Cilat janë polimeret sintetike? Polimere natyrale dhe sintetike. Fisioni për nga natyra e një heteroatom

Siç mund ta shihni nga shembulli i shqyrtimit 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 të këtyre substancave që nuk zotërohen nga polimeret natyrore.

Kimistët kanë gjetur mënyra për të modifikuar kimikisht polimeret natyrore. Në këtë rast, zinxhiri kryesor i makromolekulave nuk pëson ndryshime, por grupe të reja atomesh 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, në përbërjen e tij mund të përfshihen edhe përbërës të tjerë: ngjyra (i japin ngjyrën materialit), mbushës (sigurojnë ngurtësinë e plastikës), plastifikues (e bëjnë materialin më elastik, fleksibël) , etj.

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

Plastika e parë u mor në fund të shekullit të 19-të. në Amerikë. Kur celuloza trajtohet me acid nitrik të koncentruar në prani të acidit sulfurik të përqendruar, dy grupe hidroksil në njësinë strukturore zëvendësohen me grupe nitro. Substanca që rezulton quhet dinatrat celulozë:

celulozë + HNO 3 → dinitrate celulozë + ujë.

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

Produktet e para që bëheshin me celuloid ishin topat e bilardos, pastaj sendet e vogla shtëpiake: krehër, lodra, vizore. Filmat dhe filmat janë bërë nga nitratet e celulozës.

Disavantazhi i madh i 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 rreshtimi i bukur dhe me shkëlqim i instrumenteve muzikore bëhen nga ky material. Në bazë të nitrateve të celulozës, bëhen ngjitës dhe llaqe.

Njerëzit kanë mësuar të kthejnë shumë nga disavantazhet e substancave në avantazhe. 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.

Vetë celuloza është një material fijor. Kjo është e lehtë për t'u verifikuar duke ekzaminuar një copë pambuku mjekësor. Pëlhura pambuku dhe liri janë bërë nga fibra celuloze. Së bashku me avantazhet e padiskutueshme, produktet e pambukut dhe lirit kanë disavantazhe të konsiderueshme. Nuk janë mjaftueshëm të forta (sidomos kur janë të lagura), rrudhen lehtë, nuk kanë shkëlqim dhe dëmtohen nga kërpudhat.

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

Procesi i marrjes së një polimeri për prodhimin e filamenteve acetate 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 estere - triacetat celulozë:

celulozë + CH 3 COOH → triacetat celulozë + ujë.

Triacetati i celulozës, ndryshe nga polimeri natyral origjinal, 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 tretësirë ​​viskoze dhe, nën presion të lartë, ajo shtyhet përmes kapakëve me shumë vrima të vogla - të ashtuquajturat spinnerets. Rrjedhat e tretësirës fryhen me ajër të ngrohtë, tretësi avullon, polimeri ngurtësohet në fijet më të imëta (Fig. 83).

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

Pëlhurat e bëra nga fibra acetate (mëndafshi acetat) janë shumë të bukura, lehtësisht të ngjyrosura dhe shumëfunksionale: ato përdoren për të bërë si asistencë ashtu edhe fustane elegante topash me të njëjtin sukses.

Përveç mëndafshit acetat, fibrave artificiale i përkasin edhe fibra viskozë, bakër-amoniak.

Viskoza përftohet gjithashtu në bazë të celulozës nga trajtimi sekuencial me një zgjidhje alkali, disulfid karboni CS 2 dhe një zgjidhje acid. Fibra viskoze është pothuajse po aq e bukur sa natyrale, është gjithashtu higjienike (lejon lagështinë të dalë jashtë) dhe, më e rëndësishmja, është shumë më e lirë se natyrale.

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

Fjalë dhe koncepte të reja

1. Polimere artificiale.
2. Plastika.
3. Celuloid.
4. Fibrat.
5. Fibër acetate, fije fije viskoze, bakër-amoniak.

Pyetje dhe detyra

1. Cilat polimere quhen artificiale? Cili është ndryshimi i tyre nga ato natyrale?
2. Plastika nganjëherë referohet si përbërës. Shpjegoni origjinën e këtij termi.
3. Çfarë lloj plastike quhet celuloid? Si dhe nga çfarë merret? Tregoni disavantazhet e këtij polimeri. Listoni fushat e aplikimit të celuloidit.
4. Në paketimet me ngjitës nitrocelulozë ka një paralajmërim për respektimin e masave të sigurisë nga zjarri kur punoni me të. Cila është arsyeja për këtë?
5. Çfarë janë fibrat? Çfarë fibrash natyrale (shtazore dhe bimore) dhe fibrave të bëra nga njeriu dini?
6. Çfarë lloj reaksioni i referohet përgatitjes së triacetatit të celulozës? Cilës klasë të përbërjeve organike i përket produkti i këtij reaksioni?
7. Si formohet fibra triacetate celuloze? Për çfarë përdoren pëlhurat e acetatit të mëndafshit?

Komponimet me peshë të lartë molekulare (HMC) përfshijnë substanca që përbëhen nga molekula të mëdha. Në përgjithësi pranohet të merren parasysh komponimet me molekulare të lartë me një peshë molekulare më shumë se 5000, por shpesh mund të arrijë disa miliona (veçanërisht në IUD-të natyrore). Nuk ka kufi të mprehtë midis përbërjeve me peshë molekulare të lartë dhe të ulët. Pra, disa tanina me një peshë molekulare rreth 1000 sillen si komponime tipike me peshë molekulare të ulët, dhe parafinat me të njëjtën peshë molekulare kanë të gjitha vetitë e përbërjeve me peshë të lartë molekulare. Kalimi nga komponimet me peshë të ulët molekulare në peshë të lartë molekulare 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-së 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 madhësi prej 3,5 * -7 * cm (3,5-7 E) në diametër.

IUD-të quhen ndonjëherë polimerë të lartë (ose thjesht polimerë). Por, në mënyrë rigoroze, koncepti i dytë është më i ngushtë. Të gjithë polimerët janë IUD, por jo të gjitha IUD-të mund të jenë polimere. Në molekulën e polimerit, mbetjet e substancës origjinale - monomeri - duhet të lidhen kimikisht dhe të përsëriten rregullisht. Një molekulë e madhe polimeri quhet makromolekulë, ose zinxhir polimer, dhe vetë mbetjet quhen njësi elementare (monomere, përsëritëse), ose thjesht njësi. Ndryshe nga një molekulë e një përbërjeje me molekulare të ulët, një makromolekulë nuk është grimca më e vogël - një bartës i vetive kimike të një substance, pasi kur një makromolekulë ndahet në zinxhirë më të shkurtër, këto veti mbahen.

Numri i hallkave 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 lartë molekulare (M), njësitë fundore nuk merren parasysh, për shembull, formula empirike e celulozës (, gome (.

Çdo polimer përbëhet gjithmonë nga makromolekula me gjatësi të ndryshme. Prandaj, në kiminë e substancave makromolekulare është futur koncepti i polihomologëve, i cili kuptohet si komponime me të njëjtën strukturë kimike, të ndryshme në pesha molekulare. Çdo përbërës polimer është një përzierje homologësh polimerësh - komponime me numër të ndryshëm njësish në një makromolekulë, d.m.th., me gjatësi të ndryshme zinxhirësh. Polimerhomologët formojnë një seri polimeromologjike, domethënë një seri përbërjesh në të cilat secili term 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 prodhimi i numrit mesatar të njësive (PD mesatare) nga pesha molekulare e njësisë. Heterogjeniteti i IUD-së në peshën molekulare quhet heterogjenitet molekular, polidispersitet ose polimolekularitet. Përcaktohet me metodën e fraksionimit të IUD sipas peshës molekulare. Duhet theksuar se shumë veti fizike dhe mekanike të IUD-ve - 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 i ndërsjellë (struktura fizike), etj. Në varësi të këtyre faktorëve, vetitë e HSR mund të ndryshojnë shumë, por disa veti të përgjithshme janë karakteristike për të gjitha IUD-të. Të gjitha DIU-të, për shkak të peshës së tyre të lartë molekulare, janë të paqëndrueshme dhe të paaftë për distilim. Shumica e IUD-ve nuk kanë një pikë të caktuar mbretërimi dhe zbuten gradualisht kur nxehen, dhe disa DIU nuk mund të zbuten dhe dekompozohen menjëherë kur nxehen. Prandaj, metoda të tilla të izolimit dhe pastrimit të përbërjeve kimike si distilimi dhe rikristalizimi nuk janë të zbatueshme për polimerët. IUD-të janë shpesh shumë të ndjeshme ndaj faktorëve të jashtëm dhe degradohen lehtësisht nga agjentët shkatërrues.

Dallimi midis polimereve dhe përbërjeve me peshë të ulët molekulare është veçanërisht i theksuar në vetitë e tyre mekanike. Vetitë 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 IUD-ve është tretshmëria e tyre. Por ndryshe nga komponimet me peshë të ulët molekulare, ato treten shumë më ngadalë. Shpërbërja e DIU-së domosdoshmërisht paraprihet nga ënjtja. Disa polimere nuk treten fare në asnjë tretës.

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

Veçori karakteristike kanë edhe reaksionet e shndërrimeve kimike të komponimeve me molekula të larta. 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 reaksione anësore që ndërhyjnë në procesin kryesor.

Sipas llojit të njësive në zinxhirë, polimeret ndahen në homopolimere dhe kopolimere. Në homopolimerë, makromolekulat përbëhen nga njësi elementare identike; në heteropolimerë ose kopolimerë, ato përbëhen nga dy ose më shumë njësi elementare të ndryshme.

Në varësi të përbërjes kimike dhe strukturës kimike të makromolekulave, IUD-të ndahen në elemente organike, inorganike, organike. Nga ana tjetër, polimerët organikë ndahen në dy klasa: polimere me zinxhir karbo dhe heterozinxhir. Zinxhirët e polimerëve të zinxhirit karbo janë ndërtuar vetëm nga atomet e karbonit, zinxhirët e polimereve hetero-zinxhir janë ndërtuar nga atomet e karbonit dhe heteroatmet (oksigjen, azot, squfur). Polimerët e zinxhirit të karbonit 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 ndërlidhura (c)

Në polimerët linearë, makromolekulat janë zinxhirë të gjatë (a). Gjatësia e makromolekulave të polimerëve të tillë tejkalon ndjeshëm dimensionin tërthor. Polimeret lineare mund të shkrihen dhe të treten në tretës të përshtatshëm. Disa polimere lineare natyrale janë fibroze (celulozë), të tjerët janë shumë elastikë (gome).

Në polimerët e degëzuar (b), makromolekulat janë zinxhirë të gjatë me degë. Dega duhet të përmbajë një ose më shumë njësi monomeri. Numri dhe gjatësia e degëve mund të ndryshojnë shumë. Polimerët e degëzuar zakonisht shkrihen dhe treten. Vetitë e tyre, megjithatë, varen nga shkalla e degëzimit. Polimeret me degëzim të fortë janë substanca pluhur (niseshte).

Polimeret hapësinore janë polimere të ndërtuara nga zinxhirë të gjatë të lidhur në hapësirë ​​me lidhje kimike të ndërlidhura ose zinxhirë të shkurtër për të formuar një rrjet (c). Polimere të tillë quhen edhe si rrjetë, të ndërlidhur, tre-dimensionale. Polimeret hapësinore nuk shkrihen dhe nuk treten.

Polimerët klasifikohen si të rregullt ose të parregullt sipas llojit të alternimit të hallkave në zinxhir. Polimerët e rregullt linearë kanë alternimin e saktë të lidhjeve në zinxhir, ndërsa polimerët e parregullt kanë një renditje të zinxhirit të prishur. Në polimerët e degëzuar, parregullsitë lindin gjithashtu për shkak të dallimeve në numrin dhe gjatësinë e zinxhirëve anësor, si dhe në vendin e lidhjes së tyre në zinxhirin kryesor. Shumë veti të polimereve kanë vlerë të madhe praktike dhe përcaktojnë aplikimin e gjerë praktik të tyre. Nga origjina, IUD-të klasifikohen në tre lloje:

• 1. Natyral, i izoluar nga metalet natyrore. (Kohët e fundit, polimerët natyrorë me aktivitet biologjik - proteinat, acidet nukleike, disa polisaharide dhe polimere të përzier - janë izoluar në një grup të veçantë polimerësh biologjikë ose biopolimerë.)
• 2. Artificial, i përftuar me modifikim kimik të polimereve natyrore.
• 3. Sintetike, e sintetizuar nga komponime me peshë të ulët molekulare. Në varësi të mënyrës së prodhimit, ato ndahen në polimere polimerizimi dhe polikondensimi.

Është e zakonshme të ndahen poliacetalet në një grup të veçantë. Këto përfshijnë polisaharide të ndryshme (niseshte, celulozë dhe derivatet e saj, hemiceluloza, etj.) dhe acide poliuronike.

Për shembull, celuloza është një polisaharid, makromolekulat e të cilit përbëhen nga njësi β-D-glukopiranozë të lidhura nga njësitë e glukozidit 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 ulët (goma);
• brishtësia e ulët e polimereve qelqi 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 të polimerit:

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

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 reagjenti (vullkanizimi i gomës, rrezitja e lëkurës, etj.).

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

Klasifikimi

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

• Polimere organike.
• Polimere organoelementare. Ato përmbajnë atome inorganike (Si, Ti, Al) në zinxhirin kryesor të radikaleve organike, të kombinuara me radikalet organike. Ato nuk ekzistojnë në natyrë. Përfaqësues i marrë artificialisht - komponimet organosilicon.

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

Sipas formës së makromolekulave, polimeret ndahen në rrjete lineare, të degëzuara (një rast i veçantë - në formë ylli), fjongo, të sheshtë, në formë krehër, polimer, etj.

Polimerët klasifikohen sipas polaritetit (i cili ndikon në tretshmërinë në lëngje të ndryshme). Polariteti i njësive polimer përcaktohet nga prania e dipoleve në përbërjen e tyre - molekula me një shpërndarje të pabashkuar të ngarkesave pozitive dhe negative. Në lidhjet jopolare, momentet dipole të lidhjeve të atomeve kompensohen reciprokisht. Polimeret njësitë e të cilëve kanë polaritet të konsiderueshëm quhen hidrofile ose polare... Polimere me lidhje jopolare - jo polare, hidrofobe... Polimeret që përmbajnë njësi polare dhe jopolare quhen amfifilike... Homopolimerë, secila lidhje e të cilave përmban grupe të mëdha polare dhe jopolare, propozohet të quhen homopolimerë amfifilë.

Në lidhje me ngrohjen, polimeret ndahen në termoplastike dhe termorregullues. Termoplastike polimeret (polietileni, polipropileni, polistireni) zbuten kur nxehen, madje shkrihen dhe ngurtësohen kur ftohen. Ky proces është i kthyeshëm. Termoketues Kur nxehen, polimeret i nënshtrohen shkatërrimit të pakthyeshëm kimik pa shkrirje. Molekulat e polimereve termorregullues kanë një strukturë jolineare të përftuar nga ndërlidhja (për shembull, vullkanizimi) i molekulave të polimerit me zinxhir. Vetitë elastike të polimereve termorregullues janë më të larta se ato të termoplastikës, megjithatë, polimerët termorregullues praktikisht nuk kanë rrjedhshmëri, si rezultat i të cilave ata kanë një stres më të ulët thyerjeje.

Polimeret organike natyrale formohen në organizmat bimore dhe shtazore. Më të rëndësishmit prej tyre janë polisaharidet, proteinat dhe acidet nukleike, prej të cilave përbëhen kryesisht trupat e bimëve dhe kafshëve dhe që sigurojnë vetë funksionimin e jetës në Tokë. Besohet se faza vendimtare në origjinën e jetës në Tokë ishte formimi i molekulave organike më të thjeshta me peshë molekulare më komplekse - të lartë (shiko Evolucioni kimik).

Llojet

Polimere sintetike. Materiale polimer artificiale

Një person ka kohë që përdor materiale polimer natyrale në jetën e tij. Këto janë lëkura, gëzofi, leshi, mëndafshi, pambuku etj., që përdoren për prodhimin e veshjeve, lidhësve të ndryshëm (çimento, gëlqere, argjilë), të cilët pas përpunimit të duhur formojnë trupa polimer tredimensionale, 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 sintetikë nga komponimet organike me molekulare të ulët.

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. Mbi bazën e tyre prodhohen filma, fibra, bojëra dhe llaqe dhe trashës. 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 shndërrohet në një polimer tredimensional. Prej dekadash është përdorur për prodhimin e kutive të pajisjeve elektrike, baterive, televizorëve, prizave etj., ndërsa tani më shpesh përdoret si lidhës dhe ngjitës.

Falë përpjekjeve të Henri Fordit, para Luftës së Parë Botërore, filloi zhvillimi i shpejtë i industrisë së automobilave, fillimisht në bazë të gomës natyrale, pastaj edhe sintetike. Prodhimi i kësaj 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 përvetësua prodhimi industrial i polistirenit dhe klorurit polivinil, të cilët janë materiale të shkëlqyera izoluese elektrike, si dhe polimetil metakrilat - pa xhami organik të quajtur "pleksiglas", ndërtimi i avionëve masiv gjatë viteve të luftës do të ishte i pamundur.

Pas luftës rifilloi prodhimi i fibrave dhe pëlhurave poliamide (najlon, najlon), i cili kishte filluar para luftës. Në vitet 50. shekulli XX U zhvillua fibra poliester dhe prodhimi i pëlhurave të bazuara në të u zotërua me emrin lavsan ose polietileni tereftalat. Polipropileni dhe nitroni, një lesh artificial i bërë nga poliakrilonitrili, përmbyllin listën e fibrave sintetike që njeriu modern përdor për veshje dhe prodhim. Në rastin e parë, këto fibra kombinohen shumë shpesh 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, polipropileni dhe polietileni. presion të ulët (para kësaj, prodhimi i polietilenit me presion të rendit 1000 atm.), si dhe polimere stereore të afta për kristalizimin. Më pas, poliuretanët u futën në prodhim masiv - ngjitësit më të zakonshëm, materialet e buta ngjitëse dhe poroze (gome shkumë), si dhe polisiloksanët - polimere organike me qëndrueshmëri termike dhe elasticitet më të lartë në krahasim me polimerët organikë.

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

Polimere zjarrduruese

Shumë polimere si poliuretani, poliesteri dhe rrëshirat 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 polimerë të halogjenizuar. Polimeret e pangopura të halogjenizuara sintetizohen duke përfshirë në kondensim monomere të kloruruar ose të brominuar, për shembull acidi heksa(HCEMTPA), dibromneopentilglikoli ose acidi tetrabromoftalik. Disavantazhi kryesor i polimerëve të tillë është se, kur digjen, ato mund të lëshojnë gazra që shkaktojnë korrozion, gjë që mund të ketë një efekt të dëmshëm në elektronikën aty pranë. Duke marrë parasysh kërkesat e larta të sigurisë mjedisore, vëmendje e veçantë i kushtohet përbërësve pa halogjen: komponimet e fosforit dhe hidroksidet e metaleve.

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

Pirofosfati i amonit funksionon sipas një parimi tjetër: shkakton karbonizim, i cili së bashku me shtresën e qelqtë të pirofosfateve izolojnë plastikën nga oksigjeni, duke penguar përhapjen e zjarrit.

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

Aplikacion

Për shkak të vetive të tyre të vlefshme, polimeret përdoren në inxhinierinë mekanike, industrinë e tekstilit, bujqësinë dhe mjekësinë, automobilat dhe ndërtimin e anijeve, ndërtimin e avionëve, në jetën e përditshme (tekstile dhe artikuj lëkure, enët, ngjitës dhe llaqe, bizhuteri dhe sende të tjera). Në bazë të përbërjeve me peshë të lartë molekulare, prodhohen goma, fibra, plastikë, filma dhe veshje me bojë. Të gjitha indet e organizmave të gjallë janë komponime me peshë të lartë molekulare.

Shkenca e polimerit

Shkenca e polimereve filloi të zhvillohet si një fushë e pavarur e njohurive me fillimin e 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 jetën e objekteve biologjike. Ai është i lidhur ngushtë me fizikën, kiminë fizike, koloidale dhe organike dhe mund të konsiderohet si një nga themelet bazë të biologjisë molekulare moderne, objektet e së cilës janë biopolimerët.

Informacione të ngjashme.

Sot, pa përdorimin e polimerëve të ndryshëm, ndoshta është e pamundur të imagjinohet ndonjë. Ata kanë fituar një vend dominues si në industrinë e rëndë dhe në ndërtim, ashtu edhe në industrinë e lehtë dhe ushqimore. Çfarë është ky material i mrekullueshëm?

Çfarë janë polimeret

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

Polimerët janë me origjinë organike ose inorganike. Në përbërjet molekulare organike, prania e karbonit është e detyrueshme, gjë që nuk është thelbësore për strukturat inorganike ose sintetike. Komponimet organike polimerike janë organoelement, karbo-zinxhir dhe hetero-zinxhir.

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

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

Klasifikimi i polimereve

Sistematizimi i kushtëzuar i ndan ato në grupet e mëposhtme:

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

2. Polimere natyrore bimore me të cilët jemi njohur edhe ne. Këto janë niseshteja, goma, linjina dhe celuloza.

3. Polimeret Minerale Natyrore - Ky është një mineral silicë ose 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 monomere organike. Poliesterët bëhen nga substanca celuloze duke shpëlarë: celulozë etil, celulozë benzil, si dhe celulozë metil që përdoret në industrinë e bojës dhe llakut. Shumë nga këto substanca janë bërë nga leshi, lëkura, gëzofi, mëndafshi, etj.

5. Polimerët sintetikë, të përdorur gjerësisht në shumë industri prodhuese, janë përhapur gjerësisht. Për shembull, në industrinë e lehtë, pëlhurat dhe trikotazhet krijohen nga fibra sintetike si lavsan, najloni, polipropileni dhe nitroni. Ato janë shumë të qëndrueshme dhe praktikisht të pashlyeshme. Polimerët sintetikë, të cilët përfaqësojnë përbërjen kryesore të fibrave të këtyre pëlhurave, përftohen nga polikondensimi i disa acideve kimike me substanca të tilla si etilen glikol, heksametilendiamina, poliolefina ose poliakrilonitrili. Prandaj, cilësitë themelore të polimereve "progenitor" transferohen gjithashtu në polikomponime krejtësisht të reja. Si rezultat, 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, polimerët sintetikë kanë gjetur aplikim jo vetëm në industrinë e tekstilit, por edhe në mjekësi, kozmetikë dhe parfumeri, bujqësi, automobila, ndërtim, amvisëri dhe fusha të tjera.

Polimeret 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 të tyre përbërëse.

Nga ana tjetër, një makromolekulë kuptohet si një grup atomesh ose grupesh atomike, të ndryshme ose të njëjta në përbërje dhe strukturë, të lidhur me lidhje kimike në një strukturë lineare ose të degëzuar, me një peshë molekulare mjaftueshëm të lartë. Grupimi më i vogël, i shumëfishuar i atomeve në një zinxhir quhet lidhje e një makromolekule.

Në varësi të pranisë në makromolekulat e një ose më shumë dekomp. dallohen llojet e njësive monomere homo- dhe kopolimere, i përbërë nga një dhe të paktën dy (ose më shumë) lloje lidhjesh.

Polimerizimi është procesi i shndërrimit të një monomeri ose përzierjes së monomereve në një polimer.

Shkalla e polimerizimit është numri i njësive të monomerit në një molekulë polimeri.

Klasifikimi i IUD

1) nga origjina: a) natyrale (celuloze), b) artificiale (gjysem sintetike), c) sintetike 2) nga gjeometria e skeletit te makromolekules polimer

Linear (A)- zinxhiri kryesor i makromolekulave që përbëhet nga njësi përsëritëse të lidhura me njëra-tjetrën në një strukturë lineare. Modeli vizual: një gjerdan i gjatë i grisur në një vend.

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

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

Qepur ose rrjetë- makromolekulat, formojnë një rrjet hapësinor. Ndër polimerët e ndërlidhur dallohen të qepura dendur dhe lehtë, ndryshojnë ndjeshëm në vetitë e tyre. Ndonjëherë të referuara si të qepura janë të ashtuquajturat " shkallët"(E) polimere në të cilët dy zinxhirë paralelë janë të ndërlidhur në secilën njësi.

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

a) statistikore- njësi monomerike të renditura rastësisht përgjatë zinxhirit; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

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

v) bllok (blloqe kopolimere) - makromolekula lineare, të përbëra nga sekuenca të zgjatura të alternuara të njësive (blloqeve), të ndryshme në përbërje ose strukturë; - (A) - n - (B) - m

G) i vaksinuar kopolimere, makromolekulat e degëzuara të të cilave 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 natyrale dhe sintetike

Polimerët ndahen në natyralë (biopolimere: proteina, acide nukleike, rrëshira natyrale) dhe sintetike (polietileni, polipropileni, rrëshirat fenol-formaldehid).

Biopolimerët janë një klasë polimerësh që gjenden në natyrë në formën e tyre natyrore, të cilat janë pjesë e organizmave të gjallë: proteina, acide nukleike, polisaharide. Biopolimerët përbëhen nga njësi të njëjta (ose të ndryshme) - monomere. Monomerët e proteinave - aminoacidet, acidet nukleike - nukleotidet, në polisaharidet - monosakaridet.

Ekzistojnë dy lloje të biopolimerëve - të rregullt (disa polisaharide) dhe të parregullt (proteina, acide nukleike, disa polisaharide). Biopolimere të përziera - glikoproteina, lipoproteina, glikolipide. Biopolimerët mund të klasifikohen sipas strukturës së tyre kimike:

1. Polihidrokarburet (polizoprene, (-CH 2 -C (CH 3) = CH-CH 2 -) n, të përfshira në lëngun e qumështit (latex) të Hevea, kok-sagyz (një barishte shumëvjeçare e gjinisë Luleradhiqe)

2. Karbohidratet (polisakaridet: celulozë, niseshte, glikogjen, kitinë, kitozan)

3. Proteinat (poliamidet, polimeret e α-aminoacideve).

4. ADN dhe ARN.

Polimeret sintetike janë materiale polimerike të panatyrshme të prodhuara për të zëvendësuar materialet natyrore. Polimerët sintetikë formohen përmes polimerizimit dhe polikondensimit. Midis polimerëve sintetikë, ekziston një grup i veçantë që përfshin gomat dhe polimerët e gomës. Këto materiale karakterizohen nga deformueshmëri e mahnitshme dhe veti shumë elastike, prandaj 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, trashësuesit dhe llaqet janë bërë nga i njëjti material. Ai mori emrin celuloid, i cili është i njohur për të gjithë si celulozë.

Nomenklatura detare

1) I parëndësishëm

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

2) Racionale

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

3) Sistematike (sugjeruar nga IUPAC)

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

Emri i polimerit fillon me prefiksin "poly-" i ndjekur nga emri SDR në kllapa.

Prandaj, për t'i dhënë një emër një polimeri, është e nevojshme: të identifikohet SDR, të orientohet SDR, t'i jepet emri SDR. SDR mund të jetë i thjeshtë ose përbëhet nga disa nën-njësi. Grupi më i madh i atomeve (ose ciklet e zinxhirit kryesor) zgjidhet si nënnjësi, e cila mund të emërtohet në përputhje me rregullat e nomenklaturës IUPAC për përbërjet organike me peshë të ulët molekulare. Atomet dhe nënnjësitë janë të vendosura në SDR në rend uljeje të përparësisë nga e majta në të djathtë; shtegu midis nënnjësive duhet të jetë më i shkurtër. Rregullat e vjetërsisë janë si më poshtë:

1. Të gjithë heteroatmet janë më të vjetër se karboni. Midis tyre, vjetërsia përcaktohet nga pozicioni në tabelën periodike, zvogëlohet kur lëviz nga këndi i sipërm i djathtë i tabelës periodike në të majtë të poshtëm 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 nënnjësive përcaktohet nga seria: heterocikle> heteroatome ose nënnjësi lineare, duke përfshirë heteroatmet> karbocikletë> nënnjësi aciklike. Prania e ndonjë zëvendësuesi nuk ndryshon rendin e përparësisë së nën-njësive. Të gjitha gjërat e tjera duke qenë të barabarta, ato prej tyre kanë avantazhin, në të cilin numri që karakterizon pozicionin e zëvendësuesit është më i vogli.

3. Heterociklet sipas rendit të përparësisë renditen në një rresht: heterocikle me azot> 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 janë të barabarta, ciklet e pangopura kanë përparësi.

4. Ndër grupet karbociklike dominojnë ato me numrin më të madh të cikleve, të ndjekura nga sistemet: me ciklin më të madh individual> me numrin më të madh të atomeve të zakonshme 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, sekuenca e 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 nomenklaturë të tjera. Kështu, për një polimer me emrin sistematikilenamino-1,3-cikloheksen, mund të zbatohet e ashtuquajtura nomenklaturë zëvendësuese. Në përputhje me të, SDR-së së zinxhirit kryesor i jepet një emër bazuar në atomet e hidrokarbureve 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.