Оглавление

Гиганты органического мира — полимеры

Что такое полимеризация и как она происходит

Полиэтилен и его семейство

Самый стойкий, самый прочный. Тефлон

Каучук, резина и другие

Что такое поликонденсация

«Волшебная резинка»

«Дурацкая замазка»

Фенолформальдегидные смолы

Может ли стекло быть органическим

Список литературы

Гиганты органического мира — полимеры

Среди изобилия самых разнообраз­ных по строению и свойствам орга­нических соединений есть особый класс — полимеры (от греч. «поли» — «много» и «мерос» — «часть»). Для этих веществ прежде всего характерна ог­ромная молекулярная масса — от де­сятков тысяч до миллионов атомных единиц массы, поэтому часто их ещё называют высокомолекулярными со­единениями (сокращённо ВМС).

К молекулярным гигантам относят­ся, например, важнейшие природные полимеры (белки, нуклеиновые кис­лоты, полисахариды), синтетические материалы (полиэтилен, поливинил-хлорид, каучук и т. д.). Поэтому ВМС играют важную роль и в биологиче­ских процессах, и в практической деятельности человека.

Органические полимеры постро­ены из элементарных звеньев — мно­гократно повторяющихся и связан­ных между собой остатков молекул низкомолекулярных веществ (моно-меров). Длину макромолекул выра­жают средним числом звеньев моно­мера, которое называют степенью полимеризации.

Полимеры могут иметь линейное, разветвлённое и сетчатое строение. Если каждое звено мономера условно обозначить буквой М, то макромоле­кула линейного строения будет вы­глядеть так:

. —М—М—М—М—М—М— .

В этом случае каждое из элементар­ных звеньев связано только с двумя

соседними и образует неразветвлён­ную цепь. Основная цепь макромо­лекулы может иметь короткие от­ветвления, и тогда построенные по такому типу полимеры будут раз­ветвлёнными: R

В сетчатых (сшитых) полимерах длинные линейные цепи связаны друг с другом в единую сетку более короткими поперечными цепями.

Если молекула мономера несим­метрична (СН2=СН—Х, где Х — за­меститель), могут образовываться н регулярные, и нерегулярные полиме­ры. В регулярном полимере происхо­дит присоединение либо «голова к хвосту»:

—СН2—СНХ—СН2—СНХ—,

либо «голова к голове»:

—СН2—СНХ—СНХ—СН2—.

Макромолекулы полимеров мо­гут быть построены из остатков раз­ных мономеров; ВМС такого типа на­зываются сополимерами. При этом в зависимости от способа чередования различных звеньев они также бывают регулярного и нерегулярного строения:

. —М—М—М—М—М—М— .

регулярный сополимер

. —М—М—М—М—М—М— .

нерегулярный сополимер

По своему происхождению все МС делятся на природные — биопо-полимеры (например, крахмал и целлюлоза) и синтетические (полиэтилен, полистирол и др.).

Природные полимеры синтезируются клетками растительных и животных организмов, а синтетические человек научился получать из про­ектов переработки природного газа, ^фти, каменного угля.

Полимеры могут быть кристаллическими или аморфными. Для кристаллизации высокомолекулярных веществ необходимо упорядоченное строение достаточно длинных участ­ков молекулярной цепи.

Высокомолекулярные соединения не имеют четкой температуры плавле­ния. При нагревании многие полиме­ры не плавятся, а лишь размягчаются, что позволяет формовать из них изде­лия методами пластической деформа­ции — прессованием, выдавливанием, литьём. Такие полимеры называют пластическими массами (пластмасса­ми, пластиками). У пластмасс низкая плотность, они легче самых лёгких ме­таллов (магния, алюминия) и потому считаются ценными конструкцион­ными материалами. По прочности некоторые пластики превосходят чу­гун и алюминий, а по химической стойкости — почти все металлы. Они могут быть устойчивы к действию во­ды и кислорода, кислот и щелочей.

Обычно пластмассы — диэлектрики (не проводят электрический ток), и от­дельные их сорта известны как лучшие изоляционные материалы из всех ис­пользуемых в современной технике.

Что такое полимеризация и как она происходит

Одним из важных химических свойств непредельных углеводородов — алкенов и диенов — является способ­ность их молекул соединяться друг с другом в длинные цепи. Этот про­цесс происходит за счёт раскрытия двойных связей и называется полиме­ризацией:

nR—СН=СН2 -> — (СНК—СН2)n.

Полимеризация непредельных со­единений в зависимости от меха­низма может быть радикальной или ионной. Радикальную полимериза­цию вызывают вещества (они называ­ются инициаторами), которые при нагревании распадаются на свобод­ные радикалы. Присоединяясь к мо­лекуле мономера, они порождают новый радикал — прообраз будущей макромолекулы полимера. Эта части­ца способна захватывать всё новые и новые молекулы, постепенно пре­вращаясь в гигантский радикал.

Радикальными инициаторами могут служить органические пероксиды R—О—О—R', азосоединения

R—N=N—R/, кислород. Радикальную полимеризацию вызывают ультрафио­летовое и y-излучение.

Обрыв быстро растущей цепи происходит при взаимодействии макрорадикала с молекулой, способ­ной превратиться в неактивный или малоактивный радикал. Это позволя­ет при проведении полимеризации использовать вещества, регулирую­щие рост цепи.

Ионная полимеризация начинает­ся с образования из молекул мономе­ра реакционноспособных ионов; со­ответственно такой процесс может быть катионным или анионным. Катионную полимеризацию проводят при очень низких температурах в присутствии неорганической кисло­ты, хлорида алюминия или бора. При этом промежуточной частицей будет макрокатион.

Если происходит захват растущим катионом аниона или образуется концевая двойная связь, то цепь об­рывается.

Катализаторы анионной полиме­ризации — щелочные металлы, их амиды, металлоорганические соеди­нения; они превращают мономеры в анионы, из которых получаются макромолекулы полимера.

Мономеры сильно отличаются по своей способности к полимериза­ции. Одни полимеризуются сами да­же при хранении на воздухе (напри­мер, стирол); для других требуются радикальные инициаторы, для треть­их — дорогие экзотические катализа­торы или очень жёсткие условия (вы­сокие температура и давление).

Полиэтилен и его семейство

Родоначальник ряда алкенов — эти­лен оказался для химиков «крепким орешком» — вплоть до 1933 г. учёным не удавалось его полимеризовать.