Загальні властивості полімерів

Програмні вимоги до теми:

Полімер, мономер, елементарна ланка, ступінь полімеризації. Середня молекулярна маса. Структура полімерів (лінійна, розгалужена, каркасна) Полімеризація. Механізми полімеризації: радикальний і йонний. Ініціатори. Зародження, ріст, обрив ланцюга при полімеризації.

Каучуки. Натуральний та синтетичний каучуки. Вулканізація каучуків. Гума.

Реакція поліконденсації Фенолоформальдегідні смоли. Термопластичні та термореактивні полімери. Поліетилентерефталат, капрон, нейлон

Короткий виклад теоретичних питань:

Полімери як високомолекулярні речовини

Високомолекулярні речовини, як показує сама назва, – це речовини, що мають дуже велику відносну молекулярну масу — 1000 –1000000. Такі молекули іноді називають макромолекулами.

Полімерами називають високомолекулярні речовини, молекули яких складаються з однакових елементарних ланок, що багаторазово повторюються. Хімічна будова полімерів порівняно нескладна. Наприклад, полівінілхлорид має будову

Неважко помітити, що його будова характеризується повторенням досить простих щодо будови груп атомів . Подібним повторенням однакових груп атомів, або так званих елементарних ланок, характеризується будова і багатьох інших високомолекулярних речовин.

Полімерами називаються речовини, молекули яких (макромолекули) складаються з великої кількості груп атомів (структурних ланок), з’єднаних між собою хімічними зв’язками. До полімерів належать поліетилен, полівінілхлорид, полістирол тощо. Низькомолекулярні сполуки, молекули яких взаємодіють між собою або з молекулами інших сполук з утворенням полімерів є мономерами.

Кількість елементарних ланок, що з’єднуються в макромолекулу (ступінь полімеризації), при утворенні тієї чи іншої високомолекулярної речовини, не є абсолютно сталою. В одних випадках таких ланок з’єднується більше, в інших – менше; утворюються макромолекули різної величини і, отже, різної маси. Ступінь полімеризації – змінна величина, отже, молекулярна маса полімеру – це середня величина молекулярних мас різних його молекул. Тому молекулярна маса полімеру є середньою молекулярною масою.

Структурні формули полімерів зображають тільки порядок сполучення атомів, але не передають просторового розміщення їх у молекулах. Наприклад, атоми карбону, з яких складається кістяк багатьох полімерів, насправді утворюють не прямий ланцюжок, як прийнято зображати у формулах, а вигнутий, зигзагоподібний; атоми гідрогену, хлору і т.д. не відокремлені від атомів карбону проміжками, а стикаються з ними безпосередньо, утворюючи спільні електронні пари.

Структура полімерів

За своєю геометричною формою полімери бувають лінійні, розгалужені, просторові. Розрізняють такі основні структури полімерів:

Лінійна структура. Молекули лінійної структури являють собою довгі ниткоподібні ланцюги елементарних ланок. Якщо окремі ланки в молекулах такого полімеру позначити буквою А, то лінійну структуру можна зобразити такою схемою: –А–А–А–А–…

Лінійну будову мають макромолекули поліетилену, поліхлорвінілу, каучуку. Довжина лінійної молекули в тисячі разів перевищує її поперечник: це ніби нитка діаметром 1 мм завдовжки 1м. Однак, молекули не мають вид прямих ліній: карбоновий кістяк має зигзагоподібну будову, крім того, молекули сильно вигнуті в різних напрямках, переплутані, а іноді навіть скручені в клубок.

Просторова або тривимірна структура. Полімери просторової (каркасної) структури утворюються в результаті з’єднання між собою лінійних молекул поперечними хімічними зв’язками. Просторову будову таких молекул зобразити в одній площині важко. Щоб уявити просторову структуру, треба мати на увазі, що так само лінійні молекули зв’язані з молекулами, які розміщені над площиною і за площиною паперу. Просторову структуру має, наприклад гума, де молекули каучуку внаслідок вулканізації виявляються “зшитими” між собою атомами сульфуру.