Общая характеристика высоко молекулярных веществ (ВМВ, полимеры)

ВМВ или полимерами называются вещества, имеющие большую молекулярную массу, состоящую из множества повторяющихся структурных звеньев. Существуют природные полимеры (крахмал, белки, целлюлоза, каучук) и синтетические полимеры (полиэтилен, фенопласты). Низко молекулярные вещества, из которых синтезируют полимеры, называются мономерами.

CH2=CH2 мономер полиэтилена

этилен

(-CH2-CH2-)n –макромолекула полимера

-CH₂-CH₂- – структурное звено – многократно повторяющаяся группа атомов

n – Степень полимеризации

Молекулярная масса полимера не постоянна и зависит от числа n. Макромолекулы полимеров могут иметь различную пространственную структуру:

1. Линейную (полиэтилен, полипропилен);

2. Разветвлённую (крахмал);

3. Пространственную (резина).

Физические свойства

Полимеры имеют высокую механическую прочность. Химически стойкие (с кислотами и щелочами не реагируют). Не имеют определённой t_{плавления}, не растворяются в воде и в большинстве органических растворителей.

Синтез полимеров

Полимеры синтезируют двумя способами:

1. Реакцией полимеризации;

2. Реакцией поликонденсации.

Реакцией полимеризации называется процесс соединения молекул мономера в более крупные молекулы.

этилен

Реакцией поликонденсации называется процесс получения высоко молекулярных веществ, идущих с выделением побочного низкомолекулярного продукта.

Вопрос №42

Пластмассы

Пластмассами называется вещества, полученные на основе полимеров, способные при нагревании размягчаться, принимать заданную форму и сохранять её после охлаждения.

В состав пластмасс кроме полимера (связующего вещества) могут входить наполнители, стабилизаторы, пластификаторы, красители, антистарители.

Пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

К термопластичным пластмассам относятся полимеры линейной структуры способные при нагревании многократно размягчаться, изменять свою форму и сохранять её после охлаждения. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол.

Свойство тел изменять форму в нагретом состоянии и сохранять её после охлаждения называют термопластичностью.

К термореактивным пластмассам относятся полимеры, которые при нагревании становятся пластичными, размягчаются, сохраняют заданную форму при охлаждении и утрачивают пластичность, так как образуется пространственная структура полимера. Они не подвергаются вторичной переработке. К ним относят фенопласты. (С.29)

С.30 – 31

При повышенной температуре и давлении между разветвленными молекулами полимера происходит химическое взаимодействие и образуется полимер с пространственной структурой. Такой материал теряет термопластичность и становится более прочным.

Полимеры, которые при повышенной температуре не размягчаются и не плавятся в отличие от термопластичных полимеров, называются термореактивными.

Применение. Из фенолформальдегидного полимера (смо­лы), добавляя различные наполнители (древесная мука, хлопчатобумажная ткань, стеклянное волокно, различные красители и т.д.), получают фенолформальдегидные пласт­массы, которые сокращенно называют фенопластами (табл. 3).

... в недалеком будущем значительно возрастет выпуск красивых пластмассовых легковых автомобилей, моторных лодок, новых легких образцов мебели, прочной обуви, новых красивых тканей, не боящихся дождя.

Таблица 3. Важнейшие фенопласты*

Характери­стика фенопластов	Виды фенопластов
Текстолит	Волокнит	Гетинакс	Стеклопласт	Карболит
Исход­ные вещества и материалы.	Хлопчатобумажная ткань, пропитанная фенолформальдегидной смолой и спрессованная при повышенной тем­пературе	Очески хлопка, отходы тканей, пропитанные фенолформальдегидной смолой	Бумага, пропитанная фенолформальдегидной смо­лой и спрессованная	Стеклянна ткань и стеклянное волокно, пропитанные фенолформальдегидной смолой и спрессованные	Древесная мука, пропитанная фенолформальдегидной смолой и спрессованная
Свойства	Устойчив к нагрузкам. Легко поддается механической обработке	Износоустойчив	Хороший электроизолятор	Механически и коррозионноустойчивый материал	Хороший электроизолятор. Устойчив против коррозии
Применение	Изготовляют шарикоподшипники и шестерни для машин, предусмотренных для больших нагрузок. В качестве мазки деталей можно использовать воду	Изготовляют тормозные накладки для автомашин и мотоциклов, ступеньки для эскалаторов и т. д.	Широко применяют в радио- и электротехнике в качестве хорошего электроизоляционного материала	Изготовляют детали больших размеров (автоцистерны, кузовы автомобилей и т. д.)	Изготовляют телефонные аппараты, электрические контактные платы

* Для производства текстолита, волокнита и других пластмасс применяются и другие полимеры.

Таблица 4. Общий обзор важнейших полимеров

Название	Исходные вещества (мономеры)	Формула полимера	Способ получения	Применение
Полиэтилен	СН2=СН2 этилен	(—СН2—СН2—)n	Полимеризация	Для производства деталей различных аппаратов, водопроводных, дренажных и других труб, различных пленок (в том числе для парников), предметов бытового назначения
Полипропилен	СН2=СН СН3 пропилен	(—СН2—СН—)n CH3	»	По сравнению с полиэтиленом обладает большей прочностью. Используется для производства деталей различных аппаратов, пленок, канатов, труб, высокопрочных изоляционных материалов
Поливинилхлорид	СН2=СН Cl винилхлорид	(—CН2—CH—)n Cl	»	Для производства искусственной кожи, плащей, клеенки, труб, изоляционного материала для электрических проводов
Полистирол		»	Для изготовления электроизоляционных материалов, кислотоупорных труб, разных бытовых изделий, а также пенопластов (легкие пористые материалы)
Полиметилметакрилат		»	Для производства прозрачных пласт­масс, в том числе органического стек­ла, превосходящего в десятки раз проч­ность обычного, си­ликатного. Органическое стекло приме­няют в самолетах и в различных аппара­тах и приборах (в виде предохранитель­ного стекла)
Фенолформальдегидная смола			Поликонденсация	О применении фенолформальдегидной смолы см. таблицу 3

В таблице 4 дается только общий обзор о важнейших полимерах, применяемых для изготовления различных пластических материалов.

Вопрос №50

Синтетический каучук

Синтетический каучук получен впервые в нашей стране в 1932 году из бутадиена по способу Лебедева.

бутадиеновый каучук

Бутадиеновый каучук не обладает стереорегулярным строением (трансизомер) и по эластичности уступает природному каучуку.

трансизомер цис-изомер

Дивиниловый каучук по эластичности превосходит природный каучук. Из изопрена получен синтетический изопреновый каучук, который по свойствам сходен с природным каучуком.

Вопрос №51

Металлы и сплавы

В радиоэлектронных технологиях применяются различные металлы (чёрные и цветные) и сплавы.

Металлы первой группы главной подгруппы называются щелочными – это s-элементы. На внешнем энергетическом уровне они содержат по одному электрону, легко отдают его в химических реакциях, проявляют степень окисления +1. Щелочные металлы используются в радиоэлектронике в производстве электронных ламп в фотоэлементах.

К металлам второй группы главной подгруппы относятся Be и щелочные металлы (Mg – Ra)(s-элементы). На вешнем уровне они имеют по два электрона, являются хорошими восстановителями, в соединениях проявляют степень окисления +2.

В радиоэлектронике наиболее часто используют Ca и Mg. Mg включают как добавку, улучшающую коррозионную стойкость других цветных металлов. Ca с Pb образуют сплав, используемый для производства пластин и оболочек электрических кабелей.

Из элементов третьей группы наиболее используются в радиоэлектронике Al. На внешнем энергетическом уровне имеет тир электрона, проявляет степень окисления +3, является сильным восстановителем. Al обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, пластичностью. На воздухе легко окисляется, образуя прочную оксидную плёнку, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Al легко напыляется. Используется в виде алюминиевой фольги, проводов, в виде сплавов.

Большое применение в радиоэлектронике нашли Cu, Ag, Au – они относятся к d-элементам, содержат на внешнем уровне по одному электрону, могут проявлять разные степени окисления.

Cu применяется для изготовления проводов, шнуров, кабелей, обмоток трансформаторов, токоведущих деталей, а также в виде сплавов: латуни и бронзы.

Ag применяется для контактов в радиоэлектронной аппаратуре. В производстве конденсаторов.

Au используется как контактный материал, в качестве электродов, фоторезисторов, плёночных микросхемах.

Вопрос №52