Ce sunt polimerii sintetici? Polimeri naturali și sintetici. Fisiunea prin natura unui heteroatom

După cum puteți vedea din exemplul luării în considerare a compușilor organici de natură vie, mulți dintre ei sunt de natură polimerică.

Substanțele polimerice și materialele bazate pe acestea au intrat ferm în viața de zi cu zi a unei persoane. Varietatea domeniilor de aplicare a acestora necesită conferirea acestor substanțe de proprietăți care nu sunt posedate de polimerii naturali.

Chimiștii au găsit modalități de a modifica chimic polimerii naturali. În acest caz, lanțul principal de macromolecule nu suferă modificări, dar în compoziția substanței apar noi grupuri de atomi, conferindu-i noi proprietăți fizice și chimice.

Producția de polimeri artificiali poate fi descrisă schematic după cum urmează:

Polimerii artificiali sunt utilizați pentru a face materiale plastice, fibre și alte materiale.

Polimerul și plasticul nu sunt același lucru. Orice plastic conține un polimer, dar pe lângă acesta, în compoziția sa pot fi incluse și alte componente: coloranți (dau culoarea materialului), materiale de umplutură (oferă rigiditatea plasticului), plastifianți (fac materialul mai elastic, mai flexibil) , etc.

Poate cel mai convenabil polimer natural pentru reconstrucția chimică a moleculelor sale este celuloza.

Primul plastic a fost obținut la sfârșitul secolului al XIX-lea. în America. Când celuloza este tratată cu acid azotic concentrat în prezența acidului sulfuric concentrat, două grupări hidroxil din unitatea structurală sunt înlocuite cu grupări nitro. Substanța rezultată se numește dinitrat de celuloză:

celuloză + HNO 3 → dinitrat de celuloză + apă.

Când camforul (ca plastifiant) se adaugă la dinitratul de celuloză, se obține un plastic alb-laptos asemănător fildeșului. Acest plastic se numește celuloid.

Primele produse care au fost fabricate din celuloid au fost mingile de biliard, apoi mici obiecte de uz casnic: piepteni, jucării, rigle. Filmele și filmele au fost realizate din nitrați de celuloză.

Marele dezavantaj al celuloidului este inflamabilitatea acestuia. Datorită pericolului crescut de incendiu, domeniul de aplicare al celuloidului este acum limitat. În zilele noastre, din acest material sunt fabricate mingi de tenis și căptușeală frumoasă și strălucitoare a instrumentelor muzicale. Pe baza de nitrați de celuloză se fabrică lipici și lacuri.

Oamenii au învățat să transforme multe dintre dezavantajele substanțelor în avantaje. Puteți face dinitratul de celuloză și mai inflamabil transformându-l în trinitrat. Trinitratul de celuloză este folosit ca praf de pușcă și se numește piroxilină.

Polimerii artificiali sunt utilizați pentru a produce nu numai materiale plastice, ci și fibre.

Celuloza în sine este un material fibros. Acest lucru este ușor de verificat examinând o bucată de bumbac medical. Țesăturile din bumbac și in sunt fabricate din fibre celulozice. Alături de avantajele incontestabile, produsele din bumbac și in prezintă dezavantaje semnificative. Nu sunt suficient de puternice (mai ales atunci când sunt umede), se încrețesc ușor, nu au strălucire și sunt deteriorate de o ciupercă.

Produsele realizate din cele mai comune fibre artificiale, mătasea acetat, sunt lipsite de aceste neajunsuri.

Procesul de obținere a unui polimer pentru fabricarea filamentelor de acetat este foarte asemănător cu producerea dinitratului de celuloză. Numai în acest caz, celuloza este tratată nu cu acid azotic, ci cu acid acetic. Toate cele trei grupări hidroxil ale unității structurale a celulozei suferă o reacție de esterificare. Rezultatul este un polimer cu trei grupe esterice - triacetat de celuloză:

celuloză + CH 3 COOH → triacetat de celuloză + apă.

Triacetatul de celuloză, spre deosebire de polimerul natural original, nu are o structură fibroasă. Cum se face fire din el? Pentru aceasta, a fost inventat un proces tehnologic special.

Triacetatul de celuloză este dizolvat într-un solvent organic până când se formează o soluție vâscoasă și, la presiune ridicată, este împins prin capace cu multe orificii minuscule - așa-numitele filare. Fluxurile de soluție sunt suflate cu aer cald, solventul se evaporă, polimerul se întărește în cele mai fine filamente (Fig. 83).

Rns. 83.
Schema de formare a fibrelor:
1 - moare; 2 - un mănunchi de fibre

Țesăturile din fibră de acetat (mătase acetat) sunt foarte frumoase, ușor de vopsit și multifuncționale: sunt folosite pentru a realiza atât căptușeală, cât și rochii de bal elegante cu succes egal.

Pe lângă acetat de mătase, fibrele artificiale aparțin și vâscoza, fibra de cupru-amoniac.

Vâscoza este, de asemenea, obținută pe bază de celuloză prin tratare secvențială cu o soluție alcalină, disulfură de carbon CS 2 și o soluție acidă. Fibra de vascoza este aproape la fel de frumoasa ca si cea naturala, este si igienica (lasa umezeala sa iasa) si, important, este mult mai ieftina decat cea naturala.

Este posibil să se abandoneze complet materiile prime polimerice naturale în producția de materiale plastice și fibre? Nimic nu este imposibil pentru chimia modernă! Polimerii sintetici vor fi discutați în paragraful următor.

Cuvinte și concepte noi

1. Polimeri artificiali.
2. Materiale plastice.
3. Celuloid.
4. Fibre.
5. Fibra de acetat, vascoza, fibra de cupru-amoniac.

Întrebări și sarcini

1. Ce polimeri sunt numiți artificiali? Care este diferența lor față de cele naturale?
2. Materialele plastice sunt uneori denumite compozite. Explicați originea acestui termen.
3. Ce fel de plastic se numește celuloid? Cum și din ce se obține? Indicați dezavantajul acestui polimer. Enumerați domeniile de aplicare a celuloidului.
4. Pe pachetele cu adeziv nitrocelulozic există un avertisment cu privire la respectarea măsurilor de siguranță la incendiu atunci când se lucrează cu acesta. Care este motivul pentru aceasta?
5. Ce sunt fibrele? Ce fibre naturale (animale și vegetale) și fibre artificiale cunoașteți?
6. La ce tip de reacție se face referire la prepararea triacetatului de celuloză? Cărei clase de compuși organici aparține produsul acestei reacții?
7. Cum se formează fibra de triacetat de celuloză? Pentru ce sunt folosite țesăturile din acetat de mătase?

Compușii cu greutate moleculară mare (HMC) includ substanțe formate din molecule mari. Este în general acceptat să se ia în considerare compușii cu molecul mare cu o greutate moleculară mai mare de 5000, dar adesea poate ajunge la câteva milioane (în special în DIU-uri naturale). Nu există o graniță ascuțită între compușii cu greutate moleculară mare și mică. Deci, unii taninuri cu o greutate moleculară de aproximativ 1000 se comportă ca niște compuși tipici cu greutate moleculară mică, iar parafinele cu aceeași greutate moleculară au toate proprietățile compușilor cu greutate moleculară mare. Trecerea de la compuși cu greutate moleculară mică la greutate moleculară mare nu este asociată cu modificarea greutății moleculare în sine, ci cu modificarea calitativă rezultată a proprietăților (tranziția de la cantitate la calitate).

Dimensiunea moleculelor DIU este foarte mare în comparație cu dimensiunea moleculelor obișnuite. Deci, lungimea moleculelor de celuloză ajunge la 25 * -50 * (25.000-50.000 E) cu o dimensiune de 3,5 * -7 * cm (3,5-7 E) în diametru.

DIU sunt uneori numite polimeri înalți (sau pur și simplu polimeri). Dar, strict vorbind, al doilea concept este mai restrâns. Toți polimerii sunt DIU, dar nu toate DIU pot fi polimeri. În molecula de polimer, reziduurile substanței originale - monomerul - trebuie să fie legate chimic și să se repete în mod regulat. O moleculă mare de polimer se numește macromoleculă sau lanț polimeric, iar resturile în sine sunt numite unități elementare (monomerice, repetate) sau pur și simplu unități. Spre deosebire de o moleculă dintr-un compus cu molecul scăzut, o macromoleculă nu este cea mai mică particulă - un purtător al proprietăților chimice ale unei substanțe, deoarece atunci când o macromoleculă este ruptă în lanțuri mai scurte, aceste proprietăți sunt păstrate.

Numărul de legături din lanț se numește grad de polimerizare (notat cu n, P sau DP).

La scrierea formulelor empirice pentru polimeri, datorită greutății lor moleculare mari (M), unitățile finale nu sunt luate în considerare, de exemplu, formula empirică a celulozei (, cauciucul (.

Fiecare polimer constă întotdeauna din macromolecule de lungimi diferite. Prin urmare, în chimia substanțelor macromoleculare a fost introdus conceptul de poliomologi, care este înțeles ca compuși cu aceeași structură chimică, diferiți în greutate moleculară. Orice compus polimeric este un amestec de omologi polimeri - compuși cu un număr diferit de unități într-o macromoleculă, adică cu lungimi de lanț diferite. Polimeromologii formează o serie polimeromologică, adică o serie de compuși în care fiecare termen ulterior diferă de cel anterior printr-un grup de atomi - o legătură elementară.

Prin urmare, polimerii sunt întotdeauna caracterizați de o greutate moleculară medie. Greutatea moleculară medie este produsul numărului mediu de unități (DP medie) cu greutatea moleculară a unității. Eterogenitatea DIU în greutate moleculară se numește heterogenitate moleculară, polidispersitate sau polimolecularitate. Se determină prin metoda de fracţionare a DIU în funcţie de greutatea moleculară. Trebuie subliniat că multe proprietăți fizice și mecanice ale DIU - capacitatea de a se umfla și dizolva, proprietățile soluțiilor - depind în mare măsură nu numai de greutatea moleculară medie a DIU, ci și de polidispersitatea acestora.

Proprietățile DIU sunt determinate de compoziția chimică, structura moleculară, greutatea moleculară medie și eterogenitatea moleculară, forma macromoleculelor, aranjarea lor reciprocă (structura fizică) etc. În funcție de acești factori, proprietățile HSR pot varia foarte mult, dar unele proprietăți generale sunt caracteristice tuturor DIU. Toate DIU, datorită greutății lor moleculare ridicate, sunt nevolatile și incapabile de distilare. Majoritatea DIU nu au un punct de domnie definit și se înmoaie treptat când sunt încălzite, iar unele DIU nu se pot înmuia și se descompun imediat când sunt încălzite. Prin urmare, astfel de metode de izolare și purificare a compușilor chimici, cum ar fi distilarea și recristalizarea, nu sunt aplicabile polimerilor. DIU-urile sunt adesea foarte sensibile la factorii externi și sunt ușor degradate de agenți distructivi.

Diferența dintre polimeri și compușii cu greutate moleculară mică este deosebit de pronunțată în proprietățile lor mecanice. Proprietățile mecanice ale polimerilor sunt o combinație a proprietăților solidelor și lichidelor. Polimerii sunt foarte durabili și capabili de deformații reversibile semnificative.

Una dintre proprietățile importante ale DIU este solubilitatea lor. Dar, spre deosebire de compușii cu greutate moleculară mică, aceștia se dizolvă mult mai lent. Dizolvarea DIU este în mod necesar precedată de umflare. Unii polimeri nu se dizolvă deloc în niciun solvenți.

polimerii din soluții prezintă proprietăți speciale (vâscozitate mare, unele anomalii termodinamice).

Reacțiile de transformări chimice ale compușilor cu molecule înalte au și ele trăsături caracteristice. Acești compuși reacționează mult mai lent cu diverși reactivi, iar majoritatea reacțiilor, de regulă, nu au loc până la sfârșit. În unele cazuri, împreună cu reacția principală, există reacții secundare care interferează cu procesul principal.

După tipul de unități din lanțuri, polimerii sunt împărțiți în homopolimeri și copolimeri. În homopolimeri, macromoleculele sunt compuse din unități elementare identice; în heteropolimeri sau copolimeri, sunt compuse din două sau mai multe unități elementare diferite.

În funcție de compoziția chimică și structura chimică a macromoleculelor, DIU-urile sunt împărțite în organic, anorganic, organoelement. Polimerii organici sunt, la rândul lor, împărțiți în două clase: polimeri cu lanț carbo și heterocatenă. Lanțurile polimerilor cu lanț carbo sunt construite numai din atomi de carbon, lanțurile polimerilor cu catenă hetero sunt construite din atomi de carbon și heteroatomi (oxigen, azot, sulf). Polimerii cu lanț de carbon sunt în continuare subdivizați în funcție de clasificarea adoptată în chimia organică.

În funcție de structura spațială, toți polimerii sunt împărțiți în liniari, ramificati și spațiali.

Figura 1.1 - Reprezentarea schematică a moleculelor de polimer liniare (a), ramificate (b) și reticulate (c)

În polimerii liniari, macromoleculele sunt lanțuri lungi (a). Lungimea macromoleculelor unor astfel de polimeri depășește semnificativ dimensiunea transversală. Polimerii liniari se pot topi și dizolva în solvenți adecvați. Unii polimeri liniari naturali sunt fibroși (celuloză), alții sunt foarte elastici (cauciuc).

În polimerii ramificati (b), macromoleculele sunt lanțuri lungi cu ramuri. Ramura trebuie să conțină una sau mai multe unități monomerice. Numărul și lungimea ramurilor pot varia foarte mult. Polimerii ramificati de obicei se topesc și se dizolvă. Proprietățile lor depind însă de gradul de ramificare. Polimerii puternic ramificati sunt substante sub forma de pulbere (amidon).

Polimerii spațiali sunt polimeri formați din lanțuri lungi conectate în spațiu prin legături chimice reticulate sau lanțuri scurte pentru a forma o rețea (c). Astfel de polimeri mai sunt denumiți ca reticulati, reticulați, tridimensionali. Polimerii spațiali nu se topesc și nu se dizolvă.

Polimerii sunt clasificați ca regulați sau neregulați în funcție de tipul de alternanță a verigilor din lanț. Polimerii liniari obișnuiți au alternanța corectă a legăturilor în lanț, în timp ce polimerii neregulați au o ordine a lanțului rupt. În polimerii ramificati, apar nereguli și din cauza diferențelor de număr și lungime a lanțurilor laterale, precum și în locul atașării acestora la lanțul principal. Multe proprietăți ale polimerilor sunt de mare valoare practică și determină aplicarea lor practică largă. După origine, steriletele sunt clasificate în trei tipuri:

• 1. Natural, izolat de metale naturale. (Recent, polimeri naturali cu activitate biologică - proteine, acizi nucleici, unele polizaharide și polimeri amestecați - au fost izolați într-un grup separat de polimeri biologici sau biopolimeri.)
• 2. Artificial, obținut prin modificarea chimică a polimerilor naturali.
• 3. Sintetice, sintetizate din compuși cu greutate moleculară mică. În funcție de metoda de producție, aceștia se împart în polimeri de polimerizare și polimeri de policondensare.

Este obișnuit să se aloce poliacetalii într-un grup separat. Acestea includ diverse polizaharide (amidon, celuloză și derivații săi, hemiceluloze etc.) și acizi poliuronici.

De exemplu, celuloza este o polizaharidă, ale cărei macromolecule sunt compuse din unități de β-D-glucopiranoză conectate prin unități de glucozidă 1-4.

Formula structurală a macromoleculei de celuloză:

n este gradul de polimerizare egal cu 6000-14000.

Particularități

Proprietăți mecanice speciale:

• elasticitate - capacitatea de a deforma deformații reversibile mari la o sarcină relativ mică (cauciucuri);
• fragilitate scăzută a polimerilor sticloși și cristalini (materiale plastice, sticlă organică);
• capacitatea macromoleculelor de a se orienta sub acţiunea unui câmp mecanic dirijat (folosit la fabricarea fibrelor şi a peliculelor).

Caracteristicile soluțiilor polimerice:

• vâscozitate ridicată a soluției la concentrație scăzută de polimer;
• dizolvarea polimerului are loc prin etapa de umflare.

Proprietăți chimice speciale:

• capacitatea de a-și schimba dramatic proprietățile fizice și mecanice sub influența unor cantități mici de reactiv (vulcanizarea cauciucului, tăbăcirea pielii etc.).

Proprietățile speciale ale polimerilor se explică nu numai prin greutatea moleculară mare, ci și prin faptul că macromoleculele au o structură în lanț și sunt flexibile.

Clasificare

După compoziția chimică, toți polimerii sunt împărțiți în organic, organoelement, anorganic.

• Polimeri organici.
• Polimeri organoelementali. Conțin atomi anorganici (Si, Ti, Al) în lanțul principal de radicali organici, combinați cu radicali organici. Ele nu există în natură. Reprezentativ obținut artificial - compuși organosilici.

Trebuie remarcat faptul că combinațiile de diferite grupuri de polimeri sunt adesea utilizate în materialele tehnice. aceasta compozițional materiale (de exemplu, fibră de sticlă).

În funcție de forma macromoleculelor, polimerii sunt împărțiți în rețele liniare, ramificate (un caz special - în formă de stea), panglici, plate, în formă de pieptene, rețele polimerice și așa mai departe.

Polimerii sunt clasificați în funcție de polaritate (care afectează solubilitatea în diferite lichide). Polaritatea unităților polimerice este determinată de prezența dipolilor în compoziția lor - molecule cu o distribuție necuplată a sarcinilor pozitive și negative. În legăturile nepolare, momentele dipolare ale legăturilor atomilor sunt compensate reciproc. Polimerii ale căror unități au polaritate semnificativă se numesc hidrofil sau polar... Polimeri cu legături nepolare - nepolar, hidrofob... Polimerii care conțin atât unități polare, cât și nepolare se numesc amfifil... Homopolimerii, fiecare legătură conţinând atât grupuri mari polare, cât şi nepolare, se propune a fi numiţi homopolimeri amfifili.

În ceea ce privește încălzirea, polimerii sunt subdivizați în termoplasticși termorigide. Termoplastic polimerii (polietilenă, polipropilenă, polistiren) se înmoaie când sunt încălziți, chiar se topesc și se întăresc când sunt răciți. Acest proces este reversibil. Termorigide Când sunt încălziți, polimerii suferă distrugeri chimice ireversibile fără a se topi. Moleculele polimerilor termorigide au o structură neliniară obținută prin reticulare (de exemplu, vulcanizare) a moleculelor de polimer în lanț. Proprietățile elastice ale polimerilor termorigizi sunt mai mari decât cele ale termoplasticilor, totuși, polimerii termorigizi practic nu au fluiditate, drept urmare au o solicitare de rupere mai mică.

Polimerii organici naturali se formează în organismele vegetale și animale. Cele mai importante dintre ele sunt polizaharidele, proteinele și acizii nucleici, din care sunt compuse în mare parte corpurile plantelor și animalelor și care asigură însăși funcționarea vieții pe Pământ. Se crede că etapa decisivă în originea vieții pe Pământ a fost formarea unor molecule organice mai simple, cu greutate moleculară mai complexă - mare (vezi Evoluția chimică).

Tipuri

Polimeri sintetici. Materiale polimerice artificiale

O persoană a folosit de multă vreme materiale polimerice naturale în viața sa. Acestea sunt pielea, blănurile, lâna, mătasea, bumbacul etc., folosite la fabricarea de îmbrăcăminte, diverse lianți (ciment, var, lut), care, la o prelucrare corespunzătoare, formează corpuri polimerice tridimensionale, care sunt utilizate pe scară largă ca materiale de construcții. Cu toate acestea, producția industrială de polimeri în lanț a început la începutul secolului al XX-lea, deși condițiile prealabile pentru aceasta au apărut mai devreme.

Aproape imediat, producția industrială de polimeri s-a dezvoltat în două direcții - prin prelucrarea polimerilor organici naturali în materiale polimerice artificiale și prin producerea de polimeri sintetici din compuși organici cu molecul scăzut.

În primul caz, producția pe scară largă se bazează pe celuloză. Primul material polimeric din celuloza modificata fizic - celuloidul - a fost obtinut la inceputul secolului XX. Producția pe scară largă de eteri și esteri de celuloză a fost stabilită înainte și după cel de-al Doilea Război Mondial și continuă până în zilele noastre. Pe baza acestora sunt produse pelicule, fibre, vopsele și lacuri și agenți de îngroșare. Trebuie remarcat faptul că dezvoltarea cinematografiei și a fotografiei a devenit posibilă numai datorită apariției unui film transparent de nitroceluloză.

Producția de polimeri sintetici a început în 1906, când L. Bakeland a brevetat așa-numita rășină bachelită - un produs de condensare al fenolului și formaldehidei, care se transformă într-un polimer tridimensional atunci când este încălzit. De zeci de ani, a fost folosit pentru fabricarea de carcase pentru aparate electrice, baterii, televizoare, prize etc., iar acum este folosit mai des ca liant si adeziv.

Datorită eforturilor lui Henry Ford, înainte de Primul Război Mondial, a început dezvoltarea rapidă a industriei auto, mai întâi pe bază de cauciuc natural, apoi și sintetic. Producția acestuia din urmă a fost stăpânită în ajunul celui de-al Doilea Război Mondial în Uniunea Sovietică, Anglia, Germania și Statele Unite. În aceiași ani, a fost stăpânită producția industrială de polistiren și clorură de polivinil, care sunt excelente materiale electroizolante, precum și metacrilatul de polimetil - fără sticlă organică numită „plexiglas”, construcția de avioane de masă în anii de război ar fi fost imposibilă.

După război, a fost reluată producția de fibre și țesături poliamidice (nailon, nailon), care începuse înainte de război. În anii 50. secolul XX s-a dezvoltat fibra de poliester și s-a stăpânit producția de țesături pe baza acesteia sub denumirea de lavsan sau polietilen tereftalat. Polipropilena și nitrona, o lână artificială din poliacrilonitril, completează lista de fibre sintetice pe care omul modern le folosește pentru îmbrăcăminte și producție. În primul caz, aceste fibre sunt foarte des combinate cu fibre naturale din celuloză sau proteine ​​(bumbac, lână, mătase). Un eveniment epocal în lumea polimerilor a fost descoperirea la mijlocul anilor 50 ai secolului XX și dezvoltarea industrială rapidă a catalizatorilor Ziegler-Natta, care a dus la apariția materialelor polimerice pe bază de poliolefine și, mai ales, polipropilenă și polietilenă. presiune joasă (înainte de aceasta, producția de polietilenă la o presiune de ordinul a 1000 atm.), precum și polimeri stereoregulați capabili de cristalizare. Apoi, poliuretanii au fost introduși în producția de masă - cei mai des întâlniți etanșanți, materiale adezive și poroase moi (cauciuc spumă), precum și polisiloxani - polimeri organici cu stabilitate termică și elasticitate mai mare în comparație cu polimerii organici.

Lista este închisă de așa-numiții polimeri unici sintetizați în anii 60-70. secolul XX Acestea includ poliamide aromatice, poliimide, poliesteri, cetone de poliester, etc.; un atribut indispensabil al acestor polimeri este prezența inelelor aromatice și (sau) structurilor aromatice condensate. Ele sunt caracterizate printr-o combinație de valori remarcabile de rezistență și rezistență la căldură.

Polimeri refractari

Mulți polimeri, cum ar fi poliuretanii, poliesterul și rășinile epoxidice sunt predispuși la inflamabilitate, ceea ce este adesea inacceptabil în utilizare practică. Pentru a preveni acest lucru, se folosesc diverși aditivi sau se folosesc polimeri halogenați. Polimerii nesaturați halogenați sunt sintetizați prin încorporarea monomerilor clorurati sau bromurați în condensare, de exemplu acidul hex(HCEMTPA), dibromneopentilglicolul sau acidul tetrabromoftalic. Principalul dezavantaj al unor astfel de polimeri este că, atunci când sunt arși, pot elibera gaze care provoacă coroziune, ceea ce poate avea un efect dăunător asupra electronicelor din apropiere. Ținând cont de cerințele ridicate de siguranță a mediului, o atenție deosebită se acordă componentelor fără halogeni: compuși de fosfor și hidroxizi metalici.

Acțiunea hidroxidului de aluminiu se bazează pe faptul că, la expunerea la temperaturi ridicate, se eliberează apă, ceea ce împiedică arderea. Pentru a obține efectul, este necesar să adăugați cantități mari de hidroxid de aluminiu: 4 părți în greutate la o parte de rășini poliester nesaturate.

Pirofosfatul de amoniu funcționează după un principiu diferit: provoacă carbonizare, care împreună cu stratul sticlos de pirofosfați izolează plasticul de oxigen, inhibând răspândirea focului.

Un nou material de umplutură promițător este aluminosilicații stratificati, a căror producție

Aplicație

Datorită proprietăților lor valoroase, polimerii sunt utilizați în inginerie mecanică, industria textilă, agricultură și medicină, automobile și construcții navale, construcții de aeronave, în viața de zi cu zi (textile și articole din piele, vase, lipici și lacuri, bijuterii și alte articole). Pe baza compușilor cu greutate moleculară mare, se fabrică cauciucuri, fibre, materiale plastice, filme și vopsea. Toate țesuturile organismelor vii sunt compuși cu greutate moleculară mare.

Știința polimerilor

Știința polimerilor a început să se dezvolte ca un domeniu independent de cunoaștere până la începutul celui de-al Doilea Război Mondial și s-a format în întregime în anii 50. XX, când s-a realizat rolul polimerilor în dezvoltarea progresului tehnic și a vieții obiectelor biologice. Este strâns legată de fizică, fizică, chimie coloidală și organică și poate fi considerată drept unul dintre fundamentele de bază ale biologiei moleculare moderne, ale cărei obiecte sunt biopolimerii.

Informații similare.

Astăzi, fără folosirea diferiților polimeri, poate, este imposibil de imaginat vreunul, aceștia au câștigat un loc dominant atât în ​​industria grea și construcții, cât și în industria ușoară și alimentară. Ce este acest material miraculos?

Ce sunt polimerii

Un polimer este o substanță macromoleculară compusă din structuri de lanț care se repetă periodic (monomeri). Poate exista o cantitate incredibilă de astfel de unități în lanțul polimeric. Interacțiunea lor între ele se realizează cu ajutorul cărora contribuie la formarea macromoleculelor.

Polimerii sunt de origine organică sau anorganică. În compușii moleculari organici, prezența carbonului este obligatorie, ceea ce nu este fundamental pentru structurile anorganice sau sintetice. Compușii polimerici organici sunt organoelement, carbo-lanț și hetero-lanț.

În plus, polimerii sunt în continuare subdivizați în naturali, artificiali și sintetici. Mai mult, compușii macromoleculari artificiali se obțin și din monolanțuri organice folosind anumite reacții chimice. De exemplu, lâna sau bumbacul sunt transformate în fibre polimerice artificiale ca urmare a unui proces chimic.

Și care sunt caracteristicile distinctive de cele sintetice? Cele moderne fac posibilă crearea sau sintetizarea artificială a polimerilor fără a utiliza materie organică, adică educație din materiale artificiale. Polimerii sintetici se obtin prin sintetizarea unor substante simple cu greutate moleculara mica sau din alte substante polimerice sintetice.

Clasificarea polimerilor

Sistematizarea condiționată le împarte în următoarele grupuri:

1. Polimeri naturali de origine animală folosiți de omenire de mult timp. Exemple sunt următoarele: gelatină, glicogen.

2. Polimeri naturali din plante cu care suntem familiarizați. Acestea sunt amidonul, cauciucul, lignina și celuloza.

3. Polimeri minerali naturali - Acesta este un mineral de siliciu sau cuarț utilizat pe scară largă numit Cristal colorat devine o piatră prețioasă - ametist. Când este zdrobit, se transformă în nisipul obișnuit pentru noi.

4. Polimeri artificiali din monomeri organici. Poliesterii sunt produși din substanța celulozică prin levigare: etil celuloză, benzil celuloză, precum și metil celuloză utilizată în industria vopselelor și lacurilor. Multe dintre aceste substanțe sunt făcute din lână, piele, blană, mătase etc.

5. Polimerii sintetici, utilizați pe scară largă în multe industrii de producție, au devenit larg răspândiți. De exemplu, în industria ușoară, țesăturile și tricotajele sunt create din fibre sintetice precum lavsan, nailon, polipropilenă și nitron. Sunt foarte rezistente și practic de neșters. Polimerii sintetici, care reprezinta principala compozitie a fibrelor acestor tesaturi, se obtin prin policondensarea anumitor acizi chimici cu substante precum etilenglicolul, hexametilendiamina, poliolefina sau poliacrilonitrilul. Prin urmare, calitățile de bază ale polimerilor „progenitori” sunt, de asemenea, transferate la policompuși complet noi. Drept urmare, obținem materiale foarte ușoare și elastice cu conductivitate termică scăzută, rezistente la influențele chimice, fizice și atmosferice.

Datorită multor proprietăți valoroase, polimerii sintetici și-au găsit aplicație nu numai în industria textilă, ci și în medicină, cosmetică și parfumerie, agricultură, auto, construcții, gospodărie și alte domenii.

Polimerii sunt o clasă specială de compuși chimici, ale căror proprietăți specifice se datorează lungimii mari, structurii lanțului și flexibilității macromoleculelor lor constitutive.

La rândul său, o macromoleculă este înțeleasă ca un set de atomi sau grupări atomice, diferiți sau identici ca compoziție și structură, legați prin legături chimice într-o structură liniară sau ramificată, cu o greutate moleculară suficient de mare. Cea mai mică grupare de atomi, care se repetă cu multiplicare, dintr-un lanț, se numește o legătură a unei macromolecule.

În funcţie de prezenţa în macromolecule a uneia sau mai multor decomp. se disting tipuri de unități monomerice homo- și copolimeri, constând din unul și cel puțin două (sau mai multe) tipuri de linkuri.

Polimerizarea este procesul de transformare a unui monomer sau a unui amestec de monomeri într-un polimer.

Gradul de polimerizare este numărul de unități monomerice dintr-o moleculă de polimer.

Clasificarea DIU

1) după origine: a) natural (celuloză), b) artificial (semisintetic), c) sintetic 2) După geometria scheletului macromoleculei polimerului

Linear (A)- lanțul principal de macromolecule constând din unități repetate legate între ele într-o structură liniară. Model vizual: un colier lung rupt într-un singur loc.

Ramificat (B, C, D) polimerii constau din macromolecule, a căror coloană vertebrală, spre deosebire de cele liniare, conține ramuri laterale situate aleatoriu de la câțiva atomi până la dimensiunea coloanei vertebrale. ( în formă de stea (Z), sunt o colecție de lanțuri care ies dintr-un centru; ca un pieptene (G) polimeri care conțin ramuri scurte în fiecare unitate, de exemplu polihexadecil acrilat:

(-CH2-CH- (SOOC16H33)-) n

Cusut sau plasat- macromoleculele, formează o rețea spațială. Printre polimerii reticulați se disting cusute dens și ușor, diferă puternic în proprietățile lor. Uneori denumite cusute sunt așa-numitele „ scară„(E) polimeri în care două lanțuri paralele sunt reticulate la fiecare unitate.

La rândul lor, copolimerii, în funcție de natura aranjamentului unităților, sunt subdivizați:

A) statistic- unităţi monomerice dispuse aleator de-a lungul lanţului; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

b) alternand - cu o alternanță strictă a verigilor în lanț; (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

v) bloc (copolimeri bloc) - macromolecule liniare, formate din secvențe extinse alternante de unități (blocuri), care diferă ca compoziție sau structură; - (A) - n - (B) - m

G) vaccinat copolimeri, macromolecule ramificate ale cărora constau din mai multe secvențe legate chimic de unități monomerice - lanțul principal și ramurile laterale, care diferă ca compoziție sau structură. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

Polimeri naturali și sintetici

Polimerii sunt împărțiți în naturali (biopolimeri: proteine, acizi nucleici, rășini naturale) și sintetici (rășini de polietilenă, polipropilenă, fenol-formaldehidă).

Biopolimerii sunt o clasă de polimeri găsiți în natură în forma lor naturală, care fac parte din organismele vii: proteine, acizi nucleici, polizaharide. Biopolimerii sunt compuși din aceleași (sau diferite) unități - monomeri. Monomeri ai proteinelor - aminoacizi, acizi nucleici - nucleotide, în polizaharide - monozaharide.

Există două tipuri de biopolimeri - regulați (unele polizaharide) și neregulate (proteine, acizi nucleici, unele polizaharide). Biopolimeri mixti - glicoproteine, lipoproteine, glicolipide. Biopolimerii pot fi clasificați în funcție de structura lor chimică:

1. Polihidrocarburi (poliizopren, (-CH 2 -C (CH 3) = CH-CH 2 -) n, conținute în sucul de lapte (latex) de Hevea, kok-sagyz (o plantă perenă din genul Papadie)

2. Carbohidrați (polizaharide: celuloză, amidon, glicogen, chitină, chitosan)

3. Proteine ​​(poliamide, polimeri de α-aminoacizi).

4. ADN și ARN.

Polimerii sintetici sunt materiale polimerice nenaturale fabricate pentru a înlocui materialele naturale. Polimerii sintetici se formează prin polimerizare și policondensare. Printre polimerii sintetici, există un grup separat care include cauciucuri și polimeri cauciucați. Aceste materiale se caracterizează prin deformabilitate uimitoare și proprietăți foarte elastice, motiv pentru care au fost denumite elastomeri. Primul material a fost realizat din celuloză modificată fizic la începutul secolului al XX-lea, iar până astăzi, fibrele, peliculele, agenții de îngroșare și lacurile sunt realizate din același material. A dobândit numele celuloid, care este cunoscut de toată lumea ca celuloză.

Nomenclatura navală

1) Trivial

Un exemplu este politetrafluoretilena, cunoscută în mod obișnuit ca teflon; poli-1,4-betaglucona = celuloza.

2) Rațional

Prefixul „poli-” este plasat înaintea numelui monomerului, dacă numele monomerului include mai multe cuvinte, atunci este luat între paranteze:

3) Sistematic (sugerat de IUPAC)

Pe baza descrierii structurii unității repetătoare compuse a lanțului polimeric (SDR) în conformitate cu anumite reguli

Numele polimerului începe cu prefixul „poli-” urmat de numele SDR între paranteze.

Prin urmare, pentru a da un nume unui polimer, este necesar: să se identifice SDR, să se orienteze SDR, să se dea denumirea SDR. SDR poate fi simplu sau poate consta din mai multe subunități. Cel mai mare grup de atomi (sau cicluri ale lanțului principal) este selectat ca subunitate, care poate fi denumită în conformitate cu regulile nomenclaturii IUPAC pentru compușii organici cu greutate moleculară mică. Atomii și subunitățile sunt localizați în SDR în ordinea descrescătoare a priorității de la stânga la dreapta; calea dintre subunități ar trebui să fie cea mai scurtă. Regulile de vechime sunt următoarele:

1. Toți heteroatomii sunt mai vechi decât carbonul. Dintre acestea, vechimea este determinată de poziția în tabelul periodic, scade la trecerea din colțul din dreapta sus al tabelului periodic în stânga jos în grupuri. Rândul de vechime începe cu fluor, vechimea scade în secvența: F, Cl, Br, ..., O, S, Se, ..., N, P, As, Sb, ..., Fr.

2. Precedenta subunităților este determinată de seria: heterocicluri> heteroatomi sau subunități liniare, inclusiv heteroatomi> carbocicluri> subunități aciclice. Prezența oricăror înlocuitori nu modifică ordinea de prioritate a subunităților. Toate celelalte lucruri fiind egale, cele dintre ele au avantajul, în care numărul care caracterizează poziția substituentului este cel mai mic.

3. Heterociclurile în ordinea de prioritate sunt aranjate într-un rând: care conțin azot> heterocicli care conțin, împreună cu azot, alți heteroatomi, a căror prioritate este determinată în conformitate cu paragraful 1> sisteme cu cel mai mare număr de inele> sisteme cu cel mai mare ciclu> ciclu cu cel mai mare număr de heteroatomi> sisteme cu cel mai mare număr de heteroatomi> sisteme cu cel mai mare sortiment de heteroatomi. Toate celelalte lucruri fiind egale, ciclurile nesaturate au prioritate.

4. Dintre grupările carbociclice domină cele cu cel mai mare număr de cicluri, urmate de sistemele: cu cel mai mare ciclu individual> cu cel mai mare număr de atomi comuni în toate ciclurile> cu cel mai mic număr care caracterizează joncțiunile ciclurilor,> sisteme cu cea mai mare nesaturație.

Dacă lanțul principal conține atomi și inele de același tip, succesiunea aranjamentului lor este determinată de ordinea alfabetică a numelor substituenților, de exemplu:

În unele cazuri, alături de nomenclatura sistematică recomandată de IUPAC, pot fi utilizate și alte nomenclaturi. Astfel, pentru un polimer cu denumirea sistematică deenamino-1,3-ciclohexenă, se poate aplica așa-numita nomenclatură de substituenți. În conformitate cu acesta, SDR al lanțului principal primește un nume bazat pe atomii de hidrocarburi aciclici similari ca număr și ordinea numerotării cu prefixele corespunzătoare pentru heteroatomi "aza", "oxa", "thia" etc. Conform acestei nomenclaturi, polimerul va fi numit poli-1-oxa-6-tia-4,9-diazanon-metilen-1,3-ciclohexenă.