Меню

Таблица полимеров структурное звено

Таблица полимеров структурное звено

Природные полимеры — важнейший компонент химической организации живой природы. Однако без полимеров немыслима и жизнь современного индустриального общества, и повседневная жизнь человека.

Полимеры делятся на природные, искусственные и синтетические в зависимости от того, как они были получены.

Классификация полимеров

Природные высокомолекулярные вещества были исторически первыми полимерами, которые человек использовал для своих хозяйственных и бытовых нужд. Шерстяные, шёлковые, льняные, хлопчатобумажные ткани изготавливали из соответствующих нитей и волокон, получаемых на основе природных белковых (шерсть, шёлк) или целлюлозных (лён, хлопок) волокон. Древесина до сих пор применяется как наиболее экологически чистый, экономичный и эстетичный материал в строительстве и отделке помещений, изготовлении мебели и предметов домашнего обихода.

Однако изделия и материалы на основе природных полимеров не лишены недостатков. Они легко повреждаются микроорганизмами, быстро стареют и изнашиваются, подвергаются гниению и порче.

Искусственные полимеры

Во второй половине XIX в. учёные задумались над тем, каким образом можно придать природным полимерам новые свойства, которыми они не обладают. Вскоре решение было найдено. Взятый за основу природный полимер обрабатывали химическими веществами. Например, при обработке волокон целлюлозы концентрированной азотной кислотой получают продукт нитрования, в котором гидроксильные группы (две или все три) в структурном звене (остатке глюкозы) замещены на нитрогруппы. Таким образом, происходит замена одной группы атомов на другую, а полимерная цепь при этом не затрагивается:

Искусственные полимеры

В результате этой реакции получались вещества, которые имеют широкое применение: ди- и тринитроцеллюлоза.

Изменение химического состава и структуры полимера придавало ему новые свойства. Такой процесс назвали модификацией полимера, а полученные высокомолекулярные соединения, в отличие от природных, получили название искусственных.

Высокомолекулярные вещества, которые получают на основе природных полимеров путём их химической модификации, называют искусственными полимерами .

Общую схему модификации природных полимеров с получением искусственных можно изобразить следующим образом:

Пластмассы

В 1870 г. американский изобретатель Джон Хайатт добавил к динитрату целлюлозы камфору и получил блестящий материал молочно-белого цвета. Из этого вещества стали изготавливать бильярдные шары, заменившие дорогостоящие шары из слоновой кости (рис. 50). Новый материал получил название целлулоид и стал первой искусственной пластмассой.

Пластмассы — это материалы, изготавливаемые на основе полимеров с различными добавками, способные приобретать заданную форму при изготовлении изделия и сохранять её в процессе эксплуатации.

Не путайте термины «полимер» и «пластмасса» — это не одно и то же.

Свойства пластмассы как материала можно задать заранее с помощью введения дополнительных компонентов: наполнителей, которые обеспечивают жёсткость пластмассы, красителей, которые придают ей необходимый цвет, пластификаторов, которые делают полимерный материал более эластичным и гибким.

Помимо бильярдных шаров, из целлулоида делали украшения, расчёски, рукоятки инструментов, канцелярские принадлежности, фотоплёнку и многое другое. Однако целлулоид пожароопасен, поэтому области его применения ограничены. Из него изготавливают красивую блестящую облицовку музыкальных инструментов и теннисные шарики.

Кроме того, на основе нитратов целлюлозы изготавливают клеи, лаки и эмали.

Тринитрат целлюлозы используют в качестве пороха для снаряжения патронов и называют пироксилином.

Волокна

Полимеры используют для получения не только пластмасс, но и волокон.

Волокна — это полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, пряжи и текстильных материалов.

Природный полимерный углевод — целлюлоза имеет волокнистую структуру. Из содержимого коробочек созревшего хлопчатника изготавливают хлопчатобумажные ткани и медицинскую вату. Изделия лёгкой промышленности на основе хлопка гигиеничны и экологичны. Но они легко мнутся и намокают, недостаточно прочны.

Эти недостатки устраняются путём химической обработки целлюлозы уксусной кислотой:

Получается сложный эфир — триацетат целлюлозы, не имеющий волокнистой структуры. Поэтому его вытягивают в нити. Для этого была разработана специальная технология.

В раствор или расплав полимера добавляют красители, а также специальные добавки, повышающие эластичность волокна, его прочность и другие характеристики. Затем нагретую жидкость под давлением пропускают через специальные колпачки со множеством мельчайших отверстий — фильеры. Через отверстия просачивается тонкая струйка полимера, который обдувается нагретым воздухом. При этом растворитель, если он присутствовал, испаряется, струйки превращаются в волоконца, которые затем скручивают в нить.

Читайте также:  Кубок мира по биатлону итоги сезона 2019 2020 фото

Ткани из ацетатного шёлка красивы, прочны, легко окрашиваются, гигиеничны и недороги.

На основе целлюлозы получают ещё одно искусственное волокно — вискозу, которая обладает дополнительными экологическими и гигиеническими преимуществами по сравнению с ацетатным шёлком. Вискоза хорошо впитывает влагу, шелковистая и мягкая на ощупь, обладает воздухопроницаемостью и высокой интенсивностью цвета, не электризуется и, что немаловажно, стоит недорого.

Помимо волокон, на основе вискозы получают пластмассы и плёнки. Вы наверняка слышали название некогда распространённого упаковочного материала — целлофан. Эта вискозная плёнка широко использовалась для упаковки подарков, цветов, продуктов питания. Её главное достоинство — лёгкость разложения в природных условиях, что не приводит к загрязнению окружающей среды. Однако в настоящее время целлофан практически полностью вытеснен более дешёвыми полиэтиленом, полипропиленом, лавсаном. Эти полимеры относят к группе синтетических материалов, о которых пойдёт речь в следующем конспекте.

Справочная таблица «Полимеры»

Справочная таблица

Конспект урока по химии «Классификация полимеров. Искусственные полимеры». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

  • Вернуться к Списку конспектов по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

Источник

Таблица полимеров структурное звено

Для характеристики высокомолекулярных соединений необходимо рассмотреть следующие основные структурные понятия.

Мономер

Мономеры — низкомолекулярные вещества, из которых образуются молекулы полимеров.

Молекулы полимеров являются макромолекулами.

Например, пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена:

а такие соединения, как α-аминокислоты, служат мономерами при синтезе природных полимеров – белков (полипептидов):

Полимер, макромолекула

Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).

Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:

Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный).

Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц массы.

Структурное звено полимера (мономерное звено)

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

. -CH2-CHCl- CH2-CHCl -CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl- .

поливинилхлорид

В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:

По строению структурного звeна макромолекулы можно сказать о том, какой мономер использован в синтезе данного полимера и, наоборот, зная формулу мономера, нетрудно представить строение структурного звeна.

Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.

Степень полимеризации

Степень полимеризации (n)— число, которое показывает, сколько молекул мономеров соединяются в макромолекулу полимера.

В формуле макромолекулы степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено:

n >> 1

Для синтетических полимеров, как правило, n ≈ 10 2 -10 4 ; а самые длинные из известных природных макромолекул – ДНК (полинуклеотидов) – имеют степень полимеризации n ≈ 10 9 -10 10 .

Молекулярная масса макромолекулы и полимера

Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением:

М(макромолекулы) = M (звена) × n,

где n — степень полимеризации,
M — относительная молекулярная масса
(подстрочный индекс r в обозначении относительной молекулярной массы Мr в химии полимеров обычно не используется).

Для полимера, состоящего из множества макромолекул, понятие молекулярная масса и степень полимеризации имеют несколько иной смысл. Дело в том, что когда в ходе реакции образуется полимер, то в каждую макромолекулу входит не строго постоянное число молекул мономера. Это зависит от того, в какой момент прекратится рост полимерной цепи.

Читайте также:  Таблицу декодирования для кода

Поэтому в одних макромолекулах мономерных звеньев больше, а в других — меньше. То есть, образуются макромолекулы с разной степенью полимеризации и, соответственно, с разной молекулярной массой (так называемые полимергомологи).

Следовательно, молекулярная масса и степень полимеризации полимера являются средними величинами:

Mср(полимера) = M (звена) × nср

Геометрическая форма макромолекул

Геометрическая форма макромолекулы — пространственная структура макромолекулы в целом.

В зависимости от строения углеродной цепи, различают линейные (неразветвленные), разветвленные и пространственные (сетчатые, сшитые) полимеры.

Линейная форма (структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим) — натуральный каучук, целлюлоза, амилоза (составная часть крахмала), поливиниловый спирт, полистирол, полиэтилен низкого давления, капрон, найлон и др. полимеры:

Разветвленная форма (макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями) — полиэтилен высокого давления, амилопектин (компонент крахмала):

Пространственная форма (сетчатая, сшитая), при которой длинные линейные молекулы соединены между собой поперечными химическими связями – шерсть, вулканизованный каучук (резина), фенолформальдегидные смолы:

В сетчатых полимерах различные углеродные цепи «сшиты» между собой, и вещество представляет собой одну гигантскую молекулу.

Геометрическая форма макромолекул в значительной степени влияет на свойства полимеров.

Рубрики: Высокомолекулярные соединения

Источник



Таблица полимеров структурное звено

Типы структурных звеньев полимеров

Строение структурного звена макромолекулы зависит от строения мономера и типа реакции образования полимера.

При полимеризации (реакция присоединения) структурное звено имеет одинаковый с мономером элементный состав (таблица 1).

В случае поликонденсации (реакция замещения) структурное звено отличается от мономера на группу атомов, выделяющихся в виде побочного низкомолекулярного соединения, например H 2 O, NH 3 , HCl и т.п. (таблица 2).


    1. Структурное звено макромолекулы при полимеризации виниловых мономеров CH 2 =CH–R

В этом случае структурным звеном макромолекул является группа
–CH 2 –CH(R)- :

где R = H, CH 3 , C 2 H 5 , Cl и др. заместители.

Звенья 1, 2, 3 и 4 соответствуют одной формуле.


    2. Структурное звено макромолекулы при полимеризации диеновых мономеров

При полимеризации 1,3-диеновых мономеров CH 2 = CR – CH = CH 2 (путем присоединения в положениях 1 и 4) в макромолекулы входят звенья:

где R = H, CH 3 , Cl и др.заместители.

Из мономеров типа CH 2 =CH–CH=CH–R образуются звенья

В случае полимеризации по типу присоединения 1,2 структурное звено аналогично звеньям виниловых мономеров, где R= –CH=CH 2


    3. Структурное звено макромолекулы при поликонденсации мономера с разными функциональными группами

Структурное звено такой макромолекулы отличается по составу от исходного мономера и представляет собой остаток его молекулы.

Например, поликонденсация аминокислоты H 2 N–R–COOH с образованием полиамида сопровождается отщеплением воды по схеме:

Структурное звено макромолекулы полиамида является остатком исходной аминокислоты после отщепления атома водорода от аминогруппы –NH 2 и гидроксила от карбоксильной группы –СООН.


    4. Структурное звено макромолекулы при поликонденсации с участием двух мономеров

В этом случае структурное звено содержит остатки обоих мономеров. Например, найлон (полиамид-6,6):

Такие звенья образуются при поликонденсации:

Источник

Полимеры

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).

Например , полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:

…-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-… или (-CH2CH2-)n

Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный). Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Например , пропилен (пропен) СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n.

Классификация полимеров

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Классификация по происхождению

По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.

Природные полимеры непосредственно существуют в природе (крахмал, целлюлоза и др.).

Синтетические полимеры получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации (полиэтилен, полихлорвинил, фенол-формальдегидные смолы, метилметакрилат и т.д.). Не имеют аналогов в природе.

Искусственные – получают модификацией натуральных полимеров (вискоза –модифицированная целлюлоза, резина –модификация натурального каучука).

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH2-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Например , образование полиэтилена происходит по механизму полимеризации:

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода).

Например , образование капрона протекает по механизму поликонденсации:

Свойства полимеров

По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.


Термореактивные полимеры
— пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Например , фенолформальдегидные смолы, полиуретан.

Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.

Например , полиэтилен, полистирол, полихлорвинил и т.д.

Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.

Например , натуральный каучук.

Полимеризация и поликонденсация

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2CH2–)n

Катализаторами полимеризации могут быть: металлический натрий, пероксиды, кислород, металлоорганические соединения, комплексные соединения.

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Например , схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Важнейшие синтетические полимеры

Изображение с портала orgchem.ru

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:

Метиловый эфир метакриловой кислоты

Термопластичный (t = 260-320 0 C)

Мономер: бутадиен-1,3 (дивинил)

Поликонденсация

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов, обычно это вода.

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией поликонденсации, и области их применения:

Мономер: Рибоза, ортофосфорная кислота, азотистые основания

Источник