Çfarë janë polimeret sintetikë? Polimere natyrore dhe sintetike. Fisioni nga natyra e një heteroatomi

Siç mund ta shihni nga shembulli i marrjes parasysh të përbërjeve organike të natyrës së gjallë, shumë prej tyre janë të një natyre polimerike.

Substancat polimerike dhe materialet e bazuara në to kanë hyrë fort në jetën e përditshme të një personi. Shumëllojshmëria e fushave të aplikimit të tyre kërkon dhënien e vetive këtyre substancave që nuk posedohen nga polimere natyrore.

Kimistët kanë gjetur mënyra për të modifikuar kimikisht polimeret natyrore. Në këtë rast, zinxhiri kryesor i makromolekulave nuk pëson ndryshime, por grupet e reja të atomeve shfaqen në përbërjen e substancës, duke i dhënë asaj veti të reja fizike dhe kimike.

Prodhimi i polimereve artificiale mund të përshkruhet në mënyrë skematike si më poshtë:

Polimeret artificiale përdoren për të bërë plastikë, fibra dhe materiale të tjera.

Polimeri dhe plastika nuk janë e njëjta gjë. Çdo plastikë përmban një polimer, por përveç tij, përbërësit e tjerë gjithashtu mund të përfshihen në përbërjen e tij: ngjyra (japin ngjyrën e materialit), mbushëse (sigurojnë ngurtësinë e plastikës), plastifikues (e bëjnë materialin më elastik, fleksibël) , etj

Ndoshta polimeri më i përshtatshëm natyror për rindërtimin kimik të molekulave të tij është celuloza.

Plastika e parë u mor në fund të shekullit XIX. në Amerikë. Kur celuloza trajtohet me acid nitrik të koncentruar në prani të acidit sulfurik të koncentruar, dy grupe hidroksil në njësinë strukturore zëvendësohen nga grupet nitro. Substanca që rezulton quhet dinitrat i celulozës:

celulozë + HNO 3 din dinitrat celulozë + ujë.

Kur kamfuri i shtohet celulozës dinitrate (si plastifikues), fitohet një plastikë e bardhë qumështi e ngjashme me fildishin. Kjo plastikë quhet celuloid.

Produktet e para që ishin bërë nga celuloidi ishin topa bilardos, pastaj sende të vogla shtëpiake: krehje, lodra, vizore. Filmat dhe filmat janë bërë nga nitratet e celulozës.

Pengesa e madhe e celuloidit është ndezshmëria e tij. Për shkak të rritjes së rrezikut nga zjarri, fusha e aplikimit të celuloidit tani është e kufizuar. Në ditët e sotme, topat e tenisit dhe veshja e bukur dhe me shkëlqim e instrumenteve muzikorë janë bërë nga ky material. Në bazë të nitrateve të celulozës, bëhen zam dhe bojra.

Njerëzit kanë mësuar të kthejnë shumë prej disavantazheve të substancave në përparësi. Ju mund ta bëni dinitratin e celulozës edhe më të ndezshëm duke e kthyer atë në trinitrat. Trinitrati i celulozës përdoret si barut dhe quhet piroksilinë.

Polimeret artificiale përdoren për të prodhuar jo vetëm plastikë, por edhe fibra.

Celuloza në vetvete është një material fijor. Kjo është e lehtë të verifikohet duke ekzaminuar një copë pambuk mjekësor. Pëlhurat prej pambuku dhe liri janë bërë nga fibra celuloze. Së bashku me avantazhet e padiskutueshme, produktet e pambukut dhe lirit kanë disavantazhe të konsiderueshme. Ato nuk janë mjaft të forta (veçanërisht kur janë të lagura), rrudhen lehtësisht, nuk kanë shkëlqim dhe dëmtohen nga kërpudhat.

Produktet e bëra nga fibra artificiale më të zakonshme, mëndafshi acetat, nuk kanë këto mangësi.

Procesi i marrjes së një polimeri për prodhimin e fijeve të acetatit është shumë i ngjashëm me prodhimin e dinitratit të celulozës. Vetëm në këtë rast, celuloza nuk trajtohet me acid nitrik, por me acid acetik. Të tre grupet hidroksil të njësisë strukturore të celulozës i nënshtrohen një reaksioni esterifikimi. Rezultati është një polimer me tre grupe esteri - triacetati i celulozës:

celulozë + CH 3 COOH tri triacetat celulozë + ujë.

Triacetati i celulozës, ndryshe nga polimeri origjinal natyror, nuk ka një strukturë fibroze. Si të bëni fije prej saj? Për këtë, u shpik një proces i veçantë teknologjik.

Triacetati i celulozës shpërndahet në një tretës organik derisa të formohet një zgjidhje viskoze dhe, nën presion të lartë, shtyhet përmes kapakëve me shumë vrima të vogla - të ashtuquajturat spinneret. Rrjedhat e tretjes fryhen me ajër të ngrohtë, tretësi avullon, polimeri ngurtësohet në fijet më të mira (Fig. 83).

Rns 83
Skema e formimit të fibrave:
1 - vdes; 2 - një pako fibrash

Pëlhura të bëra nga fibra acetate (mëndafshi acetat) janë shumë të bukura, të lyera lehtë dhe shumëfunksionale: materiali i veshjes dhe veshjet elegante të topit janë bërë prej tyre me sukses të barabartë.

Përveç mëndafshit acetat, fije mëndafshi, bakri-amoniaku gjithashtu i përkasin fibrave artificiale.

Viskoza merret gjithashtu në bazë të celulozës nga trajtimi vijues me një zgjidhje alkali, disulfid karboni CS 2 dhe një zgjidhje acid. Fibra viskoze është pothuajse po aq e bukur sa natyrore, është gjithashtu higjienike (lëshon lagështi) dhe, më e rëndësishmja, është shumë më e lirë se ajo natyrale.

A është e mundur të braktisësh plotësisht lëndët e para natyrore polimer në prodhimin e plastikës dhe fibrave? Asgjë nuk është e pamundur për kiminë moderne! Polimeret sintetikë do të diskutohen në paragrafin tjetër.

Fjalë dhe koncepte të reja

1. Polimere artificiale.
2. Plastikë.
3. Celuloid.
4. Fibrat.
5. Fibra acetate, fije mëndafshi, fibra bakri-amoniaku.

Pyetje dhe detyra

1. Cilat polimere quhen artificiale? Cili është ndryshimi i tyre nga ato natyrore?
2. Plastikat nganjëherë quhen materiale të përbëra. Shpjegoni origjinën e këtij termi.
3. Çfarë lloj plastike quhet celuloid? Si dhe nga çfarë merret? Tregoni disavantazhin e këtij polimeri. Listoni fushat e aplikimit të celuloidit.
4. Në paketat me zam nitrocelulozë ka një paralajmërim në lidhje me respektimin e masave të sigurisë nga zjarri kur punoni me të. Cila është arsyeja për këtë?
5. Cilat janë fibrat? Cilat fibra natyrale (shtazore dhe bimore) dhe fibra të bëra nga njeriu njihni?
6. Çfarë lloj reagimi i referohet përgatitjes së triacetatit të celulozës? Cilës klasë të përbërjeve organike i përket produkti i këtij reaksioni?
7. Si bëhet triacetati i celulozës në fibra? Për çfarë përdoren pëlhurat e mëndafshit acetat?

Komponimet me peshë të madhe molekulare (HMC) përfshijnë substanca të përbëra nga molekula të mëdha. Në përgjithësi pranohet të merren parasysh komponimet me molekulë të lartë me një peshë molekulare më shumë se 5000, por shpesh mund të arrijë disa miliona (veçanërisht në DIU natyrore). Nuk ka kufi të mprehtë midis komponimeve me peshë molekulare të lartë dhe të ulët. Pra, disa tanina me një peshë molekulare prej rreth 1000 sillen si komponime tipike me peshë të ulët molekulare, dhe parafina me të njëjtën peshë molekulare kanë të gjitha vetitë e komponimeve me peshë të lartë molekulare. Kalimi nga komponimet me peshë të ulët molekulare në peshën molekulare të lartë nuk shoqërohet me ndryshimin e vetë peshës molekulare, por me ndryshimin cilësor që rezulton në vetitë (kalimi nga sasia në cilësi).

Madhësia e molekulave të IUD është shumë e madhe në krahasim me madhësinë e molekulave të zakonshme. Pra, gjatësia e molekulave të celulozës arrin 25 * -50 * (25,000-50,000 E) me një diametër prej 3.5 * -7 * cm (3.5-7 E).

IUD -të nganjëherë quhen polimere të larta (ose thjesht polimere). Por, duke folur rreptësisht, koncepti i dytë është më i ngushtë. Të gjithë polimeret janë DIU, por jo të gjitha DIU mund të jenë polimere. Në molekulën polimer, mbetjet e substancës origjinale - monomeri - duhet të lidhen kimikisht dhe të përsëriten rregullisht. Një molekulë e madhe polimer quhet makromolekulë, ose zinxhir polimer, dhe vetë mbetjet quhen njësi elementare (monomerike, të përsëritura), ose thjesht njësi. Për dallim nga një molekulë e një përbërje të ulët molekulare, një makromolekulë nuk është grimca më e vogël - një bartëse e vetive kimike të një substance, pasi kur një makromolekulë thyhet në zinxhirë më të shkurtër, këto veti ruhen.

Numri i lidhjeve në zinxhir quhet shkalla e polimerizimit (e shënuar me n, P, ose DP).

Kur shkruani formula empirike për polimeret, për shkak të peshës së tyre të madhe molekulare (M), njësitë fundore nuk merren parasysh, për shembull, formula empirike e celulozës (, gome (.

Çdo polimer gjithmonë përbëhet nga makromolekula me gjatësi të ndryshme. Prandaj, në kiminë e substancave makromolekulare, është futur koncepti i polimerhomologëve, i cili kuptohet si komponime të së njëjtës strukturë kimike, që ndryshojnë në peshat molekulare. Çdo përbërës polimer është një përzierje e homologëve polimer - komponime me numër të ndryshëm njësish në një makromolekulë, domethënë, me gjatësi të ndryshme të zinxhirit. Polimerhomologët formojnë një seri polimerhomologjike, domethënë një seri komponimesh në të cilat secili anëtar pasues ndryshon nga ai i mëparshmi nga një grup atomesh - një lidhje elementare.

Prandaj, polimeret karakterizohen gjithmonë nga një peshë molekulare mesatare. Pesha mesatare molekulare është produkt i numrit mesatar të njësive (DP mesatare) sipas peshës molekulare të njësisë. Heterogjeniteti i DIU -së në peshën molekulare quhet heterogjenitet molekular, polidispersitet ose polimolekularitet. Përcaktohet me metodën e fraksionimit të DIU sipas peshës molekulare. Duhet theksuar se shumë veti fizike dhe mekanike të IUD - aftësia për tu fryrë dhe tretur, vetitë e tretësirave - varen kryesisht jo vetëm nga pesha mesatare molekulare e IUD -ve, por edhe nga polidispersiteti i tyre.

Vetitë e IUD -ve përcaktohen nga përbërja kimike, struktura molekulare, pesha mesatare molekulare dhe heterogjeniteti molekular, forma e makromolekulave, rregullimi i tyre reciprok (struktura fizike), etj. Në varësi të këtyre faktorëve, vetitë e HSR mund të ndryshojnë në një gamë të gjerë, megjithatë, disa veti të përgjithshme janë karakteristike për të gjitha DIU -të. Të gjitha DIU-të, për shkak të peshës së tyre të madhe molekulare, janë të paqëndrueshme dhe të paafta për distilim. Shumica e DIU -ve nuk kanë një pikë të caktuar mbretërimi dhe zbuten gradualisht kur nxehen, dhe disa DIU nuk mund të zbuten dhe të dekompozohen menjëherë kur nxehen. Prandaj, metoda të tilla të izolimit dhe pastrimit të përbërjeve kimike si distilimi dhe rikristalizimi nuk janë të zbatueshme për polimeret. IUD -të shpesh janë shumë të ndjeshëm ndaj faktorëve të jashtëm dhe shpërbëhen lehtë nën ndikimin e agjentëve destruktivë.

Dallimi midis polimereve dhe komponimeve me peshë të ulët molekulare është veçanërisht i theksuar në vetitë e tyre mekanike. Karakteristikat mekanike të polimereve janë një kombinim i vetive të lëndëve të ngurta dhe lëngjeve. Polimerët janë shumë të qëndrueshëm dhe të aftë për deformime të konsiderueshme të kthyeshme.

Një nga vetitë e rëndësishme të DIU -ve është tretshmëria e tyre. Por ndryshe nga komponimet me peshë të ulët molekulare, ato treten shumë më ngadalë. Shpërbërja e DIU paraprihet domosdoshmërisht nga ënjtja. Disa polimere nuk treten fare në asnjë tretës.

polimeret në tretësira shfaqin veti të veçanta (viskozitet i lartë, disa anomali termodinamike).

Reagimet e transformimeve kimike të komponimeve me molekulë të lartë gjithashtu kanë karakteristika karakteristike. Këto komponime reagojnë shumë më ngadalë me reagentë të ndryshëm, dhe shumica e reaksioneve, si rregull, nuk vazhdojnë deri në fund. Në disa raste, së bashku me reagimin kryesor, ka reagime anësore që ndërhyjnë në procesin kryesor.

Sipas llojit të njësive në zinxhirë, polimeret ndahen në homopolimere dhe kopolimerë. Në homopolimerët, makromolekulat përbëhen nga të njëjtat njësi elementare, në heteropolimere ose kopolimere, ato përbëhen nga dy ose më shumë njësi elementare të ndryshme.

Në varësi të përbërjes kimike dhe strukturës kimike të makromolekulave, DIU -të ndahen në organolementë, organikë, inorganikë. Polimeret organike ndahen në dy klasa: polimere të zinxhirit të karbonit dhe hetero zinxhirit. Zinxhirët e polimereve të zinxhirit karboni janë ndërtuar vetëm nga atomet e karbonit, zinxhirët e polimereve hetero-zinxhirë janë ndërtuar nga atomet e karbonit dhe heteroatomet (oksigjen, azot, squfur). Polimeret Carbochain ndahen më tej sipas klasifikimit të miratuar në kiminë organike.

Sipas strukturës hapësinore, të gjithë polimerët ndahen në linearë, të degëzuar dhe hapësinorë.

Figura 1.1 - Paraqitja skematike e molekulave polimer lineare (a), të degëzuara (b) dhe të lidhura kryq (c)

Në polimeret lineare, makromolekulat janë zinxhirë të gjatë (a). Gjatësia e makromolekulave të polimereve të tilla tejkalon ndjeshëm dimensionin tërthor. Polimeret lineare mund të shkrihen dhe treten në tretës të përshtatshëm. Disa polimere natyrore lineare janë fibroze (celuloza), të tjerat janë shumë elastike (gome).

Në polimeret e degëzuar (b), makromolekulat janë zinxhirë të gjatë me degë. Dega duhet të përmbajë një ose më shumë njësi monomer. Numri dhe gjatësia e degëve mund të ndryshojnë shumë. Polimeret e degëzuara zakonisht shkrihen dhe treten. Sidoqoftë, vetitë e tyre varen nga shkalla e degëzimit. Polimerët e degëzuar fort janë substanca pluhur (niseshte).

Polimeret hapësinore janë polimere të ndërtuara nga zinxhirë të gjatë të lidhur në hapësirë ​​me lidhje kimike të lidhura kryq ose zinxhirë të shkurtër për të formuar një rrjet (c). Polimere të tilla quhen gjithashtu retikulare, të ndërlidhura, tre-dimensionale. Polimeret hapësinore nuk shkrihen ose treten.

Polimeret klasifikohen si të rregullt dhe të parregullt sipas llojit të alternimit të hallkave në zinxhir. Polimeret e rregullta lineare shfaqin alternimin e saktë të lidhjeve në zinxhir, ndërsa polimeret e parregullt kanë një rend zinxhir të prishur. Në polimeret e degëzuar, parregullsitë gjithashtu lindin për shkak të ndryshimeve në numrin dhe gjatësinë e zinxhirëve anësorë, si dhe në vendin e lidhjes së tyre në zinxhirin kryesor. Shumë veti të polimereve kanë një vlerë të madhe praktike dhe përcaktojnë zbatimin e tyre të gjerë praktik. Sipas origjinës, DIU klasifikohen në tre lloje:

• 1. Natyrore, e izoluar nga metalet natyrore. (Kohët e fundit, polimere natyrore me aktivitet biologjik - proteina, acide nukleike, disa polisaharide dhe polimere të përziera - janë izoluar në një grup të veçantë të polimereve biologjike, ose biopolimere.)
• 2. Artificiale, e përftuar nga modifikimi kimik i polimereve natyrore.
• 3. Sintetike, të sintetizuara nga komponimet me peshë të ulët molekulare. Në varësi të metodës së prodhimit, ato ndahen në polimere të polimerizimit dhe polikondensimit.

Customshtë e zakonshme të ndahen poliacetale në një grup të veçantë. Këto përfshijnë polisakaride të ndryshme (niseshte, celulozë dhe derivatet e saj, hemiceluloza, etj.) Dhe acide poliuronike.

Për shembull, celuloza është një polisakarid, makromolekulat e së cilës përbëhen nga njësi β-D-glukopiranozë të lidhura me njësitë glukozide 1-4.

Formula strukturore e makromolekulës së celulozës:

n është shkalla e polimerizimit e barabartë me 6000-14000.

Veçoritë

Karakteristikat e veçanta mekanike:

• elasticitet - aftësia për deformime të larta të kthyeshme me një ngarkesë relativisht të vogël (gome);
• brishtësi e ulët e polimereve qelqore dhe kristalore (plastika, qelqi organik);
• aftësia e makromolekulave për t'u orientuar nën veprimin e një fushe mekanike të drejtuar (përdoret në prodhimin e fibrave dhe filmave).

Karakteristikat e zgjidhjeve polimer:

• viskozitet i lartë i tretësirës në përqendrim të ulët të polimerit;
• shpërbërja e polimerit ndodh përmes fazës së ënjtjes.

Karakteristikat e veçanta kimike:

• aftësia për të ndryshuar në mënyrë dramatike vetitë e tij fizike dhe mekanike nën ndikimin e sasive të vogla të një reagenti (vullkanizimi i gomës, nxirja e lëkurës, etj.).

Karakteristikat e veçanta të polimereve shpjegohen jo vetëm nga pesha e tyre e madhe molekulare, por edhe nga fakti se makromolekulat kanë një strukturë zinxhir dhe janë fleksibël.

Klasifikimi

Sipas përbërjes kimike, të gjithë polimerët ndahen në organike, organolement, inorganike.

• Polimere organike.
• Polimeret organoelementale. Ato përmbajnë atome inorganike (Si, Ti, Al) në zinxhirin kryesor të radikalëve organikë, të kombinuar me radikalet organike. Ato nuk ekzistojnë në natyrë. Përfaqësues i marrë artificialisht - komponimet organosilikoni.

Duhet të theksohet se kombinimet e grupeve të ndryshme të polimereve shpesh përdoren në materialet teknike. ajo kompozicionale materiale (për shembull, tekstil me fije qelqi).

Sipas formës së makromolekulave, polimeret ndahen në lineare, të degëzuar (një rast i veçantë-në formë ylli), shirita, të sheshtë, të ngjashëm me krehër, rrjete polimerësh, etj.

Polimerët klasifikohen sipas polaritetit (i cili ndikon në tretshmërinë në lëngje të ndryshme). Polariteti i njësive të polimerit përcaktohet nga prania e dipoleve në përbërjen e tyre - molekula me një shpërndarje të palidhur të ngarkesave pozitive dhe negative. Në lidhjet jo polare, momentet dipole të lidhjeve të atomeve kompensohen reciprokisht. Polimerët, njësitë e të cilëve kanë polaritet të rëndësishëm quhen hidrofil ose polare... Polimere me lidhje jo polare - jo polare, hidrofobike... Polimeret që përmbajnë njësi polare dhe jo polare quhen amfifilik... Homopolimeret, secila lidhje e të cilave përmban grupe të mëdha polare dhe jo polare, propozohet të quhen homopolimerët amfifilikë.

Sa i përket ngrohjes, polimeret ndahen në termoplastik dhe termosetuese. Termoplastik polimeret (polietileni, polipropileni, polistireni) zbuten kur nxehen, madje shkrihen dhe ngurtësohen kur ftohen. Ky proces është i kthyeshëm. Termosetim Kur nxehen, polimeret pësojnë shkatërrim të pakthyeshëm kimik pa u shkrirë. Molekulat e polimereve termosetuese kanë një strukturë jolineare të përftuar nga ndërlidhja (për shembull, vullkanizimi) e molekulave të polimerit zinxhir. Karakteristikat elastike të polimereve termosetuese janë më të larta se ato të termoplastikës, megjithatë, polimerët termosetues praktikisht nuk kanë rrjedhshmëri, si rezultat i të cilave ata kanë një stres më të ulët të thyerjes.

Polimeret organike natyrore formohen në organizmat bimorë dhe shtazorë. Më të rëndësishmet prej tyre janë polisakaridet, proteinat dhe acidet nukleike, nga të cilat trupat e bimëve dhe kafshëve janë të përbëra kryesisht dhe të cilat sigurojnë vetë funksionimin e jetës në Tokë. Besohet se faza vendimtare në shfaqjen e jetës në Tokë ishte formimi i molekulave organike më të thjeshta me më komplekse - me peshë të lartë molekulare (shih Evolucioni Kimik).

Llojet

Polimere sintetike. Materiale polimer artificial

Një person ka përdorur prej kohësh materiale natyrore polimer në jetën e tij. Këto janë lëkurë, gëzofë, lesh, mëndafsh, pambuk, etj., Të përdorura për prodhimin e veshjeve, lidhëse të ndryshme (çimento, gëlqere, argjilë), të cilat, me përpunimin e duhur, formojnë trupa polimer tre-dimensionale, të cilat përdoren gjerësisht si Materiale ndërtimi. Sidoqoftë, prodhimi industrial i polimereve zinxhir filloi në fillim të shekullit të 20 -të, megjithëse parakushtet për këtë u shfaqën më herët.

Pothuajse menjëherë, prodhimi industrial i polimereve u zhvillua në dy drejtime - përmes përpunimit të polimereve organike natyrore në materiale polimerike artificiale dhe përmes prodhimit të polimereve sintetike nga komponimet organike të ulëta molekulare.

Në rastin e parë, prodhimi në shkallë të gjerë bazohet në celulozë. Materiali i parë polimer nga celuloza e modifikuar fizikisht - celuloidi - u mor në fillim të shekullit të 20 -të. Prodhimi në shkallë të gjerë i etereve dhe estereve të celulozës u krijua para dhe pas Luftës së Dytë Botërore dhe vazhdon edhe sot e kësaj dite. Filmat, fibrat, bojërat dhe bojrat dhe trashësit prodhohen në bazë të tyre. Duhet të theksohet se zhvillimi i kinemasë dhe fotografisë u bë i mundur vetëm falë shfaqjes së një filmi transparent të nitrocelulozës.

Prodhimi i polimereve sintetike filloi në vitin 1906, kur L. Bakeland patentoi të ashtuquajturën rrëshirë bakelite, një produkt kondensimi i fenolit dhe formaldehidit, i cili, kur nxehet, kthehet në një polimer tre-dimensional. Për dekada të tëra, është përdorur për prodhimin e rasteve për pajisje elektrike, bateri, televizorë, priza, etj., Dhe tani përdoret më shpesh si lidhës dhe ngjitës.

Falë përpjekjeve të Henry Ford, para Luftës së Parë Botërore, filloi zhvillimi i shpejtë i industrisë së automobilave, së pari në bazë të gomës natyrore, pastaj edhe sintetike. Prodhimi i këtij të fundit u zotërua në prag të Luftës së Dytë Botërore në Bashkimin Sovjetik, Angli, Gjermani dhe Shtetet e Bashkuara. Në të njëjtat vite, u zotërua prodhimi industrial i polistirenit dhe klorurit polivinil, të cilat janë materiale të shkëlqyera izoluese elektrike, si dhe metakrilat polimetil - pa xham organik të quajtur "pleksiglas", ndërtimi masiv i avionëve gjatë viteve të luftës do të kishte qenë i pamundur.

Pas luftës, prodhimi i fibrave dhe pëlhurave poliamide (najloni, najloni), i cili kishte filluar para luftës, rifilloi. Në vitet '50. Shekulli XX u zhvillua një fibër poliestër dhe prodhimi i pëlhurave të bazuara në të u zotërua nën emrin lavsan ose polietileni tereftalat. Polipropileni dhe nitroni, një lesh artificial i bërë nga poliakrilonitrile, përfundojnë listën e fibrave sintetike që përdor njeriu modern për veshje dhe prodhim. Në rastin e parë, këto fibra shumë shpesh kombinohen me fibra natyrale nga celuloza ose proteina (pambuku, leshi, mëndafshi). Një ngjarje epokale në botën e polimereve ishte zbulimi në mesin e viteve 50 të shekullit XX dhe zhvillimi i shpejtë industrial i katalizatorëve Ziegler-Natta, i cili çoi në shfaqjen e materialeve polimerike të bazuara në poliolefina dhe, mbi të gjitha, polipropilen dhe polietileni presion i ulët (para kësaj, prodhimi i polietilenit në presion të rendit prej 1000 atm.), si dhe polimere stereoregulare të afta për kristalizim. Pastaj, poliuretanet u futën në prodhimin masiv - ngjitësit më të zakonshëm, ngjitësit dhe materialet e buta poroze (gome shkumë), si dhe polisiloksanet - polimere organike element me rezistencë dhe elasticitet më të lartë termik në krahasim me polimeret organikë.

Lista mbyllet nga të ashtuquajturat polimere unike të sintetizuara në vitet 60-70. Shekulli XX Këto përfshijnë poliamide aromatike, polimide, poliestra, ketone poliestër, etj.; një atribut i domosdoshëm i këtyre polimereve është prania e unazave aromatike dhe (ose) strukturave aromatike të kondensuara. Ato karakterizohen nga një kombinim i vlerave të jashtëzakonshme të forcës dhe rezistencës ndaj nxehtësisë.

Polimere zjarrduruese

Shumë polimere të tilla si poliuretani, poliesteri dhe rrëshira epoksi janë të prirur ndaj ndezshmërisë, gjë që shpesh është e papranueshme në përdorim praktik. Për të parandaluar këtë, përdoren aditivë të ndryshëm ose përdoren polimere të halogjenizuara. Polimeret e pangopura të halogjenizuara sintetizohen duke përfshirë monomerë të kloruar ose të bromuar në kondensim, për shembull acid heksak(HCEMTPA), dibromneopentilglikol ose acid tetrabromofhtalik. Disavantazhi kryesor i polimereve të tillë është se, kur digjen, ato mund të lëshojnë gazra që shkaktojnë gërryerje, të cilat mund të kenë një efekt të dëmshëm në pajisjet elektronike aty pranë. Duke marrë parasysh kërkesat e larta të sigurisë mjedisore, vëmendje e veçantë i kushtohet përbërësve pa halogjen: komponimet e fosforit dhe hidroksidet metalike.

Veprimi i hidroksidit të aluminit bazohet në faktin se nën ekspozimin në temperaturë të lartë, uji lëshohet, i cili parandalon djegien. Për të arritur efektin, është e nevojshme të shtoni sasi të mëdha të hidroksidit të aluminit: 4 pjesë në peshë në një pjesë të rrëshirave të poliesterit të pangopur.

Pirofosfati i amonit punon në një parim tjetër: shkakton karbonizim, i cili, së bashku me një shtresë qelqi të pirofosfateve, izolon plastikën nga oksigjeni, duke penguar përhapjen e zjarrit.

Një mbushës i ri premtues është aluminosilikatet me shtresa, prodhimi i të cilave

Aplikacion

Për shkak të pronave të tyre të vlefshme, polimeret përdoren në inxhinierinë mekanike, industrinë e tekstilit, bujqësinë dhe mjekësinë, automobilizmin dhe ndërtimin e anijeve, ndërtimin e avionëve, në jetën e përditshme (tekstile dhe artikuj prej lëkure, enë, ngjitës dhe bojra, bizhuteri dhe sende të tjera). Në bazë të komponimeve me peshë të madhe molekulare, prodhohen goma, fibra, plastikë, filma dhe veshje bojë. Të gjithë indet e organizmave të gjallë janë komponime me peshë të madhe molekulare.

Shkenca e Polimerit

Shkenca e polimereve filloi të zhvillohej si një fushë e pavarur e dijes në fillim të Luftës së Dytë Botërore dhe u formua në tërësi në vitet '50. Shekulli XX, kur u realizua roli i polimereve në zhvillimin e përparimit teknik dhe aktivitetin jetësor të objekteve biologjike. Ajo është e lidhur ngushtë me fizikën, kiminë fizike, koloidale dhe organike dhe mund të konsiderohet si një nga bazat themelore të biologjisë molekulare moderne, objektet e studimit të së cilës janë biopolimerët.

Informacione të ngjashme.

Sot, pa përdorimin e polimereve të ndryshëm, ndoshta, është e pamundur të imagjinohet ndonjëri prej tyre.Ata kanë fituar një vend dominues si në industrinë e rëndë dhe në ndërtim, ashtu edhe në industritë e lehta dhe ushqimore. Çfarë është ky material i mrekullueshëm?

Çfarë janë polimeret

Një polimer është një substancë makromolekulare e përbërë nga struktura zinxhir (monomerë) që përsëriten periodikisht. Mund të ketë një sasi të jashtëzakonshme të njësive të tilla në zinxhirin polimer. Ndërveprimi i tyre me njëri -tjetrin kryhet me ndihmën e të cilave kontribuojnë në formimin e makromolekulave.

Polimeret janë me origjinë organike ose inorganike. Në komponimet molekulare organike, prania e karbonit është e detyrueshme, e cila nuk është themelore për strukturat inorganike ose sintetike. Komponimet organike të polimerit janë organoelement, karbochain dhe heterochain.

Për më tepër, polimeret ndahen më tej në natyrore, artificiale dhe sintetike. Për më tepër, komponimet artificiale makromolekulare merren gjithashtu nga monochains organike duke përdorur reaksione të caktuara kimike. Për shembull, leshi ose pambuku shndërrohet në fibra polimer artificial si rezultat i një procesi kimik.

Dhe cilat janë tiparet dalluese nga ato sintetike? Ato moderne bëjnë të mundur krijimin artificialisht ose sintetizimin e polimereve pa përdorur lëndë organike, domethënë edukim nga materiale artificiale. Polimeret sintetike merren duke sintetizuar substanca të thjeshta me peshë të ulët molekulare ose nga substanca të tjera polimerike sintetike.

Klasifikimi i polimereve

Sistemimi i kushtëzuar i ndan ato në grupet e mëposhtme:

1. Polimeret natyrore të kafshëve të përdorura nga njerëzimi për një kohë të gjatë. Shembujt janë si më poshtë: xhelatinë, glikogjen.

2. Polimeret natyrore të bimëve me të cilat jemi njohur edhe ne. Këto janë niseshte, gome, linjinë dhe celulozë.

3. Polimere Minerale Natyrore - Ky është një silicë ose mineral kuarci i përdorur gjerësisht i quajtur Kristali me ngjyrë bëhet një gur i çmuar - ametist. Kur shtypet, kthehet në rërën e zakonshme për ne.

4. Polimere artificiale të bëra nga monomerë organikë. Poliestrat janë bërë nga substanca celuloze me anë të shpëlarjes: celulozën etilike, celulozën benzil, si dhe celulozën metil të përdorur në industrinë e bojrave dhe llaqeve. Shumë nga këto substanca janë bërë nga leshi, lëkura, leshi, mëndafshi, etj.

5. Polimeret sintetike, të përdorura gjerësisht në shumë industri prodhuese, janë bërë të përhapura. Për shembull, në industrinë e lehtë, pëlhurat dhe veshjet e thurura janë krijuar nga fibra sintetike të tilla si lavsan, najlon, polipropilen dhe nitron. Ato janë shumë të qëndrueshme dhe praktikisht të pashlyeshme. Polimeret sintetike, të cilat përfaqësojnë përbërjen kryesore të fibrave të këtyre pëlhurave, merren nga polikondensimi i disa acideve kimike me substanca të tilla si etilen glikol, heksametilendiaminë, poliolefin ose poliakrilonitril. Prandaj, cilësitë themelore të polimereve "paraardhës" gjithashtu transferohen në polikomponime krejtësisht të reja. Si rezultat, ne marrim materiale shumë të lehta dhe elastike me përçueshmëri të ulët termike, rezistente ndaj ndikimeve kimike, fizike dhe atmosferike.

Për shkak të shumë vetive të vlefshme, polimeret sintetikë kanë gjetur aplikim jo vetëm në industrinë e tekstilit, por edhe në mjekësi, kozmetikë dhe parfumeri, bujqësi, automobila, ndërtim, shtëpi dhe zona të tjera.

Polimerët janë një klasë e veçantë e përbërjeve kimike, vetitë specifike të të cilave janë për shkak të gjatësisë së madhe, strukturës së zinxhirit dhe fleksibilitetit të makromolekulave përbërëse të tyre.

Nga ana tjetër, një makromolekulë kuptohet si një grup atomesh ose grupeve atomike, të ndryshme ose identike në përbërje dhe strukturë, të lidhura me lidhje kimike në një strukturë lineare ose të degëzuar, me një peshë molekulare mjaft të lartë. Grupimi më i vogël, i përsëritur i atomeve në një zinxhir quhet lidhje e një makromolekule.

Në varësi të pranisë në makromolekula të një ose më shumë dekompozime. dallohen llojet e njësive monomerike homo- dhe kopolimerët i përbërë nga një dhe të paktën dy (ose më shumë) lloje lidhjesh.

Polimerizimi është procesi i shndërrimit të një monomeri ose përzierje të monomerëve në një polimer.

Shkalla e polimerizimit është numri i njësive monomer në një molekulë polimer.

Klasifikimi IUD

1) sipas origjinës: a) natyrore (celulozë), b) artificiale (gjysmë sintetike), c) sintetike. 2) Nga gjeometria e skeletit të makromolekulës polimer

Lineare (A)- zinxhiri kryesor i makromolekulave i përbërë nga njësi të përsëritura të lidhura me njëra -tjetrën në një strukturë lineare. Modeli vizual: një gjerdan i gjatë i shqyer në një vend.

E degëzuar (B, C, D) polimeret përbëhen nga makromolekula, shtylla kurrizore e të cilave, në kontrast me ato lineare, përmban degë anësore të vendosura rastësisht nga disa atome në madhësinë e shtyllës kurrizore. ( në formë ylli (Z), përfaqësojnë një grup zinxhirësh që dalin nga një qendër; krehër (G) polimere që përmbajnë degë të shkurtra në secilën njësi, për shembull polihexadecyl akrylate:

(-CH 2 -CH- (SOOC 16 H 33) -) n

Qepur ose rrjetë- makromolekulat, formojnë një rrjet hapësinor. Midis polimereve të ndërlidhur, ka të qepura dendur dhe lehtë, ndryshojnë ndjeshëm në vetitë e tyre. Ndonjëherë të referuara si të qepura janë të ashtuquajturat " shkalle"(E) polimere në të cilat dy zinxhirë paralel janë të lidhur kryq në secilën njësi.

Nga ana tjetër, kopolimerët, në varësi të natyrës së rregullimit të njësive, ndahen:

a) statistikore- njësi monomerësh të rregulluar rastësisht përgjatë zinxhirit; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

b) alternuar - me një alternim të rreptë të lidhjeve në zinxhir; (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

v) bllok (kopolimerët e bllokut) - makromolekula lineare që përbëhen nga sekuenca të zgjeruara të njësive (blloqeve) të ndryshme që ndryshojnë në përbërje ose strukturë; - (A) - n - (B) - m

G) të vaksinuar kopolimerët, makromolekulat e degëzuara të të cilëve përbëhen nga disa sekuenca të lidhura kimikisht të njësive monomerike - zinxhiri kryesor dhe degët anësore, të ndryshme në përbërje ose strukturë. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

Polimere natyrore dhe sintetike

Polimeret ndahen në natyrore (biopolimere: proteina, acide nukleike, rrëshira natyrale) dhe sintetike (polietileni, polipropileni, rrëshira fenol-formaldehide).

Biopolimerët janë një klasë e polimereve që gjenden natyrshëm në natyrë, të cilat janë pjesë e organizmave të gjallë: proteina, acide nukleike, polisaharide. Biopolimerët përbëhen nga njësi të njëjta (ose të ndryshme) - monomerë. Monomerët e proteinave - aminoacidet, acidet nukleike - nukleotidet, në polisakaridet - monosakaridet.

Ekzistojnë dy lloje të biopolimerëve - të rregullt (disa polisakaride) dhe të parregullt (proteina, acide nukleike, disa polisaharide). Biopolimerët e përzier - glikoproteinat, lipoproteinat, glikolipidet. Biopolimerët mund të klasifikohen sipas strukturës së tyre kimike:

1. Polihidrokarburet (polisopreni, (-CH 2 -C (CH 3) = CH-CH 2-) n, të përfshira në lëngun e qumështit (latex) të hevea, kok-sagyz (një bar shumëvjeçar i gjinisë Luleradhiqe)

2. Karbohidratet (polisakaridet: celulozë, niseshte, glikogjen, chitin, chitosan)

3. Proteinat (poliamide, polimere të α-aminoacideve).

4. ADN dhe ARN.

Polimerët sintetikë janë materiale polimerike të panatyrshme të prodhuara për të zëvendësuar materialet natyrore. Polimeret sintetike formohen nga polimerizimi dhe polikondensimi. Midis polimereve sintetike, ekziston një grup i veçantë që përfshin goma dhe polimere gome. Këto materiale karakterizohen nga deformueshmëri e mahnitshme dhe veti shumë elastike, prandaj edhe u quajtën elastomer. Materiali i parë është bërë nga celuloza e modifikuar fizikisht në fillim të shekullit të njëzetë, dhe deri më sot, fibrat, filmat, trashësit dhe bojrat janë bërë nga i njëjti material. Ai mori emrin celuloid, i cili është i njohur për të gjithë si celulozë.

Nomenklatura detare

1) E parëndësishme

Një shembull është polytetrafluoroetileni, i njohur zakonisht si Teflon; poli-1,4-betaglukon = celulozë.

2) Racional

Parashtesa "poli-" vendoset para emrit të monomerit, nëse emri i monomerit përfshin disa fjalë, atëherë merret në kllapa:

3) Sistematik (sugjeruar nga IUPAC)

Bazuar në përshkrimin e strukturës së njësisë përsëritëse të përbërjes të zinxhirit polimer (SDR) në përputhje me rregulla të caktuara

Emri i polimerit fillon me parashtesën "poli-" e ndjekur nga emri SDR në kllapa.

Prandaj, për t'i dhënë një emër një polimeri, është e nevojshme: të identifikoni SDR, të orientoni SDR, t'i jepni emrin SDR. SDR mund të jetë e thjeshtë ose të përbëhet nga disa nën-njësi. Grupi më i madh i atomeve (ose ciklet e zinxhirit kryesor) zgjidhet si një nënnjësi, e cila mund të emërtohet në përputhje me rregullat e nomenklaturës IUPAC për komponimet organike me peshë të ulët molekulare. Atomet dhe nënnjësitë janë të vendosura në SDR sipas rendit në rënie të përparësisë nga e majta në të djathtë, rruga midis nënnjësitë duhet të jetë më e shkurtër. Rregullat e vjetërsisë janë si më poshtë:

1. Të gjitha heteroatomet janë më të vjetra se karboni. Midis tyre, vjetërsia përcaktohet nga pozicioni në sistemin periodik, ai zvogëlohet kur lëvizni nga këndi i sipërm i djathtë i tabelës periodike në pjesën e poshtme të majtë në grupe. Rreshti i vjetërsisë fillon me fluorin, vjetërsia zvogëlohet në sekuencën: F, Cl, Br, ..., O, S, Se, ..., N, P, As, Sb, ..., Fr.

2. Përparësia e nën -njësive përcaktohet nga seritë: heterociklet> heteroatomet ose nënnjësitë lineare, duke përfshirë heteroatomet> karbociklet> nënnjësitë aciklike. Prania e ndonjë zëvendësuesi nuk ndryshon rendin e përparësisë së nën-njësive. Të gjitha gjërat e tjera janë të barabarta, ato prej tyre kanë përparësinë, në të cilën numri që karakterizon pozicionin e zëvendësuesit është më i vogli.

3. Heterociklet sipas rendit të përparësisë janë rregulluar në një rresht: azot që përmbajnë> heterocikle që përmbajnë, së bashku me azotin, heteroatome të tjerë, përparësia e të cilave përcaktohet në përputhje me paragrafin 1> sistemet me numrin më të madh të unazave> sistemet me cikli më i madh> cikli me numrin më të madh të heteroatomeve> sistemet me numrin më të madh të heteroatomeve> sistemet me asortimentin më të madh të heteroatomeve. Të gjitha gjërat e tjera duke qenë të barabarta, ciklet e pangopura kanë përparësi.

4. Ndër grupet karbociklike, dominojnë ato me numrin më të madh të cikleve, të ndjekur nga sistemet: me ciklin më të madh individual> me numrin më të madh të atomeve të zakonshëm në të gjitha ciklet> me numrin më të vogël që karakterizon kryqëzimet e cikleve,> sistemet me pangopjen më të madhe.

Nëse zinxhiri kryesor përmban atome dhe unaza të të njëjtit lloj, rendi i rregullimit të tyre përcaktohet nga rendi alfabetik i emrave të zëvendësuesve, për shembull:

Në disa raste, së bashku me nomenklaturën sistematike të rekomanduar nga IUPAC, mund të përdoren edhe nomenklatura të tjera. Kështu, për një polimer me emrin sistematikenamino-1,3-cikloheksen, e ashtuquajtura nomenklaturë zëvendësuese mund të aplikohet. Në përputhje me të, SDR e zinxhirit kryesor i jepet një emër i bazuar në atomet hidrokarbure aciklike të ngjashme në numër dhe renditje të numërimit me parashtesat përkatëse për heteroatomet "aza", "oxa", "thia", etj. Sipas kësaj nomenklature, polimeri do të quhet poli-1-oksa-6-tia-4,9-diazanon-metilen-1,3-cikloheksen.