Člověk si dnes těžko dokáže představit bez polymerů - složitých syntetických látek, které se široce používají v různých oblastech lidské činnosti. Polymery jsou vysokomolekulární sloučeniny přírodního nebo syntetického původu, skládající se z monomerů spojených chemickými vazbami. Monomer je opakující se řetězec, který obsahuje rodičovskou molekulu.
Organické makromolekulární sloučeniny
Díky svým jedinečným vlastnostem nahradí vysokomolekulární sloučeniny takové přírodní materiály jako dřevo, kov, kámen v různých sférách života a dobývají nové oblasti použití. Pro systematizaci tak rozsáhlé skupiny látek se přijímá klasifikace polymerů podle různých kritérií. Patří sem složení, výrobní metoda, prostorová konfigurace atd.
Klasifikace polymerů podle chemického složení je dělí do tří skupin:
- Organické makromolekulární látky.
- Organoelementové sloučeniny.
- Anorganické makromolekulární sloučeniny.
Největší skupinu představují organické IUD - pryskyřice, kaučuky, rostlinné oleje, tj. Produkty živočišného i rostlinného původu. Makromolekuly těchto látek v hlavním řetězci spolu s atomy uhlíku mají atomy kyslíku, dusíku a dalších prvků.
Jejich vlastnosti:
- mít schopnost zvrátit deformaci, tj. elasticitu při nízkém zatížení;
- při malé koncentraci mohou tvořit viskózní roztoky;
- měnit fyzikální a mechanické vlastnosti pod vlivem minimálního množství činidla;
- mechanickým působením je možná směrová orientace jejich makromolekul.
Organoelementové sloučeniny
Organoelementální nitroděložní tělíska, jejichž makromolekuly obsahují, kromě atomů anorganických prvků - křemíku, titanu, hliníku - a organických uhlovodíkových radikálů, jsou vytvářeny uměle a v přírodě tomu tak není. Klasifikace polymerů je rozděluje do tří skupin.
- První skupinou jsou látky, ve kterých je hlavní řetězec složen z atomů určitých prvků obklopených organickými radikály.
- Druhá skupina zahrnuje látky s hlavním řetězcem obsahující střídavé atomy uhlíku a prvky, jako je síra, dusík a další.
- Třetí skupina zahrnuje látky s organickými kostry obklopené různými organoelementálními skupinami.
Příkladem jsou organokřemičité sloučeniny, zejména silikon, které mají vysokou odolnost proti opotřebení.
Anorganické makromolekulární sloučeniny v hlavním řetězci obsahují oxidy křemíku a kovů - hořčík, hliník nebo vápník. Nemají žádné postranní organické atomové skupiny. Vazby v hlavních řetězcích jsou kovalentní a iontově kovalentní, což určuje jejich vysokou pevnost a tepelnou odolnost. Patří sem azbest, keramika, křemičité sklo, křemen.
Námořnictvo carbochain a heterochain Navy
Klasifikace polymerů podle chemického složení hlavního polymerního řetězce zahrnuje rozdělení těchto látek do dvou velkých skupin.
- Karbochain, ve kterém hlavní řetězec makromolekuly IUD sestává pouze z atomů uhlíku.
- Hetero-řetězec, ve kterém jsou další atomy umístěny v hlavním řetězci společně s atomy uhlíku, což dává této látce další vlastnosti.
Každá z těchto velkých skupin sestává z následujících podskupin, které se liší ve struktuře řetězce, počtu substituentů, jejich složení a počtu postranních větví:
- sloučeniny s nasycenými vazbami v řetězcích, například polyethylen nebo polypropylen;
- polymery s nenasycenými vazbami v hlavním řetězci, například polybutadien;
- halogenem substituované makromolekulární sloučeniny - teflon;
- polymerní alkoholy, jejichž příkladem je polyvinylalkohol;
- IUD na bázi derivátů alkoholů, například polyvinylacetát;
- sloučeniny odvozené od aldehydů a ketonů, jako je polyakrolein;
- polymery odvozené od karboxylových kyselin, jejichž zástupcem je kyselina polyakrylová;
- látky odvozené od nitrilů (PAN);
- makromolekulární látky odvozené od aromatických uhlovodíků, například polystyrenu.
Dělení podle povahy heteroatomu
Klasifikace polymerů může také záviset na povaze heteroatomů, zahrnuje několik skupin:
- s atomy kyslíku v hlavním řetězci - jednoduché a komplexní polyestery a peroxidy;
- sloučeniny s obsahem atomů dusíku v hlavním řetězci - polyaminy a polyamidy;
- látky s atomy kyslíku a dusíku v hlavním řetězci, například polyurethany;
- IUD s atomy síry v hlavním řetězci - polythioestery a polytetrasulfidy;
- sloučeniny, ve kterých jsou atomy fosforu přítomny v hlavním řetězci.
Přírodní polymery
V současné době je klasifikace polymerů podle původu, chemické povahy, která je dělí takto:
- Přirozeně se také nazývají biopolymery.
- Umělé látky s vysokou molekulovou hmotností.
- Syntetické sloučeniny.
Přírodní námořnictvo je základem života na Zemi. Nejdůležitější z nich jsou proteiny - „cihly“ živých organismů, jejichž monomery jsou aminokyseliny. Proteiny se podílejí na všech biochemických reakcích v těle, bez kterých imunitní systém nemůže fungovat, procesy koagulace krve, tvorba kostní a svalové tkáně, práce na přeměně energie a mnoho dalšího. Bez nukleových kyselin je ukládání a přenos dědičných informací nemožné.
Polysacharidy jsou uhlovodíky s vysokou molekulovou hmotností, které se spolu s proteiny podílejí na metabolismu. Klasifikace polymerů podle původu umožňuje vybrat přírodní makromolekulární látky ve zvláštní skupině.
Umělé a syntetické polymery
Umělé polymery se získávají z přírodních různých metod chemické modifikace, aby jim poskytly nezbytné vlastnosti. Příkladem je celulóza, ze které se získává mnoho plastů. Klasifikace polymerů podle původu je charakterizuje jako umělé látky. Syntetické IUD se získávají chemicky za použití polymerizačních nebo polykondenzačních reakcí. Jejich vlastnosti, a proto rozsah, závisí na délce makromolekuly, tj. Na molekulové hmotnosti. Čím je větší, tím silnější je získaný materiál. Klasifikace polymerů podle původu je velmi výhodná. Příklady to potvrzují.
Lineární makromolekuly
Jakákoli klasifikace polymerů je spíše libovolná a každá má své vlastní nevýhody, protože nemůže vykazovat všechny vlastnosti této skupiny látek. Přesto jim to nějakým způsobem pomáhá systematizovat. Klasifikace polymerů ve formě makromolekul je uvádí ve formě následujících tří skupin:
- lineární
- rozvětvený;
- prostorové, které se také nazývají mřížky.
Dlouhé, zakřivené nebo spirálovitě tvarované řetězce lineárních IUD dávají látkám některé jedinečné vlastnosti:
- vzhledem ke vzniku mezimolekulárních vazeb tvoří silná vlákna;
- jsou schopné velkých a dlouhých, ale zároveň reverzibilních deformací;
- důležitou vlastností je jejich flexibilita;
- po rozpuštění tyto látky tvoří roztoky s vysokou viskozitou.
Rozvětvené makromolekuly
Rozvětvené polymery mají také lineární strukturu, ale s mnoha bočními větvemi kratšími než hlavní.Současně se změní také jejich vlastnosti:
- rozpustnost rozvětvených látek je vyšší než lineární, tvoří tedy roztoky s nižší viskozitou;
- se zvětšováním délky bočních řetězců se mezimolekulární síly zeslabují, což vede ke zvýšení měkkosti a pružnosti materiálu;
- čím vyšší stupeň větvení, tím více fyzikálních vlastností takové látky se přibližují vlastnostem běžných sloučenin s nízkou molekulovou hmotností.
Trojrozměrné makromolekuly
Síťové makromolekulární sloučeniny jsou ploché (typ schodiště a parkety) a trojrozměrné. Plochý kaučuk zahrnuje přírodní kaučuk a grafit. V prostorových polymerech existují zesíťující „můstky“ mezi řetězci, které tvoří jednu velkou trojrozměrnou makromolekulu, která má mimořádnou tvrdost.
Příkladem je diamant nebo keratin. Síťové makromolekulární sloučeniny jsou základem kaučuků, některých typů plastů, jakož i lepidel a laků.
Termoplasty a termosety
Klasifikace polymerů podle původu a s ohledem na zahřívání má charakterizovat chování těchto látek s teplotou. V závislosti na procesech, které se vyskytují během zahřívání, se získají různé výsledky. Pokud intermolekulární interakce oslabí a kinetická energie molekul se zvýší, pak látka změkne a stane se viskózním stavem. Když teplota klesne, vrátí se do svého normálního stavu - její chemická povaha zůstává nezměněna. Takové látky se nazývají termoplastické polymery, například polyethylen.
Jiná skupina sloučenin se nazývá termoset. Mechanismus procesů, které se v nich vyskytují během zahřívání, je zcela odlišný. V přítomnosti dvojných vazeb nebo funkčních skupin vzájemně interagují a mění chemickou povahu látky. Po ochlazení nemůže obnovit svůj původní tvar. Příkladem jsou různé pryskyřice.
Metoda polymerace
Další klasifikace polymerů je metodou přípravy. Existují takové způsoby, jak získat IUD:
- Polymerizace, ke které může dojít pomocí mechanismu iontové reakce a volných radikálů.
- Polykondenzace
Polymerizace je proces tvorby makromolekul postupným připojením monomerních jednotek. Obvykle se jedná o látky s nízkou molekulovou hmotností s vícenásobnými vazbami a cyklickými skupinami. Během reakce se mezi těmito monomery rozpadne dvojná vazba nebo vazba v cyklické skupině a vytvoří se nové. Pokud jsou do reakce zapojeny monomery stejného druhu, nazývá se to homopolymerace. Při použití různých typů monomerů dochází ke kopolymerační reakci.
Polymerizační reakce je řetězová reakce, která může nastat spontánně, ale k urychlení se používají účinné látky. S mechanismem volných radikálů proces probíhá v několika fázích:
- Zahájení. V této fázi se v systému tvoří světlo, teplo, chemikálie nebo nějaký jiný vliv, aktivní skupiny - radikály.
- Růst délky řetězu. Tato fáze je charakterizována přidáním následujících monomerů k radikálům za vzniku nových radikálů.
- Otevřený řetězec se získá interakcí aktivních skupin s tvorbou inaktivních makromolekul.
Není možné řídit okamžik ukončení řetězce, a proto se výsledné makromolekuly liší v různých molekulových hmotnostech.
Princip iontového mechanismu polymerizační reakce je stejný jako princip volného radikálu. Zde však působí jako aktivní centra kationty a anionty, proto se rozlišuje kationtová a aniontová polymerace. V průmyslu jsou nejdůležitější polymery získány radikálovou polymerizací: polyethylen, polystyren a mnoho dalších. Ionová polymerace se používá při výrobě syntetických kaučuků.
Polykondenzace
Proces tvorby sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností se separací některých látek s nízkou molekulovou hmotností jako vedlejšího produktu je polykondenzace, která se liší od polymerace v tom, že elementární složení výsledné makromolekuly neodpovídá složení výchozích látek zapojených do reakce. Účastnit se jich mohou jen sloučeniny s funkčními skupinami, které při interakci rozdělí molekulu jednoduché látky a vytvoří novou vazbu. Polykondenzace bifunkčních sloučenin produkuje lineární polymery. Když jsou do reakce zapojeny polyfunkční sloučeniny, vytvoří se IUD s rozvětvenou nebo dokonce prostorovou strukturou. Látky s nízkou molekulovou hmotností vytvořené během reakce také interagují s meziprodukty, což způsobuje ukončení řetězce. Proto je lepší je odstranit z reakční zóny.
Určité polymery nemohou být získány známými metodami polymerace nebo polykondenzace, protože neexistují žádné požadované výchozí monomery schopné účasti v nich. V tomto případě je syntéza polymeru prováděna za účasti sloučenin s vysokou molekulovou hmotností obsahujících funkční skupiny, které jsou schopné vzájemně reagovat.
Klasifikace polymerů je každým dnem složitější, protože se objevuje stále více nových typů těchto úžasných látek s předem určenými vlastnostmi a člověk už o nich bez nich nepřemýšlí. Objevuje se však další problém, neméně důležitý - možnost jejich snadné a levné likvidace. Řešení tohoto problému je velmi důležité pro existenci planety.
