Man kan vanskelig forestille seg dagens liv uten polymerer - komplekse syntetiske stoffer som er mye brukt i forskjellige felt av menneskelig aktivitet. Polymerer er høymolekylære forbindelser av naturlig eller syntetisk opprinnelse, bestående av monomerer forbundet med kjemiske bindinger. En monomer er en gjentagende kjedeledd som inneholder overordnet molekyl.
Organiske makromolekylære forbindelser
På grunn av de unike egenskapene erstatter høymolekylære forbindelser vellykkede naturlige materialer som tre, metall, stein i forskjellige livssfærer, og erobrer nye bruksområder. For å systematisere en så omfattende gruppe stoffer, blir klassifiseringen av polymerer i henhold til forskjellige kriterier vedtatt. Disse inkluderer sammensetning, produksjonsmetode, romlig konfigurasjon og så videre.
Klassifiseringen av polymerer etter kjemisk sammensetning deler dem inn i tre grupper:
- Organiske makromolekylære stoffer.
- Organoelement forbindelser.
- Uorganiske makromolekylære forbindelser.
Den største gruppen er representert av organiske IUD-er - harpiks, gummi, vegetabilske oljer, det vil si produkter av animalsk så vel som planteopprinnelse. Makromolekylene til disse stoffene i hovedkjeden sammen med karbonatomer har atomer av oksygen, nitrogen og andre elementer.
Deres egenskaper:
- ha evnen til å reversere deformasjon, det vil si elastisitet ved lave belastninger;
- ved en liten konsentrasjon kan danne tyktflytende løsninger;
- endre de fysiske og mekaniske egenskapene under påvirkning av en minste mengde reagens;
- med mekanisk handling, er retningsorientering av deres makromolekyler mulig.
Organoelement forbindelser
Organoelementelle IUD-er, hvis makromolekyler inneholder, i tillegg til atomer av uorganiske elementer - silisium, titan, aluminium - og organiske hydrokarbonradikaler, lages kunstig, og i naturen er de ikke. Klassifiseringen av polymerer deler dem igjen i tre grupper.
- Den første gruppen er stoffer der hovedkjeden er sammensatt av atomer av visse elementer omgitt av organiske radikaler.
- Den andre gruppen inkluderer stoffer med en hovedkjede som inneholder vekslende karbonatomer og elementer som svovel, nitrogen og andre.
- Den tredje gruppen inkluderer stoffer med organiske ryggrader omgitt av forskjellige organoelementale grupper.
Et eksempel er organosilisiumforbindelser, spesielt silikon, som har høy slitestyrke.
Uorganiske makromolekylære forbindelser i hovedkjeden inneholder oksider av silisium og metaller - magnesium, aluminium eller kalsium. De har ingen laterale organiske atomgrupper. Bindingene i hovedkjedene er kovalente og ionekovalente, noe som bestemmer deres høye styrke og varmemotstand. Disse inkluderer asbest, keramikk, silikatglass, kvarts.
Carbochain og heterochain Navy
Klassifisering av polymerer etter den kjemiske sammensetningen av hovedpolymerkjeden innebærer inndelingen av disse stoffene i to store grupper.
- Carbochain, der hovedkjeden til IUD-makromolekylet bare består av karbonatomer.
- Hetero-kjede, der andre atomer befinner seg i hovedkjeden sammen med karbonatomer, noe som gir dette stoffet ytterligere egenskaper.
Hver av disse store gruppene består av følgende undergrupper som er forskjellige i strukturen i kjeden, antall substituenter, deres sammensetning og antall sidegrener:
- forbindelser med mettede bindinger i kjeder, for eksempel polyetylen eller polypropylen;
- polymerer med umettede bindinger i hovedkjeden, for eksempel polybutadien;
- halogensubstituerte makromolekylære forbindelser - teflon;
- polymere alkoholer, hvorav et eksempel er polyvinylalkohol;
- IUDs basert på derivater av alkoholer, et eksempel er polyvinylacetat;
- forbindelser avledet fra aldehyder og ketoner, så som polyakrolein;
- polymerer avledet fra karboksylsyrer, hvorav polyakrylsyre er en representativ;
- stoffer hentet fra nitriler (PAN);
- makromolekylære stoffer avledet fra aromatiske hydrokarboner, for eksempel polystyren.
Inndeling etter heteroatomets natur
Klassifiseringen av polymerer kan også være avhengig av arten av heteroatomer, den inkluderer flere grupper:
- med oksygenatomer i hovedkjeden - enkle og komplekse polyestere og peroksider;
- forbindelser med innholdet i hovedkjeden av nitrogenatomer - polyaminer og polyamider;
- stoffer med oksygen og nitrogenatomer i hovedkjeden, for eksempel polyuretaner;
- IUD-er med svovelatomer i hovedkjeden - polythioestere og polytetrasulfider;
- forbindelser hvor fosforatomer er til stede i hovedkjeden.
Naturlige polymerer
For tiden klassifisering av polymerer etter opprinnelse, etter kjemisk natur, som deler dem som følger:
- Naturlig, de kalles også biopolymerer.
- Kunstige stoffer som har høy molekylvekt.
- Syntetiske forbindelser.
Natural Navy er grunnlaget for livet på jorden. De viktigste av disse er proteiner - "mursteinene" av levende organismer, hvis monomerer er aminosyrer. Proteiner er involvert i alle biokjemiske reaksjoner i kroppen, uten dem kan ikke immunsystemet fungere, blodkoagulasjonsprosesser, dannelse av bein og muskelvev, energiomdanningsarbeid og mye mer. Uten nukleinsyrer er lagring og overføring av arvelig informasjon umulig.
Polysakkarider er hydrokarboner med høy molekylvekt som sammen med proteiner er involvert i metabolismen. Klassifisering av polymerer etter opprinnelse lar deg velge naturlige makromolekylære stoffer i en spesiell gruppe.
Kunstige og syntetiske polymerer
Kunstige polymerer oppnås fra naturlige ved forskjellige metoder for kjemisk modifisering for å gi dem de nødvendige egenskapene. Et eksempel er cellulose, hvorav mange plast er oppnådd. Klassifiseringen av polymerer etter opprinnelse karakteriserer dem som kunstige stoffer. Syntetiske IUD-er oppnås kjemisk ved bruk av polymerisasjons- eller polykondensasjonsreaksjoner. Deres egenskaper, og derfor omfanget, avhenger av makromolekylets lengde, det vil si av molekylvekten. Jo større den er, jo sterkere blir det oppnådde materialet. Klassifiseringen av polymerer etter opprinnelse er veldig praktisk. Eksempler bekrefter dette.
Lineære makromolekyler
Enhver klassifisering av polymerer er ganske vilkårlig, og hver har sine egne ulemper, siden den ikke kan vise alle egenskapene til denne gruppen av stoffer. Likevel hjelper det å systematisere dem på noen måte. Klassifiseringen av polymerer i form av makromolekyler presenterer dem i form av følgende tre grupper:
- lineær;
- forgrenet;
- romlig, som også kalles netting.
Lange, buede eller spiralformede kjeder med lineære IUD-er gir stoffer noen unike egenskaper:
- på grunn av utseendet på intermolekylære bindinger danner sterke fibre;
- de er i stand til store og lange, men samtidig reversible deformasjoner;
- en viktig egenskap er deres fleksibilitet;
- ved oppløsning danner disse stoffene løsninger med høy viskositet.
Forgrenede makromolekyler
Forgrenede polymerer har også en lineær struktur, men med mange sidegrener kortere enn den viktigste.Samtidig endres også egenskapene deres:
- løseligheten av forgrenede stoffer er høyere enn henholdsvis lineær, de danner løsninger med lavere viskositet;
- med en økning i lengden på sidekjedene, blir intermolekylære krefter svakere, noe som fører til en økning i mykheten og elastisiteten til materialet;
- jo høyere forgreningsgrad, jo mer fysiske egenskaper til et slikt stoff nærmer seg egenskapene til vanlige forbindelser med lav molekylvekt.
Tredimensjonale makromolekyler
Makromolekylære forbindelser er flate (trapp og parkett) og tredimensjonale. Flatgummi inkluderer naturgummi og grafitt. I romlige polymerer er det tverrbindende "broer" mellom kjeder, og danner ett stort tredimensjonalt makromolekyl som har en ekstraordinær hardhet.
Et eksempel er diamant eller keratin. Makromolekylære nettingforbindelser er grunnlaget for gummi, noen typer plast, så vel som lim og lakk.
Termoplast og termosett
Klassifiseringen av polymerer etter opprinnelse og med hensyn til oppvarming er ment å karakterisere disse stoffenes oppførsel med temperatur. Avhengig av prosessene som skjer under oppvarming, oppnås forskjellige resultater. Hvis den intermolekylære interaksjonen svekkes og molekylenes kinetiske energi øker, mykner stoffet og blir en viskøs tilstand. Når temperaturen synker, går den tilbake til normal tilstand - dens kjemiske natur forblir uendret. Slike stoffer kalles termoplastiske polymerer, for eksempel polyetylen.
En annen gruppe forbindelser kalles termohærdende. Mekanismen til prosesser som oppstår i dem under oppvarming er helt forskjellig. I nærvær av dobbeltbindinger eller funksjonelle grupper, samhandler de med hverandre og endrer stoffets kjemiske natur. Den kan ikke gjenopprette sin opprinnelige form etter avkjøling. Et eksempel er forskjellige harpikser.
Polymeriseringsmetode
En annen klassifisering av polymerer er ved fremstillingsmetoden. Det er slike måter å få en IUD på:
- Polymerisering, som kan skje ved bruk av den ioniske reaksjonsmekanismen og frie radikaler.
- Polykondensasjon.
Polymerisering er prosessen med dannelse av makromolekyler ved sekvensiell forbindelse av monomerenheter. De er vanligvis stoffer med lav molekylvekt med flere bindinger og sykliske grupper. Under reaksjonen brytes en dobbeltbinding eller binding i den sykliske gruppen, og det dannes nye mellom disse monomerer. Hvis monomerer av samme art er involvert i reaksjonen, kalles det homopolymerisering. Når du bruker forskjellige typer monomerer, oppstår en kopolymeriseringsreaksjon.
Polymerisasjonsreaksjonen er en kjedereaksjon som kan oppstå spontant, men aktive stoffer brukes for å akselerere den. Med den frie radikale mekanismen fortsetter prosessen i flere trinn:
- Innvielse. På dette stadiet dannes aktive grupper - radikaler - av lys, varme, kjemisk eller annen form for påvirkning i systemet.
- Vekst i kjedelengde. Dette stadiet er preget av tilsetning av følgende monomerer til radikaler for å danne nye radikaler.
- En åpen kjede oppnås ved interaksjon av aktive grupper med dannelse av inaktive makromolekyler.
Det er umulig å kontrollere tidspunktet for terminering av kjeden, og derfor skiller de resulterende makromolekylene seg i forskjellige molekylvekter.
Prinsippet for den ioniske mekanismen for polymerisasjonsreaksjonen er det samme som for den frie radikalen. Men her fungerer kationer og anioner som aktive sentre, derfor skilles kationisk og anionisk polymerisasjon. I industrien oppnås de viktigste polymerene ved radikal polymerisasjon: polyetylen, polystyren og mange andre. Ionpolymerisasjon brukes til fremstilling av syntetiske gummier.
polykondensasjon
Prosessen med dannelse av en forbindelse med høy molekylvekt med separasjon av noen substanser med lav molekylvekt som et biprodukt er polykondensering, som skiller seg fra polymerisasjon ved at den grunnleggende sammensetningen av det resulterende makromolekyl ikke tilsvarer sammensetningen av de opprinnelige substansene som er involvert i reaksjonen. Bare forbindelser med funksjonelle grupper kan delta i dem, som, i samspill, deler molekylet til et enkelt stoff og danner en ny binding. Polykondensering av bifunksjonelle forbindelser produserer lineære polymerer. Når polyfunksjonelle forbindelser er involvert i reaksjonen, dannes IUD-er med en forgrenet eller til og med romlig struktur. Stoffene med lav molekylvekt dannet under reaksjonen samvirker også med mellomproduktene, noe som forårsaker terminering av kjeden. Derfor er det bedre å fjerne dem fra reaksjonssonen.
Visse polymerer kan ikke oppnås ved kjente fremgangsmåter for polymerisasjon eller polykondensering, siden det ikke er noen nødvendige startmonomerer som er i stand til å delta i dem. I dette tilfellet blir polymersyntesen utført med deltakelse av forbindelser med høy molekylvekt som inneholder funksjonelle grupper som er i stand til å reagere med hverandre.
Klassifiseringen av polymerer blir mer komplisert for hver dag, ettersom flere og flere nye typer av disse fantastiske stoffene med forhåndsbestemte egenskaper vises, og en person ikke lenger tenker på livet sitt uten dem. Imidlertid oppstår et annet problem, ikke mindre viktig - muligheten for enkel og billig avhending. Løsningen på dette problemet er veldig viktig for planetenes eksistens.
