Κάποιος δύσκολα μπορεί να φανταστεί τη ζωή του σήμερα χωρίς πολυμερή - σύνθετες συνθετικές ουσίες που χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς ανθρώπινης δραστηριότητας. Τα πολυμερή είναι υψηλού μοριακού βάρους ενώσεις φυσικής ή συνθετικής προέλευσης, που αποτελούνται από μονομερή που συνδέονται με χημικούς δεσμούς. Ένα μονομερές είναι ένας επαναλαμβανόμενος δεσμός αλύσου που περιέχει το γονικό μόριο.
Οργανικές μακρομοριακές ενώσεις
Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του, οι υψηλού μοριακού βάρους ενώσεις αντικαθιστούν με επιτυχία τέτοια φυσικά υλικά όπως ξύλο, μέταλλο, πέτρα σε διάφορες σφαίρες της ζωής, κατακτώντας νέα πεδία εφαρμογής. Για να συστηματοποιηθεί μια τέτοια εκτεταμένη ομάδα ουσιών, υιοθετείται η ταξινόμηση των πολυμερών σύμφωνα με διάφορα κριτήρια. Αυτές περιλαμβάνουν τη σύνθεση, τη μέθοδο παραγωγής, τη χωρική διαμόρφωση και ούτω καθεξής.
Η ταξινόμηση των πολυμερών με χημική σύνθεση τους χωρίζει σε τρεις ομάδες:
- Οργανικές μακρομοριακές ουσίες.
- Οργανομεταλλικές ενώσεις.
- Ανόργανες μακρομοριακές ενώσεις.
Η μεγαλύτερη ομάδα αντιπροσωπεύεται από οργανικά IUD - ρητίνες, καουτσούκ, φυτικά έλαια, δηλαδή προϊόντα ζωικής και φυτικής προέλευσης. Τα μακρομόρια αυτών των ουσιών στην κύρια αλυσίδα μαζί με τα άτομα άνθρακα έχουν άτομα οξυγόνου, αζώτου και άλλων στοιχείων.
Οι ιδιότητές τους:
- έχουν την ικανότητα να αντιστρέφουν την παραμόρφωση, δηλαδή την ελαστικότητα σε χαμηλά φορτία.
- σε μικρή συγκέντρωση μπορούν να σχηματίσουν ιξώδη διαλύματα.
- αλλαγή των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών υπό την επίδραση μιας ελάχιστης ποσότητας αντιδραστηρίου ·
- με μηχανική δράση, είναι δυνατός ο κατευθυντικός προσανατολισμός των μακρομορίων τους.
Οργανομεταλλικές ενώσεις
Τα IUD οργανικών στοιχείων, τα μακρομόρια των οποίων περιλαμβάνουν, εκτός από τα άτομα ανόργανων στοιχείων - ρίζες πυριτίου, τιτανίου, αργιλίου και οργανικών υδρογονανθράκων, δημιουργούνται τεχνητά και στη φύση δεν είναι. Η ταξινόμηση των πολυμερών τους χωρίζει, με τη σειρά τους, σε τρεις ομάδες.
- Η πρώτη ομάδα είναι ουσίες στις οποίες η κύρια αλυσίδα αποτελείται από άτομα ορισμένων στοιχείων που περιβάλλουν οργανικές ρίζες.
- Η δεύτερη ομάδα περιλαμβάνει ουσίες με κύρια αλυσίδα που περιέχει εναλλασσόμενα άτομα άνθρακα και στοιχεία όπως θείο, άζωτο και άλλα.
- Η τρίτη ομάδα περιλαμβάνει ουσίες με οργανικές ραχοκοκαλιά που περιβάλλουν διάφορες οργανο-ομάδες.
Ένα παράδειγμα είναι οι ενώσεις οργανοπυριτίου, ιδιαίτερα η σιλικόνη, η οποία έχει υψηλή αντοχή στη φθορά.
Οι ανόργανες μακρομοριακές ενώσεις στην κύρια αλυσίδα περιέχουν οξείδια πυριτίου και μετάλλων - μαγνήσιο, αργίλιο ή ασβέστιο. Δεν έχουν πλευρικές οργανικές ατομικές ομάδες. Οι δεσμοί στις κύριες αλυσίδες είναι ομοιοπολικοί και ινο-ομοιοπολικοί, ο οποίος καθορίζει την υψηλή αντοχή τους και την αντοχή στη θερμότητα. Αυτά περιλαμβάνουν τον αμίαντο, τα κεραμικά, το πυριτικό γυαλί, τον χαλαζία.
Carbochain και ετεροχορικό Ναυτικό
Η ταξινόμηση των πολυμερών με τη χημική σύνθεση της κύριας αλυσίδας πολυμερούς περιλαμβάνει τη διαίρεση αυτών των ουσιών σε δύο μεγάλες ομάδες.
- Carbochain, στην οποία η κύρια αλυσίδα του μακρομορίου IUD αποτελείται μόνο από άτομα άνθρακα.
- Η ετερο-αλυσίδα, στην οποία άλλα άτομα βρίσκονται στην κύρια αλυσίδα μαζί με άτομα άνθρακα, δίνοντας αυτή την ουσία πρόσθετες ιδιότητες.
Κάθε μία από αυτές τις μεγάλες ομάδες αποτελείται από τις ακόλουθες υποομάδες που διαφέρουν στη δομή της αλυσίδας, τον αριθμό των υποκαταστατών, τη σύνθεσή τους και τον αριθμό των πλευρικών κλάδων:
- ενώσεις με κορεσμένους δεσμούς σε αλυσίδες, για παράδειγμα πολυαιθυλένιο ή πολυπροπυλένιο.
- πολυμερή με ακόρεστους δεσμούς στην κύρια αλυσίδα, για παράδειγμα πολυβουταδιένιο,
- υποκατεστημένες με αλογόνο μακρομοριακές ενώσεις - τεφλόν;
- πολυμερείς αλκοόλες, ένα παράδειγμα της οποίας είναι η πολυβινυλική αλκοόλη,
- Τα IUD που βασίζονται σε παράγωγα αλκοολών, ένα παράδειγμα είναι το οξικό πολυβινύλιο.
- ενώσεις που προέρχονται από αλδεϋδες και κετόνες, όπως πολυακρολεΐνη,
- πολυμερή που προέρχονται από καρβοξυλικά οξέα, από τα οποία το πολυακρυλικό οξύ είναι αντιπροσωπευτικό.
- ουσίες που προέρχονται από νιτρίλια (PAN) ·
- μακρομοριακές ουσίες που προέρχονται από αρωματικούς υδρογονάνθρακες, για παράδειγμα πολυστυρένιο.
Διαίρεση από τη φύση του ετεροατόμου
Η ταξινόμηση των πολυμερών μπορεί επίσης να εξαρτάται από τη φύση των ετεροατόμων · περιλαμβάνει διάφορες ομάδες:
- με άτομα οξυγόνου στην κύρια αλυσίδα - απλοί και σύνθετοι πολυεστέρες και υπεροξείδια.
- ενώσεις με την περιεκτικότητα στην κύρια αλυσίδα ατόμων αζώτου - πολυαμίνες και πολυαμίδια ·
- ουσίες με άτομα οξυγόνου και αζώτου στην κύρια αλυσίδα, για παράδειγμα, πολυουρεθάνες,
- IUD με άτομα θείου στην κύρια αλυσίδα - πολυθειοεστέρες και πολυτετρασουλφίδια.
- ενώσεις στις οποίες υπάρχουν άτομα φωσφόρου στην κύρια αλυσίδα.
Φυσικά πολυμερή
Επί του παρόντος, η ταξινόμηση των πολυμερών ανά χημική προέλευση, η οποία τους χωρίζει ως εξής:
- Φυσικά, ονομάζονται επίσης βιοπολυμερή.
- Τεχνητές ουσίες με υψηλό μοριακό βάρος.
- Συνθετικές ενώσεις.
Το φυσικό ναυτικό είναι η βάση της ζωής στη Γη. Οι σημαντικότερες από αυτές είναι οι πρωτεΐνες - τα "τούβλα" των ζωντανών οργανισμών, τα μονομερή των οποίων είναι αμινοξέα. Οι πρωτεΐνες εμπλέκονται σε όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις του σώματος, χωρίς αυτές το ανοσοποιητικό σύστημα δεν μπορεί να λειτουργήσει, διαδικασίες πήξης αίματος, σχηματισμός οστού και μυϊκού ιστού, εργασία μετατροπής ενέργειας και πολλά άλλα. Χωρίς νουκλεϊνικά οξέα, η αποθήκευση και η διαβίβαση κληρονομικών πληροφοριών είναι αδύνατη.
Οι πολυσακχαρίτες είναι υδρογονάνθρακες υψηλού μοριακού βάρους που μαζί με τις πρωτεΐνες εμπλέκονται στο μεταβολισμό. Η ταξινόμηση των πολυμερών κατά την προέλευση σας επιτρέπει να επιλέξετε φυσικές μακρομοριακές ουσίες σε μια ειδική ομάδα.
Τεχνητά και συνθετικά πολυμερή
Τεχνητά πολυμερή λαμβάνονται από φυσικές με διάφορες μεθόδους χημικής τροποποίησης για να τους δώσουν τις απαραίτητες ιδιότητες. Ένα παράδειγμα είναι η κυτταρίνη, από την οποία παράγονται πολλά πλαστικά. Η ταξινόμηση των πολυμερών με βάση την προέλευση τις χαρακτηρίζει ως τεχνητές ουσίες. Τα συνθετικά IUD λαμβάνονται χημικά χρησιμοποιώντας αντιδράσεις πολυμερισμού ή πολυσυμπύκνωσης. Οι ιδιότητές τους, και κατά συνέπεια η εμβέλεια, εξαρτώνται από το μήκος του μακρομορίου, δηλαδή από το μοριακό βάρος. Όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο ισχυρότερο είναι το υλικό που λαμβάνεται. Η ταξινόμηση των πολυμερών από την προέλευση είναι πολύ βολική. Παραδείγματα το επιβεβαιώνουν.
Γραμμικά μακρομόρια
Οποιαδήποτε ταξινόμηση των πολυμερών είναι μάλλον αυθαίρετη και το καθένα έχει τα δικά του μειονεκτήματα, δεδομένου ότι δεν μπορεί να παρουσιάσει όλα τα χαρακτηριστικά αυτής της ομάδας ουσιών. Παρόλα αυτά, συμβάλλει στη συστηματοποίησή τους με κάποιο τρόπο. Η ταξινόμηση των πολυμερών με τη μορφή των μακρομορίων τους παρουσιάζει τη μορφή των ακόλουθων τριών ομάδων:
- γραμμική
- διακλαδισμένη.
- χωρική, τα οποία ονομάζονται επίσης ματιών.
Μακρές, καμπύλες ή σπειροειδείς αλυσίδες γραμμικών IUD δίνουν ουσίες μερικές μοναδικές ιδιότητες:
- λόγω της εμφάνισης των διαμοριακών δεσμών σχηματίζουν ισχυρές ίνες.
- είναι ικανές μεγάλες και μακρές, αλλά ταυτόχρονα αναστρέψιμες παραμορφώσεις.
- μια σημαντική ιδιότητα είναι η ευελιξία τους.
- κατά τη διάλυση, αυτές οι ουσίες σχηματίζουν διαλύματα με υψηλό ιξώδες.
Διακλαδισμένα μακρομόρια
Τα διακλαδισμένα πολυμερή έχουν επίσης γραμμική δομή, αλλά με πολλά πλευρικά κλαδιά μικρότερα από το κύριο.Ταυτόχρονα, οι ιδιότητές τους αλλάζουν:
- η διαλυτότητα των διακλαδισμένων ουσιών είναι υψηλότερη από την γραμμική, αντίστοιχα, σχηματίζουν διαλύματα χαμηλότερου ιξώδους.
- με αύξηση του μήκους των πλευρικών αλυσίδων, οι διαμοριακές δυνάμεις καθίστανται ασθενέστερες, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της μαλακότητας και της ελαστικότητας του υλικού.
- όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός διακλάδωσης, τόσο περισσότερες φυσικές ιδιότητες μιας τέτοιας ουσίας προσεγγίζουν τις ιδιότητες των συνηθισμένων χαμηλού μοριακού βάρους ενώσεων.
Τρισδιάστατα μακρομόρια
Οι μακρομοριακές ενώσεις ματιών είναι επίπεδες (σκάλες και τύποι παρκέ) και τρισδιάστατες. Το επίπεδο καουτσούκ περιλαμβάνει φυσικό καουτσούκ και γραφίτη. Στα χωρικά πολυμερή υπάρχουν σταυροειδείς "γέφυρες" μεταξύ των αλυσίδων, σχηματίζοντας ένα μεγάλο τρισδιάστατο μακρομόριο, το οποίο έχει μια εξαιρετική σκληρότητα.
Ένα παράδειγμα είναι το διαμάντι ή η κερατίνη. Οι μακρομοριακές ενώσεις ματιών είναι η βάση των ελαστικών, ορισμένων τύπων πλαστικών, καθώς και των συγκολλητικών ουσιών και των βερνικιών.
Θερμοπλαστικά και θερμοσκληρυντές
Η ταξινόμηση των πολυμερών κατά την προέλευση και σε σχέση με τη θέρμανση αποσκοπεί στο να χαρακτηρίσει τη συμπεριφορά αυτών των ουσιών με τη θερμοκρασία. Ανάλογα με τις διαδικασίες που συμβαίνουν κατά τη θέρμανση, επιτυγχάνονται διαφορετικά αποτελέσματα. Εάν η διαμοριακή αλληλεπίδραση εξασθενεί και η κινητική ενέργεια των μορίων αυξάνεται, τότε η ουσία μαλακώνει, καθιστώντας μια ιξώδη κατάσταση. Όταν η θερμοκρασία μειωθεί, επιστρέφει στην κανονική της κατάσταση - η χημική της φύση παραμένει αμετάβλητη. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται θερμοπλαστικά πολυμερή, για παράδειγμα πολυαιθυλένιο.
Μια άλλη ομάδα ενώσεων ονομάζεται θερμοσκληρυνόμενη. Ο μηχανισμός των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτές κατά τη θέρμανση είναι τελείως διαφορετικός. Παρουσία διπλών δεσμών ή λειτουργικών ομάδων, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, αλλάζοντας τη χημική φύση της ουσίας. Δεν μπορεί να επαναφέρει το αρχικό του σχήμα κατά την ψύξη. Ένα παράδειγμα είναι διάφορες ρητίνες.
Μέθοδος πολυμερισμού
Μια άλλη ταξινόμηση των πολυμερών είναι με τη μέθοδο παρασκευής. Υπάρχουν τέτοιοι τρόποι για να πάρετε ένα IUD:
- Ο πολυμερισμός, ο οποίος μπορεί να λάβει χώρα χρησιμοποιώντας τον μηχανισμό ιοντικής αντίδρασης και τις ελεύθερες ρίζες.
- Πολυσυμπύκνωση
Ο πολυμερισμός είναι η διαδικασία σχηματισμού μακρομορίων με διαδοχική σύνδεση μονάδων μονομερούς. Είναι συνήθως ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους με πολλαπλούς δεσμούς και κυκλικές ομάδες. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ένας διπλός δεσμός ή δεσμός στην κυκλική ομάδα θραύεται και σχηματίζονται νέοι μεταξύ αυτών των μονομερών. Εάν στην αντίδραση εμπλέκονται μονομερή του ίδιου είδους, καλείται ομοπολυμερισμός. Όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι μονομερών, συμβαίνει μια αντίδραση συμπολυμερισμού.
Η αντίδραση πολυμερισμού είναι μια αλυσιδωτή αντίδραση που μπορεί να συμβεί αυθόρμητα, όμως χρησιμοποιούνται δραστικές ουσίες για την επιτάχυνσή της. Με τον μηχανισμό των ελεύθερων ριζών, η διαδικασία προχωρά σε διάφορα στάδια:
- Έναρξη. Σε αυτό το στάδιο, με το φως, τη θερμότητα, το χημικό ή κάποιο άλλο είδος επιρροής, σχηματίζονται στο σύστημα δραστικές ομάδες - ριζοσπάστες.
- Ανάπτυξη μήκους αλυσίδας. Αυτό το στάδιο χαρακτηρίζεται από την προσθήκη των ακόλουθων μονομερών στις ρίζες για να σχηματίσουν νέες ρίζες.
- Μια ανοικτή αλυσίδα λαμβάνεται με την αλληλεπίδραση δραστικών ομάδων με τον σχηματισμό αδρανών μακρομορίων.
Είναι αδύνατον να ελεγχθεί η στιγμή της τερματισμού της αλυσίδας και συνεπώς τα προκύπτοντα μακρομόρια διαφέρουν σε διαφορετικά μοριακά βάρη.
Η αρχή του ιοντικού μηχανισμού της αντίδρασης πολυμερισμού είναι η ίδια με αυτή της ελεύθερης ρίζας. Αλλά εδώ, τα κατιόντα και τα ανιόντα δρουν ως ενεργά κέντρα · ως εκ τούτου, διακρίνεται ο κατιονικός και ο ανιονικός πολυμερισμός. Στη βιομηχανία, τα πιο σημαντικά πολυμερή λαμβάνονται με ριζικό πολυμερισμό: πολυαιθυλένιο, πολυστυρένιο και πολλά άλλα. Ο πολυμερισμός των ιόντων χρησιμοποιείται στην παραγωγή συνθετικών καουτσούκ.
Πολυσυμπύκνωση
Η διαδικασία σχηματισμού μίας ενώσεως υψηλού μοριακού βάρους με διαχωρισμό ορισμένων ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους ως παραπροϊόν είναι πολυσυμπύκνωση, η οποία διαφέρει από τον πολυμερισμό κατά το ότι η στοιχειακή σύνθεση του προκύπτοντος μακρομορίου δεν αντιστοιχεί στη σύνθεση των αρχικών ουσιών που εμπλέκονται στην αντίδραση. Μόνο ενώσεις με λειτουργικές ομάδες μπορούν να συμμετέχουν σε αυτές, οι οποίες, αλληλεπιδρώντας, χωρίζουν το μόριο μιας απλής ουσίας και σχηματίζουν έναν νέο δεσμό. Η πολυσυμπύκνωση διλειτουργικών ενώσεων παράγει γραμμικά πολυμερή. Όταν στην αντίδραση εμπλέκονται πολυλειτουργικές ενώσεις, σχηματίζονται IUD με διακλαδισμένη ή και χωρική δομή. Οι ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης αλληλεπιδρούν επίσης με τα ενδιάμεσα προϊόντα, προκαλώντας τερματισμό της αλυσίδας. Επομένως, είναι καλύτερα να τα αφαιρέσετε από τη ζώνη αντίδρασης.
Ορισμένα πολυμερή δεν μπορούν να ληφθούν με γνωστές μεθόδους πολυμερισμού ή πολυσυμπύκνωσης, εφόσον δεν υπάρχουν απαραίτητα αρχικά μονομερή ικανά να συμμετέχουν σε αυτά. Στην περίπτωση αυτή, η πολυμερής σύνθεση διεξάγεται με τη συμμετοχή ενώσεων υψηλού μοριακού βάρους που περιέχουν λειτουργικές ομάδες οι οποίες είναι ικανές να αντιδρούν μεταξύ τους.
Η ταξινόμηση των πολυμερών καθίσταται όλο και πιο περίπλοκη καθημερινά, καθώς όλο και περισσότεροι νέοι τύποι αυτών των καταπληκτικών ουσιών με προκαθορισμένες ιδιότητες εμφανίζονται και ένας άνθρωπος δεν σκέφτεται πλέον τη ζωή του χωρίς αυτούς. Ωστόσο, δημιουργείται ένα άλλο πρόβλημα, όχι λιγότερο σημαντικό - η δυνατότητα εύκολης και φθηνής διάθεσής τους. Η λύση αυτού του προβλήματος είναι πολύ σημαντική για την ύπαρξη του πλανήτη.
