Сегодня у нас урок по химии 53 – Высокомолекулярные соединения. Общие понятия. Как изучить? Полезные советы и рекомендации – повторите уроки по химии – алкены и нуклеиновые кислоты.

Высокомолекулярные соединения (ВМС, полимеры) – это вещества, состоящие из громадного количества повторяющихся элементарных звеньев, и характеризующихся большой молекулярной массой (десятки и сотни тысяч).

Исходными веществами для получения полимеров служат мономеры — низкомолекулярные вещества.

Число повторяющихся структурных звеньев в полимере называется степенью полимеризации. Она зависит от природы мономера и условий образования полимера (температура, давление, катализатор).

Полимеры могут иметь как линейную, так и разветвленную и трехмерную (пространственную) структуру.

Получение полимеров. Их получают проведением реакций полимеризации (сополимеризации) и поликонденсации (сополиконденсации).

Полимеризация – процесс образования полимера из мономера без выделения побочных  продуктов. Реакция полимеризации с участием разных мономеров называется сополимеризацией. Реакция полимеризации (сополимеризации) может протекать по ионному механизму (катионному или анионному) и  по радикальному. Примером реакции полимеризации является синтез полиэтилена из этилена.

Поликонденсация – процесс образования полимера из мономера с отщеплением побочных низкомолекулярных продуктов (воды, хлороводорода, метанола и других). Реакции поликонденсации протекают не за счет кратных связей, а благодаря наличию в молекулах не менее двух функциональных групп атомов. По реакциям поликонденсации получают полиэфиры, например полиарилаты.

В настоящее время   синтезирован широкий ассортимент разнообразных полимеров, из которых изготавливают   различные полезные материалы: пластмассы, эластомеры, волокна. Важными характеристиками таких материалов являются физико-химические и механические показатели, например, прочность, адгезия,  эластичность, светостойкость, термостабильность и т.д. Комплексное изучение высокомолекулярных соединений показало, что многие полезные эксплуатационные свойства у них определяются чаще всего формой молекул. С этой точки зрения существуют два крайних вида ВМС: линейные (цепные, термопластичные) и трехмерные (объемные, термореактивные). Существует и много других ВМС, занимающих промежуточное положение, например, разветвленные, лестничные и другие. Характерными особенностями термопластичных полимеров являются способность образовывать прочные волокнистые и пленочные материалы, высокая эластичность, растворимость в растворителях, а при нагревании — плавление. Важными представителями линейных полимеров являются: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, многочисленные каучуки, полиамиды, полистирол и его сополимеры и другие. Трехмерные, «сшитые», термореактивные полимеры не  растворяются в растворителях, не плавятся,   эластичность у них гораздо ниже линейных полимеров. Из многих термопластичных полимеров, при некоторых условиях можно синтезировать трехмерные, «сшитые» полимеры – к примеру, каучук добавлением серы можно превратить в резину, или эбонит.  Другими классическими представителями трехмерных полимеров являются эпоксидные и фенол-формальдегидные полимеры. Естественно, кроме формы, также  от химической природы полимерных молекул зависят физико-химические и другие свойства полимеров. Если полимерная цепь состоит только из атомов углерода, то такие полимеры называют карбоцепными. В случае, когда в состав полимерной молекулы входят атомы и других элементов, (например кислорода, серы), такие полимеры носят название гетероцепных.

Полимеры образуются при соединении между собой большого числа молекул низкомолекулярных веществ – мономеров. Процессы синтеза полимеров проводят  реакциями полимеризации и поликонденсации. Полученные по реакциям полимеризации полимеры называют полимеризационными, по реакциям поликонденсации — поликонденсационными.

Реакции полимеризации протекают путем присоединения по кратным связям или при раскрытии циклов. Как правило, реакции идут по цепному механизму в присутствии инициаторов полимеризации.  В качестве инициаторов часто выступают вещества, которые могут легко распадаться с образованием свободных радикалов, или ионов. Большое практическое значение  имеет совместная полимеризация смеси мономеров, например при синтезе акрилонитрил-бутадиен-стирольных полимеров. Этот процесс называют сополимеризацией. Изменяя  состав и природу мономеров, можно получить полимерные материалы с заданными характеристиками.

Классическим примером полимеризационного полимера является полиэтилен, получаемый из мономера – этена:

nCH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n n – это степень полимеризации, показывает число соединившихся между собой молекул этилена, он может равняться от 20 000 до нескольких миллионов.

К поликонденсационным полимерам относится высокомолекулярный полиоксиэфир, получаемый конденсацией диолов и эпихлогидрина в щелочной среде.

К «сшитым», термореактивным полимерам можно отнести резит, получаемый из фенола и формальдегида в кислой среде:

Это был урок по химии 53 – Высокомолекулярные соединения. Общие понятия.