Высокомолекулярных соединений

ВМС классифицируют по различным признакам: 1. По происхождению ВМС делятся на натуральные (природные) и синтетические.

Натуральные ВМС – белки (казеин, желатин, яич­ный альбумин), шерсть, шелк, полисахариды (целлюлоза, крахмал). Полисахариды – это полимерные углеводы (C₆H₁₀O₅)n, образующиеся в растениях при фотосинтезе:

СO₂+Н₂O+hv (С₆H₁₀O₅)_n+O₂.

Синтетические ВМС — ВМС, получаемые в резуль­тате химического синтеза. В качестве исходных веществ для получения полимеров используют низкомолекулярные ненасыщенные пли полифункциональные соедине­ния – мономеры. Методы синтеза основаны на следую­щих типах реакций:

• полимеризация –соединение молекул мономера с образованием макромолекул,

по элементному составу не отличающихся от исходного мономера, например:

n(СН₂= СН₂) (–СН₂– СН –)n.

• поликонденсация — соединение молекул мономера, сопровождающееся

выделением низкомолекулярных веществ: H O, NH и др. Примером может

служить реакция образования нейлона:

nНО –С– (СН₂)₄ –С– ОН

+nH₂N(CH₂)₆NH₂ ^{t , - H O}

О О

–С– (СН₂)₄ –С–NH(CH₂) ₆NH

О О

• сополимеризация – соединение двух или нескольких мономеров разного состава.

Степенью полимеризации п называется число повто­ряющихся звеньев в макромолекуле.

Любой реальный синтетический полимер состоит из макромолекул разной степени полимеризации и характе­ризуется полидисперсностыо.

2. По строению полимерной цепи высокомолекуляр­ные соединения бывают: линейными, разветвленными и пространственными.

Линейные полимеры образуются в тех случаях, ког­да молекулы мономера бифункциональны, причем при росте полимерной цепи функциональность не меняется, например (–СН₂–СН₂–) n – полиэтилен. Линейные поли­меры являются высокоэластичными, хорошо растворя­ются. Их применение основало на способности образо­вывать волокна, нити.

Пространственные полимеры образуются, когда функциональность мономера больше двух и в процессе роста цепи функциональность макромолекулы увеличи­вается. Пространственные полимеры менее эластичны, обладают большей твердостью, менее растворимы, но спо­собны набухать. Примером могут служить фенолформальдегидные смолы.

Разветвленные полимеры, подобно пространственным, получаются из мономеров с функциональностью больше двух. При определенных условиях в ходе синтеза образуются боковые ответвления от основной цепи. Разветвленные полимеры имеют свойства, промежуточные между ли­нейными и пространственными полимерами. Примером может служить крахмал.

3. По способности к электролитической диссоциации ВМС делятся на неэлектролиты и полиэлектролиты. В свою очередь полиэлектролиты подразделяют на поли­кислоты, полиоснования и полиамфолиты.

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

СТРОЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ

Отметим две особенности.

1. Существование двух типов связи:

• химические связи, соединяющие атомы в полимер­ной цепи (энергия

связи порядка десятков и сотен кДж/моль);

• межмолекулярные силы Ван–дер–Ваальса, связываю­щие между собой

макромолекулярные цепи и звенья, водородные связи (энергия связи

порядка единиц и десятков кДж/моль).

2. Гибкость цепей, обусловленная внутренним враще­нием звеньев. Благодаря этому макромолекула может принимать различные конформации.

Конформациями назызают пространственные энерге­тически неравноценные формы макромолекул, возника­ющие в результате вращения звеньев вокруг химических связей (без их разрыва).

В результате конформационных изменений макромо­лекулы могут принимать различную форму: линейную, клубка, глобул.

Глобула – это частица, образованная из скручен­ной макромолекулы, в которой осуществляется связь между сходными звеньями. Конформации и различные состояния макромолекул объясняются стремлением к самопроизвольному уменьшению энергии Гиббса, кото­рое происходит при условии: T S > Н–.

Таким образом, конформация представляет собой про­странственную форму макромолекул, соответствующую максимуму энтропии.