Гіпермаркет знань >> хімія >> Хімія 11 клас >> Хімія: Полімери

Якщо відносна молекулярна маса сполуки більше 10 тис., То таке з'єднання прийнято називати високомолекулярним. Більшість високомолекулярних сполук - полімери .
Полімерами називають речовини, молекули яких складаються з безлічі повторюваних структурних ланок, з'єднаних між собою хімічними зв'язками.
Ви вже знаєте два основних способи отримання соєвого молока - реакції полімеризації і реакції поліконденсації.
реакції полімеризації
Реакція полімеризації - це хімічний процес з'єднання безлічі вихідних молекул низькомолекулярної речовини (мономеру) в великі молекули (макромолекули) полімеру.
У реакцію полімеризації, як ви, очевидно, пам'ятаєте, можуть вступати сполуки, що містять кратні зв'язки, тобто ненасичені сполуки. Це можуть бути молекули одного мономера або різних мономерів.
У першому випадку відбувається реакція гомополімеризації - з'єднання молекул одного мономера, в другому - реакція кополімеризації - з'єднання молекул двох і більше вихідних речовин.

До реакцій гомополімеризації відносяться реакції отримання поліетилену , Поліпропілену, полівінілхлориду і т. Д., Наприклад:

Вираз в дужках називають структурною ланкою, а число п у формулі полімеру - ступенем полімеризації.
До реакцій сополимеризации відноситься, наприклад, реакція отримання бутадієнстирольного каучуку.

реакція поліконденсації
Реакція поліконденсації - це хімічний процес з'єднання вихідних молекул мономера в макромолекули полімеру, що йде з утворенням побічного низькомолекулярного продукту (найчастіше води).
У реакції поліконденсації вступають молекули мономерів з функціональними групами.
Як і в випадку полімеризації, процеси поліконденсації поділяють на:
• реакції гомополіконденсаціі, якщо полімер утворюється з молекул одного мономера. Наприклад, з молекул моносахаридів (глюкози) в клітинах рослин утворюються полісахариди, а в промисловості отримують синтетичне волокно - енант
• реакція сополіконденсаціі - якщо полімер утворюється з молекул двох і більше вихідних речовин. Наприклад, до них відносяться синтези білкових молекул з різних амінокислот або реакція отримання фенолформальдегідних смол:

За допомогою реакцій поліконденсації отримують поліефіри, поліаміди, поліуретани, поліакріл і т. Д.
будова полімеру
Макромолекули полімерів можуть мати різну гео. метричну форму в залежності від будови основному ланцюзі (рис. 18):
• лінійну, при якій структурні ланки з'єднані в довгі ланцюги послідовно одне за іншим (саме таку структуру мають в основному відомі нам поліетилен і поліпропілен);
• розгалужену (з ними ми зустрічалися при вивченні крохмалю);
• просторову, при якій лінійні молекули з'єднані між собою хімічними зв'язками (наприклад, в вулканізованої каучуку - гумі).
Геометрична форма макромолекул полімерів, як побачимо далі, суттєво позначається на їх властивості.
Лінійні і розгалужені ланцюги полімерів можна перетворити в просторові структури за допомогою світла, радіації або «зшивання» під дією хімічних реагентів. Згадайте хоча б вулканізацію каучуку, а також затвердіння фенолформальдегідних і поліефірних смол або освіту міцних плівок покриттів з олій, що висихають і природних смол.

а) лінійна

Лінійні полімери можуть мати як кристалічну, так і аморфну ​​структуру. Під кристалличностью полімерів розуміють впорядковане розташування макромолекул або їх частин. Аморфне будову характеризується відсутністю впорядкованості. Розгалужені і просторові полімери, як правило, є аморфними.
Фізичні властивості лінійних і розгалужених полімерів дуже залежать від міжмолекулярної взаємодії їх макромолекул. Наприклад, у целюлози вони взаємодіють між собою по всій довжині, і тому її волокна мають високу міцність. Аналогічно особливо міцні волокна дають багато синтетичні полімери (поліпропілен, поліефіри, поліаміди), лінійні молекули яких розташовані вздовж осі розтягнення. А ось розгалужені молекули крохмалю взаємодіють лише окремими ділянками і тому не утворюють міцних волокон.

Тривимірні структури просторових полімерів можуть лише тимчасово деформуватися при розтягуванні, якщо вони мають порівняно рідкісну сітку (згадайте гуму), або бувають пружними або крихкими при наявності густої просторової мережі в залежності від її будови.
Поняття молекулярна маса для полімерів має деякі особливості. При полімеризації в макромолекули з'єднується різне число молекул мономера в залежності від того, коли станеться обрив зростаючої полімерного ланцюга. Внаслідок цього утворюються макромолекули різної довжини і, отже, різної маси, для такого речовини молекулярна маса - це тільки середнє її значення.
На властивості полімерів великий вплив робить регулярність, яка проявляється в суворій послідовності з'єднання вихідних молекул мономерів в макромолекулі полімеру.
Полімери, макромолекули яких побудовані з ланок однакової просторової конфігурації або ж з ланок різної конфігурації, але обов'язково чергуються в ланцюзі у певному порядку, називають стереорегу-лярні. Полімери з довільним чергуванням ланок різної просторової конфігурації називають Несте-реорегулярнимі.
Стереорегулярность має велике значення, як ми вже вказували раніше, в прояві такого найважливішого властивості каучуків, як еластичність, яка відіграє визначальну роль при використанні цих матеріалів в автомобільних і авіаційних шинах, що зазнають під час руху автомобілів і літаків на посадочних смугах багаторазові деформації. Натуральний або ізопреновий каучук має стереорегулярность будова.
атоми вуглецю при подвійному зв'язку в кожній ланці з'єднані з різними атомами (групами атомів). Тому тут можлива геометрична ізомерія. Виявилося, що групи -СН2- в макромолекулах каучуку розташовані не безладно, а по одну і ту ж сторону подвійного зв'язку в кожній ланці, тобто знаходяться в цис-положенні.
Таке розташування груп -СН2-, через які здійснюється зв'язок ланок в макромолекулі, сприяє природному скручування її в клубок, що й обумовлює високу еластичність каучуку. У разі ж транс-будови ланок макромолекули виявляються більш витягнутими, і такий полімер (гутаперча) еластичністю не володіє.
В умовах хімічного синтезу домогтися стереорегуляр-ного будови довгий час не вдавалося, і це відбивалося на властивостях полімеру.
Але проблему синтезу изопренового каучуку все ж вдалося вирішити. Вили знайдені каталізатори, які, як і при синтезі стереорегулярность поліпропілену, забезпечували регулярну укладку мономерних ланок в зростаючу полімерну ланцюг. Тепер ізопреновий каучук, аналогічний натуральному за будовою і властивостями, промисловість випускає у великій кількості.
Отримано і бутадієновий каучук стереорегулярность будови. Щоб такий каучук відрізнити від бутадиенового, що не має регулярного будови, його називають дивініловий. Виявилося, що по стійкості до стирання дивініловий каучук навіть перевершує натуральний. Це робить його особливо цінним для виготовлення протекторів (зовнішньої частини) шин, які зношуються особливо швидко.
неорганічні полімери
Багато неорганічні речовини являють собою полімери. Ми вже називали їх. Це пластична сірка, чорний фосфор, червоний фосфор, селен і телур цепочечного будови, діоксид кремнію і кремнієва кислота , Силікати, поліфосфати і т. Д. Природні сітчасті неорганічні полімери входять до складу більшості мінералів земної кори.
Вам, мабуть, відомо і таке неорганічне волокно, як азбест або гірський льон.
Природні сітчасті неорганічні полімери переробляють в скла, волокна, ситалли, кераміку і т. Д.
Цікаві такі неорганічні полімери, які є алотропна видозмінами вуглецю:
карбин ...- С- = С-С- = С ...
і полікумулен ... = С = С = С = С = ...
Елементоорганіческіе полімери - це такі полімери, які в основному ланцюзі містять атом вуглецю, а інших хімічних елементів (кисню, титану, кремнію). Бічні ланцюга в таких полімерах представлені органічними радикалами.
Так, в 1935 р нашим співвітчизником К. А. Андріанова були отримані кремнийорганические полімери - силікони, склад яких можна відобразити так:

Ці речовини мають високу термостійкість, чудові електроізоляційні властивості, вони хімічно інертні, гідрофобні (не змочуються водою) і т. Д. Подальше підвищення термостійкості полімерів, очевидно, пов'язано з проблемою синтезу неорганічних полімерів, в молекулах яких немає атомів вуглецю.
пластмаси
Пластмасами називають матеріали, виготовлені на основі полімерів, здатні набувати при нагріванні задану форму і зберігати її після охолодження.
Як правило, пластмаса - це суміш декількох речовин; полімер - це лише одне з них, але найважливіше. Саме він пов'язує всі компоненти пластмаси в єдине, більш-менш однорідне ціле. Тому полімер називають сполучною.
Перші пластмаси отримували на основі природних полімерів - похідних целюлози, каучуку і т. Д. Потім в якості сполучних стали застосовувати і синтетичні полімери - фенолформальдегідні смоли, поліефіри і т. Д.
Зрозуміло, що перетворювати в готові вироби зручніше ті пластмаси, які можна зупинити тверднуть і розм'якшуються. Це так звані термопласти, або термопластичні полімери. Їх можна раціонально обробляти і переробляти методом лиття під тиском, вакуумного формування, профільним пресуванням. До таких пластмас відносяться поліетилен, полістирол, полівініл хлорид, поліаміди.
Якщо ж в процесі формування виробу відбувається зшивання макромолекул і полімер, твердея, набуває сітчасте будова, то ця речовина вже не можна повернути в в'язко-текучий стан нагріванням або розчиненням. Такі пластмаси називають реактопластами або термореактивними полімерами. До них відносяться фенолформальдегідні, карбамідні і поліефірні смоли.
Крім сполучного полімеру в пластмаси часто вводять добавки різного призначення, наповнювачі, барвники, речовини, що підвищують механічні властивості, термостійкість і стійкість до старіння.
Наповнювачі у вигляді порошку або волокна, які вводять в пластмаси, значно здешевлюють їх. Разом з тим вони можуть надати пластмасам і багато специфічні властивості. Так, пластмаси з наповнювачем у вигляді алмазної і карборундових пилу - це абразиви, тобто відмінний шліфувальний матеріал.
Основні споживачі пластмас - це перш за все будівельна індустрія, машинобудування, електротехніка, транспорт, виробництво пакувальних матеріалів, товарів народного споживання.
Широкому застосуванню пластмас сприяють низька вартість, легкість переробки та властивості, які часто не поступаються металів і сплавів або навіть перевершують їх. Так, вироби з пластмас дуже легкі, стійкі до корозії і агресивних середовищ, міцні, мають відмінні оптичні та ізоляційні властивості.
волокна
Волокна - це полімери лінійної будови, які придатні для виготовлення ниток, джгутів, текстильних матеріалів.
Природні волокна за походженням ділять на:
• рослинні (бавовна, льон, пенька і т. Д.);
• тварини (шерсть, шовк);
• мінеральні (азбест).

Хімічні волокна отримують з розчинів або розплавів волокнообразующих полімерів. Їх поділяють на:
• штучні, які отримують з природних полімерів або продуктів їх переробки, головним чином з целюлози і її ефірів (віскозне, ацетатні і ін.);
• синтетичні, які отримують з синтетичних полімерів (капрон, лавсан, енант, нейлон та ін.).
біополімери
Біополімери - це добре відомі вам білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти.
Білки - це біополімери, що складаються із залишків а-амінокислот.
У білках виділяють чотири рівні структур:
первинну структуру білків можна розглядати як лінійну структуру. Вона визначається порядком чергування залишків молекул амінокислот у поліпептидному ланцюзі і обумовлює білкову індивідуальність всіх живих організмів на Землі. Як з букв алфавіту можна побудувати безліч слів, так і з трохи більше ніж 20 а-амінокислот природа створює все різноманіття білків. У кожного організму свій неповторний, як малюнок відбитків пальців, набір білкових молекул. На неприйнятті «чужих» білкових наборів (наприклад, мікробних) заснована така захисна реакція організму, як імунітет і відторгнення.
Вторинна структура білків (найчастіше спиралевидная) визначається особливостями скручування (типом укладання) поліпептидних ланцюгів білкових молекул в спіраль за рахунок виникнення водневих зв'язків між групами -С-О і - NH -
l
Третинна структура білків (клубочковідная або глобулярна) визначається просторовим розташуванням білкових спіралей за рахунок виникнення водневих, амідних і дисульфідних зв'язків. Третинна структура у вигляді певної просторової конфігурації з виступами і западинами, з повернутими назовні функціональними групами обумовлює специфічну біологічну активність білкової молекули.

Деякі білки (наприклад, гемоглобін) мають четвертинних структуру.
Четвертичная структура відноситься до макромолекулам, до складу яких входить кілька поліпептидних ланцюгів. Ця структура відповідає розміщенню в просторі поліпептидних ланцюгів, не пов'язаних між собою ковалентними зв'язками.
Полісахариди - це біополімери, що складаються із залишків моносахаридів.
Представниками полісахаридів є крохмаль і целюлоза. І знову ви можете переконатися в тому, наскільки важливе значення має просторова будова для властивостей речовин. Адже в основі таких разючих відмінностей крохмалю і целюлози, що мають загальну формулу (С6Н10О5) n, лежить той факт, що крохмаль - цінне поживна речовина, запасний вуглевод рослинної клітини - побудований із залишків молекул а- глюкози , А целюлоза - додаткова механічна оболонка рослинної клітини - побудована із залишків молекул бета-глюкози:

Полінуклеотиди, або нуклеїнові кислоти, - це біополімери, що складаються із залишків нуклеотидів.
Подібно до молекул білків, нуклеїнові кислоти також характеризуються послідовністю чергування в їх макромолекулі всього чотирьох видів нуклеотидів - адениновую (А), гуанінових (Г), цитозинових (Ц) (в молекулі будь-нуклеїнової кислоти), урацілового (У) - в РНК або тимінових (Т) -в ДНК.

Макромолекули ДНК являють собою спіраль, що складається з двох ланцюгів, закручених навколо загальної осі. Це їх вторинна структура (рис. 22). У підтримці її, як і в білках, важлива роль належить водневим зв'язкам. Утворюються вони між азотистими підставами різних ланцюгів макромолекули, що розташовуються, на відміну від радикалів білкових молекул, не зовні, а всередині спіралі.
Нуклеїнові кислоти - РНК і ДНК - виконують найважливішу роль в зберіганні і передачі спадкової інформації організму, в біосинтезі білка, про що ви звичайно ж знаєте з курсу загальної біології. Вивчення біополімерів, особливо білків і нуклеїнових кислот, привело до створення нових наук - біоорганічної хімії, молекулярної біології, генної інженерії, які відкривають перед людством невичерпні можливості глибокого проникнення в таємниці життя і все більш широкого використання осягаються закономірностей в практичних цілях.
На закінчення узагальнимо наші відомості про класифікацію полімерів за допомогою схеми 2.

Мал. 22. Схема будови подвійної спіралі ДНК

1. Які речовини називають полімерами?
2. Чому полівінілхлорид і фенолформальдегідні пластмаси «відносяться» до нагрівання по-різному?
3. Чим пояснити, що при звичайних умовах етилен - газ, а поліетилен - тверде нелетку речовина?
4. Чому такі різні за своїми фізичними властивостями вуглекислий газ СО2 і кварц SiO2?
5. Наведіть приклади реакцій полімеризації, сополіме-ризації, поліконденсації.
6. Які з перерахованих ознак характеризують натуральний каучук: а) просторовий полімер; б) термопластичний полімер; в) стереорегулярний полімер; г) продукт вулканізації; д) штучний полімер?

Схема 2
Класифікація полімерів

календарний план на рік з хімії , хімія 11 клас , шпаргалки і конспекти

зміст уроку конспект уроку

опорний каркас презентація уроку акселеративного методи інтерактивні технології Практика завдання і вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відео- та мультимедіа фотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення реферати статті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні і додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроків виправлення помилок в підручнику оновлення фрагмента в підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, Напишіть нам .

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - освітній форум .