيكية الخاصة:

• المرونة - القدرة على حدوث تشوهات عكسية عالية مع حمولة صغيرة نسبيًا (المطاط) ؛
• هشاشة منخفضة للبوليمرات الزجاجية والبلورية (البلاستيك والزجاج العضوي) ؛
• قدرة الجزيئات الكبيرة على التوجيه تحت تأثير مجال ميكانيكي موجه (يستخدم في تصنيع الألياف والأغشية).

ميزات محاليل البوليمر:

• لزوجة عالية المحلول بتركيز منخفض من البوليمر ؛
• يحدث انحلال البوليمر خلال مرحلة الانتفاخ.

الخصائص الكيميائية الخاصة:

• القدرة على تغيير خواصه الفيزيائية والميكانيكية بشكل كبير تحت تأثير كميات صغيرة من الكاشف (فلكنة المطاط ، دباغة الجلود ، إلخ).

يتم تفسير الخصائص الخاصة للبوليمرات ليس فقط من خلال وزنها الجزيئي المرتفع ، ولكن أيضًا من خلال حقيقة أن الجزيئات الكبيرة لها بنية متسلسلة ومرنة.

تصنيف

حسب التركيب الكيميائي ، تنقسم جميع البوليمرات إلى عضوي, عنصر عضوي, غير عضوي.

• البوليمرات العضوية.
• البوليمرات العضوية. تحتوي على ذرات غير عضوية (Si ، Ti ، Al) في السلسلة الرئيسية للجذور العضوية ، جنبًا إلى جنب مع الجذور العضوية. لا توجد في الطبيعة. ممثل تم الحصول عليه بشكل مصطنع - مركبات السيليكون العضوي.

وتجدر الإشارة إلى أن مجموعات من مجموعات مختلفة من البوليمرات غالبا ما تستخدم في المواد التقنية. هو - هي التركيبيةالمواد (على سبيل المثال ، الألياف الزجاجية).

وفقًا لشكل الجزيئات الكبيرة ، تنقسم البوليمرات إلى شبكات بوليمر خطية ومتفرعة (حالة خاصة - على شكل نجمة) وشريط ومسطحة وشبيهة بالمشط وشبكات بوليمر وما إلى ذلك.

تصنف البوليمرات حسب القطبية (التي تؤثر على الذوبان في السوائل المختلفة). يتم تحديد قطبية وحدات البوليمر من خلال وجود ثنائيات أقطاب في تركيبها - جزيئات ذات توزيع غير مزدوج للشحنات الموجبة والسالبة. في الروابط غير القطبية ، يتم تعويض اللحظات ثنائية القطب لروابط الذرات بشكل متبادل. تسمى البوليمرات ، الوحدات التي لها قطبية كبيرة محبة للماءأو قطبي... البوليمرات ذات الروابط غير القطبية - الغير قطبي, نافرة من الماء... تسمى البوليمرات التي تحتوي على كل من الوحدات القطبية وغير القطبية البرمائيات... يُقترح استدعاء البوليمرات المتجانسة ، التي يحتوي كل رابط منها على مجموعات كبيرة قطبية وغير قطبية البوليمرات المتجانسة البرمائية.

فيما يتعلق بالتسخين ، تنقسم البوليمرات إلى لدن بالحرارةو بالحرارة. لدن بالحرارةتنعم البوليمرات (بولي إيثيلين ، بولي بروبيلين ، بوليسترين) عند تسخينها ، وحتى تذوب ، وتتصلب عند تبريدها. هذه العملية قابلة للعكس. بالحرارةعند تسخينها ، تتعرض البوليمرات لتدمير كيميائي لا رجعة فيه دون أن تذوب. جزيئات بوليمرات التصلد بالحرارة لها بنية غير خطية يتم الحصول عليها عن طريق الربط المتشابك (على سبيل المثال ، الفلكنة) لجزيئات البوليمر المتسلسلة. تكون الخصائص المرنة للبوليمرات المصلدة بالحرارة أعلى من تلك الموجودة في اللدائن الحرارية ، ومع ذلك ، فإن البوليمرات المتصلدة بالحرارة عمليًا لا تحتوي على سيولة ، ونتيجة لذلك يكون لديها إجهاد كسر أقل.

تتكون البوليمرات العضوية الطبيعية في الكائنات الحية النباتية والحيوانية. وأهمها السكريات ، والبروتينات ، والأحماض النووية ، التي تتكون منها أجسام النباتات والحيوانات إلى حد كبير والتي توفر أداء الحياة على الأرض. يُعتقد أن المرحلة الحاسمة في ظهور الحياة على الأرض كانت تكوين جزيئات عضوية بسيطة ذات وزن جزيئي أكثر تعقيدًا (انظر التطور الكيميائي).

أنواع

البوليمرات الاصطناعية. مواد بوليمر صناعية

لطالما استخدم الشخص مواد البوليمر الطبيعية في حياته. هذه هي الجلود ، والفراء ، والصوف ، والحرير ، والقطن ، وما إلى ذلك ، وتستخدم لتصنيع الملابس ، والمواد الرابطة المختلفة (الأسمنت ، والجير ، والطين) ، والتي ، مع المعالجة المناسبة ، تشكل أجسامًا بوليمرية ثلاثية الأبعاد ، والتي تستخدم على نطاق واسع مواد بناء. ومع ذلك ، بدأ الإنتاج الصناعي للبوليمرات المتسلسلة في بداية القرن العشرين ، على الرغم من أن المتطلبات الأساسية لذلك ظهرت في وقت سابق.

على الفور تقريبًا ، تطور الإنتاج الصناعي للبوليمرات في اتجاهين - من خلال معالجة البوليمرات العضوية الطبيعية إلى مواد بوليمرية صناعية ومن خلال إنتاج البوليمرات الاصطناعية من المركبات العضوية منخفضة الجزيئات.

في الحالة الأولى ، يعتمد الإنتاج على نطاق واسع على السليلوز. تم الحصول على أول مادة بوليمر من السليلوز المعدل جسديًا - السليلويد - في بداية القرن العشرين. تم إنشاء إنتاج واسع النطاق لإيثرات وإسترات السليلوز قبل وبعد الحرب العالمية الثانية وما زال مستمراً حتى يومنا هذا. يتم إنتاج الأفلام والألياف والدهانات والورنيشات والمكثفات على أساسها. وتجدر الإشارة إلى أن تطوير السينما والتصوير الفوتوغرافي أصبح ممكناً فقط بفضل ظهور فيلم شفاف من مادة النيتروسليلوز.

بدأ إنتاج البوليمرات الاصطناعية في عام 1906 ، عندما حصل L. Bakeland على براءة اختراع لما يسمى براتنج الباكليت ، وهو منتج مكثف للفينول والفورمالديهايد ، والذي يتحول عند تسخينه إلى بوليمر ثلاثي الأبعاد. لعقود من الزمان ، تم استخدامه لتصنيع علب الأجهزة الكهربائية والبطاريات وأجهزة التلفزيون والمآخذ وما إلى ذلك ، والآن يتم استخدامه في كثير من الأحيان كموثق ولصق.

بفضل جهود هنري فورد ، قبل الحرب العالمية الأولى ، بدأ التطور السريع لصناعة السيارات ، أولاً على أساس المطاط الطبيعي ، ثم المطاط الصناعي أيضًا. تم إتقان إنتاج هذا الأخير عشية الحرب العالمية الثانية في الاتحاد السوفيتي وإنجلترا وألمانيا والولايات المتحدة. في نفس السنوات ، تم إتقان الإنتاج الصناعي للبوليسترين والبولي فينيل كلوريد ، وهما مواد عازلة للكهرباء ممتازة ، وكذلك البولي ميثيل ميثاكريلات - بدون الزجاج العضوي المسمى "زجاج شبكي" ، كان من المستحيل بناء الطائرات الضخمة خلال سنوات الحرب.

بعد الحرب ، تم استئناف إنتاج ألياف وأقمشة البولياميد (النايلون والنايلون) ، والتي كانت قد بدأت قبل الحرب. في الخمسينيات. القرن العشرين. تم تطوير ألياف البوليستر وتم إتقان إنتاج الأقمشة القائمة عليها تحت اسم lavsan أو polyethylene terephthalate. البولي بروبلين والنيترون ، وهو صوف صناعي مصنوع من البولي أكريلونيتريل ، يكمل قائمة الألياف الاصطناعية التي يستخدمها الأشخاص المعاصرون للملابس والإنتاج. في الحالة الأولى ، غالبًا ما يتم دمج هذه الألياف مع الألياف الطبيعية من السليلوز أو البروتين (القطن والصوف والحرير). حدث تاريخي في عالم البوليمرات كان الاكتشاف في منتصف الخمسينيات من القرن العشرين والتطور الصناعي السريع لمحفزات Ziegler-Natta ، مما أدى إلى ظهور مواد بوليمرية تعتمد على البولي أوليفينات ، وقبل كل شيء ، البولي بروبيلين والبولي إيثيلين الضغط المنخفض (قبل ذلك ، كان إنتاج البولي إيثيلين بضغط يصل إلى 1000 ضغط جوي) ، وكذلك البوليمرات المجسمة القادرة على التبلور. بعد ذلك ، تم إدخال البولي يوريثان في الإنتاج الضخم - المواد اللاصقة والمواد اللينة المسامية الأكثر شيوعًا (المطاط الرغوي) ، وكذلك البولي سيلوكسانيس - البوليمرات العضوية ذات المقاومة الحرارية العالية والمرونة مقارنة بالبوليمرات العضوية.

تم إغلاق القائمة بما يسمى بالبوليمرات الفريدة التي تم تصنيعها في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي. القرن العشرين. وتشمل هذه البولي أميدات العطرية ، والبوليميدات ، والبوليستر ، وكيتونات البوليستر ، وما إلى ذلك ؛ السمة التي لا غنى عنها لهذه البوليمرات هي وجود حلقات عطرية و (أو) هياكل عطرية مكثفة. تتميز بمزيج من القوة المتميزة وقيم مقاومة الحرارة.

بوليمرات حرارية

العديد من البوليمرات مثل البولي يوريثان والبوليستر وراتنجات الايبوكسي عرضة للاشتعال ، وهو غالبًا غير مقبول في الاستخدام العملي. لمنع ذلك ، يتم استخدام مواد مضافة مختلفة أو استخدام بوليمرات مهلجنة. يتم تصنيع البوليمرات غير المشبعة المهلجنة عن طريق دمج المونومرات المكلورة أو المبرومة في التكثيف ، على سبيل المثال حمض سداسي كلورو إندوميثيلين تتراهيدروفثاليك (HCEMTPA) أو ثنائي برومنيوبينتيل جليكول أو حمض رباعي البروم. العيب الرئيسي لهذه البوليمرات هو أنها عندما تحترق ، فإنها يمكن أن تطلق غازات تسبب التآكل ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير ضار على الإلكترونيات المجاورة. مع الأخذ في الاعتبار المتطلبات العالية للسلامة البيئية ، يتم إيلاء اهتمام خاص للمكونات الخالية من الهالوجين: مركبات الفوسفور وهيدروكسيدات المعادن.

يعتمد عمل هيدروكسيد الألومنيوم على حقيقة أنه في ظل التعرض لدرجات حرارة عالية ، يتم إطلاق الماء ، مما يمنع الاحتراق. لتحقيق التأثير ، يجب إضافة كميات كبيرة من هيدروكسيد الألومنيوم: 4 أجزاء بالوزن إلى جزء واحد من راتنجات البوليستر غير المشبعة.

يعمل بيروفوسفات الأمونيوم على مبدأ مختلف: فهو يتسبب في الكربنة ، والتي تعمل جنبًا إلى جنب مع طبقة زجاجية من البيروفوسفات على عزل البلاستيك عن الأكسجين ، مما يمنع انتشار النار.

حشو واعد جديد عبارة عن طبقات من الألومنيوم سيليكات ، يتم إنتاجها

تطبيق

نظرًا لخصائصها القيمة ، تُستخدم البوليمرات في الهندسة الميكانيكية وصناعة النسيج والزراعة والطب والسيارات وبناء السفن وبناء الطائرات في الحياة اليومية (المنسوجات والسلع الجلدية والأطباق والغراء والورنيش والمجوهرات وأشياء أخرى). على أساس المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي ، يتم تصنيع المطاط والألياف والبلاستيك والأفلام وطلاء الطلاء. جميع أنسجة الكائنات الحية عبارة عن مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع.

علوم البوليمر

بدأ علم البوليمرات في التطور كمجال مستقل للمعرفة مع بداية الحرب العالمية الثانية وتشكل ككل في الخمسينيات. القرن العشرين ، عندما تحقق دور البوليمرات في تطوير التقدم التقني والنشاط الحيوي للأجسام البيولوجية. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفيزياء والكيمياء الفيزيائية والغروية والعضوية ويمكن اعتباره أحد الأسس الأساسية للبيولوجيا الجزيئية الحديثة ، والتي تعتبر البوليمرات الحيوية كائنات الدراسة.

معلومات مماثلة.

اليوم ، بدون استخدام مجموعة متنوعة من البوليمرات ، ربما يكون من المستحيل تخيل واحد منها ، فقد فازوا بمكانة مهيمنة في كل من الصناعة الثقيلة والبناء ، وكذلك في الصناعات الخفيفة والغذائية. ما هذه المادة المعجزة؟

ما هي البوليمرات

البوليمر عبارة عن مادة جزيئية كبيرة تتكون من هياكل سلسلة متكررة بشكل دوري (مونومرات). يمكن أن يكون هناك كمية لا تصدق من هذه الوحدات في سلسلة البوليمر. يتم تفاعلهم مع بعضهم البعض بمساعدة مما يساهم في تكوين الجزيئات الكبيرة.

البوليمرات من أصل عضوي أو غير عضوي. في المركبات الجزيئية العضوية ، يكون وجود الكربون أمرًا إلزاميًا ، وهو أمر غير أساسي للبنى غير العضوية أو الاصطناعية. مركبات البوليمر العضوية هي عنصر عضوي ، كاربوتشين و heterochain.

بالإضافة إلى ذلك ، تنقسم البوليمرات إلى مواد طبيعية وصناعية وتركيبية. علاوة على ذلك ، يتم الحصول أيضًا على المركبات الجزيئية الاصطناعية من أحادية السلسلة العضوية باستخدام تفاعلات كيميائية معينة. على سبيل المثال ، يتم تحويل الصوف أو القطن إلى ألياف بوليمر صناعية نتيجة لعملية كيميائية.

وما هي السمات المميزة عن تلك التركيبية؟ تتيح الأنواع الحديثة إمكانية إنشاء البوليمرات أو توليفها بشكل مصطنع دون استخدام المواد العضوية ، أي التعليم من المواد الاصطناعية. يتم الحصول على البوليمرات الاصطناعية عن طريق تصنيع مواد بسيطة ذات وزن جزيئي منخفض أو من مواد بوليمرية اصطناعية أخرى.

تصنيف البوليمرات

التنظيم الشرطي يقسمهم إلى المجموعات التالية:

1. البوليمرات الحيوانية الطبيعية التي يستخدمها الجنس البشري لفترة طويلة. ومن الأمثلة على ذلك ما يلي: الجيلاتين ، الجليكوجين.

2. البوليمرات النباتية الطبيعية التي نعرفها أيضًا. هذه هي النشا والمطاط واللجنين والسليلوز.

3. البوليمرات المعدنية الطبيعية - هذا معدن السيليكا أو الكوارتز المستخدم على نطاق واسع يسمى الكريستال الملون يصبح حجر كريم - الجمشت. عندما يتم سحقها ، تتحول إلى الرمال المعتادة بالنسبة لنا.

4. البوليمرات الاصطناعية المصنوعة من المونومرات العضوية. تصنع البوليستر من مادة السليلوز عن طريق الترشيح: إيثيل السليلوز ، بنزيل السليلوز ، وكذلك ميثيل السليلوز المستخدم في صناعة الطلاء والورنيش. العديد من هذه المواد مصنوعة من الصوف والجلد والفراء والحرير ، إلخ.

5. أصبحت البوليمرات الاصطناعية ، المستخدمة على نطاق واسع في العديد من الصناعات التحويلية ، منتشرة على نطاق واسع. على سبيل المثال ، في الصناعات الخفيفة ، يتم تصنيع الأقمشة والتريكو من الألياف الاصطناعية مثل اللافسان والنايلون والبولي بروبيلين والنيترون. فهي متينة للغاية ولا تمحى عمليا. يتم الحصول على البوليمرات الاصطناعية ، التي تمثل التركيب الرئيسي لألياف هذه الأقمشة ، عن طريق التكثيف المتعدد لبعض الأحماض الكيميائية بمواد مثل جلايكول الإيثيلين ، أو هيكساميثيلين ديامين ، أو بولي أوليفين أو بولي أكريلونيتريل. لذلك ، يتم أيضًا نقل الصفات الأساسية للبوليمرات "السلفية" إلى مركبات متعددة جديدة تمامًا. نتيجة لذلك ، نحصل على مواد خفيفة للغاية ومرنة ذات موصلية حرارية منخفضة ومقاومة للتأثيرات الكيميائية والفيزيائية والجوية.

نظرًا للعديد من الخصائص القيمة ، فقد وجدت البوليمرات الاصطناعية تطبيقًا ليس فقط في صناعة النسيج ، ولكن أيضًا في الطب ومستحضرات التجميل والعطور والزراعة والسيارات والبناء والأدوات المنزلية وغيرها من المجالات.

تعد البوليمرات فئة خاصة من المركبات الكيميائية ، وتعزى خصائصها المحددة إلى الطول الكبير وبنية السلسلة ومرونة الجزيئات الكبيرة المكونة لها.

في المقابل ، يُفهم الجزيء الكبير على أنه مجموعة من الذرات أو المجموعات الذرية ، مختلفة أو متطابقة في التركيب والتركيب ، متصلة بواسطة روابط كيميائية في بنية خطية أو متفرعة ، ذات وزن جزيئي مرتفع بدرجة كافية. يُطلق على المجموعة الأصغر والمتكررة من الذرات في سلسلة ارتباط جزيء ضخم.

اعتمادًا على وجود جزيئات كبيرة من واحد أو أكثر من decomp. أنواع وحدات المونومر مميزة وطي- و البوليمراتيتكون من نوع واحد أو نوعين (أو أكثر) من الروابط على الأقل.

البلمرة هي عملية تحويل مونومر أو خليط من المونومرات إلى بوليمر.

درجة البلمرة هي عدد وحدات المونومر في جزيء البوليمر.

تصنيف اللولب

1) حسب الأصل: أ) طبيعي (سليلوز) ، ب) اصطناعي (شبه اصطناعي) ، ج) اصطناعي .2) بهندسة الهيكل العظمي لجزيء البوليمر الكبير

الخطي (أ)- السلسلة الرئيسية للجزيئات الكبيرة التي تتكون من وحدات متكررة متصلة ببعضها البعض في هيكل خطي. النموذج المرئي: عقد طويل ممزق في مكان واحد.

متفرعة (ب ، ج ، د)تتكون البوليمرات من جزيئات كبيرة ، يحتوي العمود الفقري لها ، على عكس الجزيئات الخطية ، على فروع جانبية عشوائية تتراوح في الطول من بضع ذرات إلى حجم العمود الفقري. ( نجمة (Z)، تمثل مجموعة من السلاسل تخرج من مركز واحد ؛ مشط مثل (G)البوليمرات التي تحتوي على فروع قصيرة في كل وحدة ، على سبيل المثال polyhexadecyl acrylate:

(-CH 2 -CH- (SOOC 16 H 33) -) ن

مخيط أو شبكة- الجزيئات الكبيرة ، تشكل شبكة مكانية. من بين البوليمرات المتشابكة ، هناك بكثافة وخفيفة ،تختلف بشكل حاد في خصائصها. يشار إليها أحيانًا على أنها مخيط ، ما يسمى بـ " سلم"(E) البوليمرات التي يتم فيها ربط سلسلتين متوازيتين في كل وحدة.

في المقابل ، تنقسم البوليمرات المشتركة ، اعتمادًا على طبيعة ترتيب الوحدات ، إلى:

أ) إحصائية- وحدات مونومر مرتبة بشكل عشوائي على طول السلسلة ؛ (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

ب) بالتناوب -مع تناوب صارم للروابط في السلسلة ؛ (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

الخامس) كتلة (كتلة البوليمرات) - الجزيئات الكبيرة الخطية التي تتكون من تسلسلات ممتدة متناوبة من الوحدات (الكتل) تختلف في التركيب أو التركيب ؛ - (أ) - ن - (ب) - م

ز) تطعيمالبوليمرات المشتركة ، الجزيئات الكبيرة المتفرعة التي تتكون من عدة متواليات مرتبطة كيميائياً من وحدات أحادية - السلسلة الرئيسية والفروع الجانبية ، تختلف في التركيب أو التركيب. أ-أ-أ-أ-أ-أ-أ-أ-

البوليمرات الطبيعية والاصطناعية

تنقسم البوليمرات إلى طبيعية (البوليمرات الحيوية: البروتينات والأحماض النووية والراتنجات الطبيعية) والراتنجات الاصطناعية (البولي إيثيلين والبولي بروبيلين وراتنجات الفينول فورمالديهايد).

البوليمرات الحيوية هي فئة من البوليمرات التي تحدث بشكل طبيعي في الطبيعة ، وهي جزء من الكائنات الحية: البروتينات والأحماض النووية والسكريات. تتكون البوليمرات الحيوية من نفس (أو وحدات مختلفة) - المونومرات. مونومرات البروتينات - الأحماض الأمينية ، الأحماض النووية - النيوكليوتيدات ، في السكريات - السكريات الأحادية.

هناك نوعان من البوليمرات الحيوية - العادية (بعض السكريات) وغير المنتظمة (البروتينات والأحماض النووية وبعض السكريات). البوليمرات الحيوية المختلطة - البروتينات السكرية ، البروتينات الدهنية ، الدهون السكرية. يمكن تصنيف البوليمرات الحيوية وفقًا لتركيبها الكيميائي:

1. متعدد الهيدروكربونات (بولي إيزوبرين ، (-CH 2 -C (CH 3) = CH-CH 2 -) n ، الواردة في عصير حليبي (لاتكس) من hevea ، kok-sagyz (عشب معمر من جنس الهندباء)

2. الكربوهيدرات (السكريات: السليلوز ، النشا ، الجليكوجين ، الكيتين ، الشيتوزان)

3. البروتينات (بولي أميدات ، بوليمرات الأحماض الأمينية ألفا).

4. DNA و RNA.

البوليمرات الاصطناعية هي مواد بوليمرية غير طبيعية يتم تصنيعها لتحل محل المواد الطبيعية. تتكون البوليمرات الاصطناعية عن طريق البلمرة والتكثيف المتعدد. من بين البوليمرات الاصطناعية ، هناك مجموعة منفصلة تشمل المطاط والبوليمرات المطاطية. تتميز هذه المواد بقابلية تشوه مذهلة وخصائص عالية المرونة ، وهذا هو سبب تسميتها بالإلاستومر. كانت المادة الأولى مصنوعة من السليلوز المعدل جسديًا في أوائل القرن العشرين ، وحتى اليوم ، تُصنع الألياف والأغشية والمكثفات والورنيش من نفس المادة. حصل على اسم السليلويد ، والذي يعرفه الجميع باسم السليلوز.

التسمية البحرية

1) تافهة

ومن الأمثلة على ذلك بولي تترافلورو إيثيلين ، المعروف باسم تفلون ؛ poly-1،4-betaglucone = سليلوز.

2) عقلاني

يتم وضع البادئة "poly-" قبل اسم المونومر ، إذا تضمن اسم المونومر عدة كلمات ، يتم أخذها بين قوسين:

3) منهجي (مقترح من قبل IUPAC)

بناءً على وصف هيكل وحدة التكرار المركبة لسلسلة البوليمر (SDR) وفقًا لقواعد معينة

يبدأ اسم البوليمر بالبادئة "poly-" متبوعة باسم SDR بين قوسين.

لذلك ، من أجل إعطاء اسم للبوليمر ، من الضروري: تحديد SDR ، وتوجيه SDR ، وإعطاء اسم SDR. يمكن أن تكون حقوق السحب الخاصة بسيطة أو تتكون من عدة وحدات فرعية. يتم اختيار أكبر مجموعة من الذرات (أو دورات السلسلة الرئيسية) كوحدة فرعية ، والتي يمكن تسميتها وفقًا لقواعد تسمية IUPAC للمركبات العضوية منخفضة الوزن الجزيئي. تقع الذرات والوحدات الفرعية في SDR بترتيب تنازلي للأولوية من اليسار إلى اليمين ، ويجب أن يكون المسار بين الوحدات الفرعية هو الأقصر. قواعد الأقدمية هي كما يلي:

1. جميع الذرات غير المتجانسة أقدم من الكربون. من بينها ، يتم تحديد الأقدمية من خلال الموضع في النظام الدوري ، وتقل عند الانتقال من الزاوية اليمنى العليا للجدول الدوري إلى أسفل اليسار في مجموعات. يبدأ صف الأقدمية بالفلور ، وتنخفض الأقدمية في التسلسل: F ، Cl ، Br ، ... ، O ، S ، Se ، ... ، N ، P ، As ، Sb ، ... ، الأب.

2. يتم تحديد أسبقية الوحدات الفرعية من خلال السلسلة: دورات غير متجانسة> ذرات غير متجانسة أو وحدات فرعية خطية ، بما في ذلك الذرات غير المتجانسة> الدورات الكربونية> الوحدات الفرعية غير الحلقية. إن وجود أي بدائل لا يغير ترتيب أسبقية الوحدات الفرعية. عند تساوي جميع الأشياء الأخرى ، تتمتع تلك الأشياء بميزة ، حيث يكون الرقم الذي يميز موضع البديل هو الأصغر.

3. يتم ترتيب الدورات غير المتجانسة في ترتيب الأسبقية على التوالي: تحتوي على النيتروجين> دورات غير متجانسة تحتوي ، جنبًا إلى جنب مع النيتروجين ، على ذرات غير متجانسة أخرى ، يتم تحديد أسبقيتها وفقًا للفقرة 1> الأنظمة ذات العدد الأكبر من الحلقات> الأنظمة ذات أكبر دورة> دورة بها أكبر عدد من الذرات غير المتجانسة> أنظمة تحتوي على أكبر عدد من الذرات غير المتجانسة> أنظمة تحتوي على أكبر تشكيلة من الذرات غير المتجانسة. كل الأشياء الأخرى متساوية ، الدورات غير المشبعة لها الأسبقية.

4. من بين المجموعات الكربونية الحلقية ، تهيمن المجموعات ذات العدد الأكبر من الدورات ، تليها الأنظمة: ذات الدورة الفردية الأكبر> مع أكبر عدد من الذرات الشائعة في جميع الدورات> مع أصغر عدد يميز تقاطعات الدورات ،> الأنظمة ذات عدم التشبع الأكبر.

إذا كانت السلسلة الرئيسية تحتوي على ذرات وحلقات من نفس النوع ، فسيتم تحديد تسلسل ترتيبها حسب الترتيب الأبجدي لأسماء البدائل ، على سبيل المثال:

في بعض الحالات ، جنبًا إلى جنب مع التسميات المنهجية الموصى بها من قبل IUPAC ، يمكن استخدام التسميات الأخرى. وهكذا ، بالنسبة للبوليمر الذي يحمل الاسم المنهجيoethyleneamino-1،3-cyclohexene ، يمكن تطبيق ما يسمى بالتسمية البديلة. وفقًا لذلك ، يتم إعطاء SDR للسلسلة الرئيسية اسمًا يعتمد على ذرات الهيدروكربون غير الحلقية المتشابهة في العدد وترتيب الترقيم مع البادئات المقابلة للذرات غير المتجانسة "aza" ، "oxa" ، "thia" ، إلخ. وفقًا لهذه التسمية ، سيطلق على البوليمر اسم poly-1-oxa-6-thia-4،9-diazanone-methylene-1،3-cyclohexene.