1раздел дерево. 1 Общие сведения о высокомолекулярных соединениях и их свойствах

• Название: 1 Общие сведения о высокомолекулярных соединениях и их свойствах
• Дата: 23.12.2021
• Размер: 55.67 Kb.
• Имя файла: 1раздел дерево.docx
• Тип: Документы; #316146

1 Общие сведения о высокомолекулярных соединениях и их свойствах

Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это соединения, имеющие большую молекулярную массу, представляющие собой большие молекулы и отличающиеся вследствие этого специфическими свойствами от низкомолекулярных соединений (НМС).

К ВМС относятся целлюлоза, крахмал, лигнин, белки, нуклеиновые кислоты и др. вещества, широко распространенные в растительном и животном мире. Органические ВМС являются основой живой природы: целлюлоза – важнейший компонент древесины, крахмал – основная составляющая картофеля, зерновых культур, белки – главная составляющая всех веществ животного происхождения и др. Важная роль принадлежит и неорганическим ВМС, которые широко распространены в минеральном мире.

ВМС иногда называют полимерами, но понятие «полимер» более узкое (все полимеры – ВМС, но не все ВМС – полимеры).

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся атомных группировок, соединенных между собой химическими связями. Исходные соединения, из которых получают полимеры, называют мономерами, в молекуле полимера они называются мономерными звеньями.

Молекула полимера или ВМС называется макромолекулой, а химию ВМС называют химией ВМС или макромолекулярной химией.

Молекулярная масса полимеров колеблется от нескольких 100–1000 углеродных единиц (олигомеры) до нескольких миллионов углеродных единиц (природные полимеры и некоторые биополимеры). Однако молекулярная масса не является критерием отнесения вещества к ВМС (полимерам). Переход от НМС к ВМС связан с изменением свойств вещества, которые обусловлены в основном длиной молекул и межмолекулярным взаимодействием.

Число мономерных звеньев в макромолекуле называют степенью полимеризации (n):

n = М /m (1.1)

где n – степень полимеризации (число звеньев в цепи);

М – молекулярная масса полимера;

m – молекулярная масса мономерного звена.

При написании эмпирических формул полимеров, вследствие их большой длины и молекулярной массы, концевые звенья не принимают во внимание и формулы записывают следующим образом:

• 
  эмпирическая формула целлюлозы – (С₆Н₁₀О₅)_n;
  
• 
  эмпирическая формула каучука – (С₆Н₈)_n.
  

ВМС состоят от молекул различной длины и различной молекулярной массы.


Различие ВМС по молекулярной массе называют полидисперсностью (полимолеку- лярностью, молекулярной неоднородностью).

Вследствие полидисперсности все полимеры характеризуются средней молекулярной массой – произведением средней степени полимеризации полимера на молекулярною массу его мономерного звена. Определяют полидисперсность фракционированием по молекулярной массе. Полидисперсность влияет на способность полимеров к набуханию, растворению, температуру их плавления и др.

Кроме неоднородности по молекулярной массе многим полимерам свойственна химическая неоднородность (композиционная), которая выражается в строении макромолекулы (разные мономерные остатки, их различное размещение, наличие у некоторых мономерных звеньев заместителей).

Кроме указанных особенностей, для всех полимеров характерны свойства:

- способны существовать только в твердом и жидком состоянии (невозможно газообразное состояние), т.к. температура кипения полимеров всегда выше температуры их разложения;

- полимеры, способные плавиться, не имеют точек плавления, а размягчаются постепенно в определенном температурном интервале;

- для полимеров характерно высокоэластичное состояние, характеризуемое наличием обратимых деформаций, что отсутствует у НМС;

- даже разбавленные растворы полимеров имеют вязкость намного выше, чем концентрированные растворы НМС. Перед растворением полимеры всегда набухают, а затем растворяются, но есть полимеры, которые только набухают и не растворяются, а есть и такие, которые даже не набухают. Из растворов полимеров при удалении растворителя можно получить пленки и волокна;

- взаимодействие полимеров даже с незначительным количеством НМС существенно изменяет их свойств. Реакционная способность полимеров в значительной степени зависит от их физической структуры;

- наименьшей частицей, участвующей в реакции, является не молекула, как в химии НМС, а элементарное звено или участок цепи. В классической химии полноту протекания химической реакции характеризуют числом молей превращенного вещества или выходом продуктов реакции, а в химии ВМС полноту реакции характеризуют числом прореагировавших элементарных звеньев или присутствующих в них функциональных групп, поэтому для полимеров характерно понятие «степень замещения».

Для названия высокомолекулярных соединений существует три типа номенклатурных систем:

• 
  основанная на происхождении ВМС;
  
• 
  основанная на структуре ВМС;
  
• 
  тривиальная.
  

Тривиальная номенклатура – совокупность традиционных названий и торговых марок ВМС – используется обычно в технологии и торговле. Например, целлюлоза составляет основу хлопка, который состоит из клеток, а клетки по-латински cells. Хлопковые волокна назвали les cellules, а затем это название трансформировалось в целлюлоза, вероятно вследствие добавления остатка, характерного для сахаров (-оза). Примером торговых марок ВМС могут быть капрон, лавсан и др.

Тривиальные названия используют и в современной научной литературе, но для научных сообщений рекомендуют их минимизировать.

Номенклатура, основанная на структуре, появилась позже и до сих пор совершенствуется. Согласно ней название ВМС определяется названием составных повторяющихся звеньев.

Номенклатура линейных и нелинейных полимеров имеет особенности. Номенклатура линейных органических ВМС:

- основанная на происхождении. Для гомополимеров название складывается из двух частей – «поли» и названия мономера. Например, полиэтилен, полипропи- лен, полистирол и др. Для гетерополимеровназвание складывается их части «поли», за которой идут названия мономеров, между которыми вставляют соединительных слог («со»– для любых сополимеров, «стат»– для статистических, «чер»– для чередующихся и др.), отделяемый дефисами. Названия мономеров со слогом заключают в круглые скобки. Например, поли(этилен-со-пропилен), поли(адипиновая кислота-чер- гексаметилендиамин) и др.;

- основанная на структуре. Для гомополимеров название складывается из

«поли» и названия повторяющегося звена, заключенного в круглые скобки. Напри- мер, –(СН₂–СН₂)_n – это поли(метилен), т.к. составное повторяющееся звено – метиленовая группа (–СН₂–). Для поли(пропилена) названия, основанные на происхождении и на структуре, совпадают.

При номенклатуре нелинейных полимеров для обозначения конфигурации цепи в начале названия соединений указывается курсивом префикс: «разв»– для разветвленных полимеров неопределенного типа, «к-разв»– для коротко-разветвленных, «д-разв»– для длинно-разветвленных, «сш»– для сшитых полимеров и др. Например, разв-поливинилхлорид, д-разв-полиэтилен и др.

Существуют и другие особенности названия высокомолекулярных соединений. В промышленности и литературе часто используют названия, основанные на начальных буквах мономеров, присутствующих в полимере – КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза), СКИ (синтетический каучуковый изопрен), АБС (акрилонитрил бутадиенстирол) и пр.

Применяют также названия, состоящие из названий исходных мономеров плюс слово «полимер» или «смола». Например, фенолформальдегидный полимер (смола), меламиноформальдегидная смола и др.

По химическому составу полимеры подразделяют на карбоцепные и гетероцепные. Все неорганические полимеры являются гетероцепными, а большинство органических – карбоцепными.

Большинство карбоцепных полимеров получают по реакции полимеризации, они обладают высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам и гидролизу, но имеют сравнительно невысокую термическую стойкость.

Гетероцепные полимеры получают по реакциям поликонденсации или полиприсоединения. Они имеют намного меньшую химическую стойкость по сравнению с карбоцепными, но обладают большей термостойкостью и прочностью.