Основные отличия высокомолекулярных соединений от низкомолекулярных соединений.
1.1.1. Основные понятия и определения.
Химиявысокомолекулярных соединений (ВМС) является одной из наиболее быстро развивающихся и перспективных отраслей науки, которая отделилась в самостоятельный раздел химии в 30-х годах 19 века.
Термин «полимер» в 1833 году ввел Берцелиус.
К ВМС относятся вещества с молекулярной массой от 5 тыс. до нескольких миллионов. ВМС получили свое название из-за большой величины их молекулярных масс, отличающих их от НМС. Соединения с молекулярной массой от 5тыс. до 6 тыс. называют олигомерами.
Молекулу ВМС из-за больших размеров называют макромолекулой.
Полимерами называются ВМС, макромолекулы, которых построены из одинаковых многократно повторяющихся групп атомов, которые называются элементарными звеньями. Элементарные звенья соединены между собой ковалентными химическими связями.
кат
n CH2= CH2——> […-CH2- CH2-CH2- CH2- …] n
мономер полимерная цепь
Мономером называется низкомолекулярное соединение (НМС), молекулы которого способны реагировать между собой или с молекулами других соединений с образованием полимера. Термин «мономер» произошел от греч. слова «монос» - «один» и «мерос» - «часть».
Существует три метода синтеза полимеров:
- полимеризация
- поликонденсация
- химическая модификация
Первым двум методам соответствуют два типа мономера:
1. полимеризационные мономеры, содержащие в своем составе кратные связи или две двойные связи. Например, этилен CH2=CH2, ацетилен CH≡CH, бутадиен CH2=CH–CH=CH2. Либо циклические группировки, например, капролактам, оксид олефина, оксид этилена.
2. поликонденсационные – содержащие в своем составе не менее двух функциональных групп, например, дикарбоновые кислоты: HOOC–R–COOH, диамины: H2N–R–NH2, аминокислоты: HOOC–R– NH2, гликоли: HO–R–OH.
Число повторяющихся звеньев линейной макромолекулы называется степенью полимеризации.
Мm полимера
n = ————————
Мm элемент. звена Мm полимера = n·Мm элемент. звена
Мm – молекулярная масса
n – степень полимеризации
Молекулярная масса полимера равна произведению степени полимеризации на молекулярную массу элементарного звена.
Название полимера складывается из приставки «поли» и названия соответствующего полимера. Например, полиэтилен, полипропилен, полистирол.
Основные отличия высокомолекулярных соединений от низкомолекулярных соединений.
При синтезе мономера образуются макромолекулы с разной молекулярной массой, т.е. они характеризуются различной степенью полимеризации. Таким образом, ВМС представляют собой смесь полимергомологов общего химического состава, но с разной молекулярной массой. Такое явление называется полидисперсностью.
1. Для НМС значение молекулярной массы – константа, а для полимеров вводится понятие средней молекулярной массы, представляющей собой среднюю арифметическую из суммы молекулярных масс всех входящих в полимер макромолекул.
2. Из-за полидисперсности полимеры, в отличие от НМС, не имеют определенной температуры плавления. Они плавятся или размягчаются в некотором интервале температур.
3. ВМС, в отличие от НМС, могут существовать только в двух фазовых состояниях: в твердом и в жидком. Газообразного состояния у полимера нет из-за высокой молекулярной массы полимера. Полимеры не летучи и не могут быть переведены в газообразное состояние. При нагревании выше температуры плавления происходит термическое разложение полимеров.
4. Отличительной способностью ВМС является гибкость полимеров, т.е. способность макромолекулы занимать в пространстве различные положения, отличающиеся друг от друга. Понятие гибкости макромолекулы относится только к ВМС, т.к молекулы НМС малы и не могут принимать различные формы.
5. Наименьшей частицей ВМС участвующей в реакции является не молекула, а элементарное звено.
6. В отличие от НМС свойства полимеров зависят от геометрической формы макромолекулы (палочка, спираль, клубок).
7. Полимеры способны к большим обратимым деформациям в высоко эластическом состоянии.
8. В отличие от НМС полимеры способны образовывать пленки и волокна.
9. В отличие от НМС растворение полимера протекает через стадию набухания.
10. Растворы полимера характеризуются высокой вязкостью.
Классификация полимеров. Понятие конфигурации, конформации и гибкости полимеров.