Je kunt je het leven van vandaag nauwelijks voorstellen zonder polymeren - complexe synthetische stoffen die op grote schaal worden gebruikt in verschillende gebieden van menselijke activiteit. Polymeren zijn hoogmoleculaire verbindingen van natuurlijke of synthetische oorsprong, bestaande uit monomeren verbonden door chemische bindingen. Een monomeer is een zich herhalende ketenlink die het moedermolecuul bevat.
Organische macromoleculaire verbindingen
Vanwege zijn unieke eigenschappen vervangen hoogmoleculaire verbindingen met succes natuurlijke materialen zoals hout, metaal, steen op verschillende gebieden van het leven, waardoor nieuwe toepassingsgebieden worden overwonnen. Om een dergelijke uitgebreide groep stoffen te systematiseren, wordt de classificatie van polymeren volgens verschillende criteria aangenomen. Deze omvatten samenstelling, productiemethode, ruimtelijke configuratie, enzovoort.
De classificatie van polymeren naar chemische samenstelling verdeelt ze in drie groepen:
- Organische macromoleculaire stoffen.
- Organoelement verbindingen.
- Anorganische macromoleculaire verbindingen.
De grootste groep wordt vertegenwoordigd door organische spiraaltjes - harsen, rubbers, plantaardige oliën, dat wil zeggen producten van zowel dierlijke als plantaardige oorsprong. De macromoleculen van deze stoffen in de hoofdketen hebben samen met koolstofatomen zuurstof-, stikstof- en andere atomen.
Hun eigenschappen:
- het vermogen hebben om vervorming, dat wil zeggen, elasticiteit bij lage belastingen om te keren;
- in een kleine concentratie kan viskeuze oplossingen vormen;
- verander de fysieke en mechanische eigenschappen onder invloed van een minimale hoeveelheid reagens;
- met mechanische actie is directionele oriëntatie van hun macromoleculen mogelijk.
Organoelement verbindingen
Organoelementale spiraaltjes, waarvan de macromoleculen, naast atomen van anorganische elementen - silicium, titanium, aluminium - en organische koolwaterstofradicalen, kunstmatig worden gemaakt en in de natuur niet. De classificatie van polymeren verdeelt ze op hun beurt in drie groepen.
- De eerste groep is stoffen waarin de hoofdketen bestaat uit atomen van bepaalde elementen omringd door organische radicalen.
- De tweede groep omvat stoffen met een hoofdketen die afwisselend koolstofatomen bevat en elementen zoals zwavel, stikstof en andere.
- De derde groep omvat stoffen met organische ruggengraat omringd door verschillende organoelementale groepen.
Een voorbeeld zijn organosiliciumverbindingen, in het bijzonder siliconen, die een hoge slijtvastheid hebben.
Anorganische macromoleculaire verbindingen in de hoofdketen bevatten oxiden van silicium en metalen - magnesium, aluminium of calcium. Ze hebben geen laterale organische atoomgroepen. De bindingen in de hoofdketens zijn covalent en ion-covalent, wat hun hoge sterkte en hittebestendigheid bepaalt. Deze omvatten asbest, keramiek, silicaatglas, kwarts.
Carbochain en heterochain Navy
Classificatie van polymeren door de chemische samenstelling van de hoofdpolymeerketen omvat de verdeling van deze stoffen in twee grote groepen.
- Carbochain, waarbij de hoofdketen van het spiraaltje alleen uit koolstofatomen bestaat.
- Heteroketen, waarin andere atomen samen met koolstofatomen in de hoofdketen zijn gelegen, waardoor deze stof extra eigenschappen heeft.
Elk van deze grote groepen bestaat uit de volgende subgroepen die verschillen in de structuur van de keten, het aantal substituenten, hun samenstelling en het aantal zijtakken:
- verbindingen met verzadigde bindingen in ketens, bijvoorbeeld polyethyleen of polypropyleen;
- polymeren met onverzadigde bindingen in de hoofdketen, bijvoorbeeld polybutadieen;
- met halogeen gesubstitueerde macromoleculaire verbindingen - teflon;
- polymere alcoholen, waarvan een voorbeeld polyvinylalcohol is;
- Spiraaltjes op basis van derivaten van alcoholen, een voorbeeld is polyvinylacetaat;
- verbindingen afgeleid van aldehyden en ketonen, zoals polyacroleïne;
- polymeren afgeleid van carbonzuren, waarvan polyacrylzuur een vertegenwoordiger is;
- stoffen afgeleid van nitrilen (PAN);
- macromoleculaire stoffen afgeleid van aromatische koolwaterstoffen, bijvoorbeeld polystyreen.
Deling door de aard van het heteroatoom
De classificatie van polymeren kan ook afhangen van de aard van heteroatomen; het omvat verschillende groepen:
- met zuurstofatomen in de hoofdketen - eenvoudige en complexe polyesters en peroxiden;
- verbindingen met het gehalte in de hoofdketen van stikstofatomen - polyaminen en polyamiden;
- stoffen met zuurstof- en stikstofatomen in de hoofdketen, bijvoorbeeld polyurethanen;
- Spiraaltjes met zwavelatomen in de hoofdketen - polythioesters en polytetrasulfiden;
- verbindingen waarin fosforatomen aanwezig zijn in de hoofdketen.
Natuurlijke polymeren
Momenteel is de classificatie van polymeren naar oorsprong, naar chemische aard, die ze als volgt verdeelt:
- Natuurlijk worden ze ook biopolymeren genoemd.
- Kunstmatige stoffen met een hoog molecuulgewicht.
- Synthetische verbindingen.
Natural Navy is de basis van het leven op aarde. De belangrijkste hiervan zijn eiwitten - de "stenen" van levende organismen, waarvan de monomeren aminozuren zijn. Eiwitten zijn betrokken bij alle biochemische reacties van het lichaam, zonder hen kan het immuunsysteem niet werken, bloedstollingsprocessen, vorming van bot- en spierweefsel, energieconversie en nog veel meer. Zonder nucleïnezuren is de opslag en overdracht van erfelijke informatie onmogelijk.
Polysachariden zijn koolwaterstoffen met een hoog molecuulgewicht die, samen met eiwitten, een rol spelen bij het metabolisme. Door de classificatie van polymeren naar oorsprong, kunt u natuurlijke macromoleculaire stoffen in een speciale groep selecteren.
Kunstmatige en synthetische polymeren
Kunstmatige polymeren worden verkregen uit natuurlijke door verschillende methoden van chemische modificatie om ze de nodige eigenschappen te geven. Een voorbeeld is cellulose, waaruit veel kunststoffen worden verkregen. De classificatie van polymeren naar oorsprong karakteriseert ze als kunstmatige stoffen. Synthetische spiraaltjes worden chemisch verkregen met behulp van polymerisatie- of polycondensatiereacties. Hun eigenschappen, en dus de omvang, hangen af van de lengte van het macromolecuul, dat wil zeggen van het molecuulgewicht. Hoe groter het is, hoe sterker het verkregen materiaal. De classificatie van polymeren naar oorsprong is erg handig. Voorbeelden bevestigen dit.
Lineaire Macromoleculen
Elke classificatie van polymeren is tamelijk willekeurig, en elk heeft zijn eigen nadelen, omdat het niet alle kenmerken van deze groep stoffen kan vertonen. Toch helpt het om ze op een bepaalde manier te systematiseren. De classificatie van polymeren in de vorm van macromoleculen presenteert ze in de vorm van de volgende drie groepen:
- lineaire;
- vertakt;
- ruimtelijk, ook wel mesh genoemd.
Lange, gebogen of spiraalvormige kettingen van lineaire spiraaltjes geven stoffen enkele unieke eigenschappen:
- vanwege het verschijnen van intermoleculaire bindingen vormen sterke vezels;
- ze zijn in staat tot grote en lange, maar tegelijkertijd omkeerbare vervormingen;
- een belangrijke eigenschap is hun flexibiliteit;
- bij oplossen vormen deze stoffen oplossingen met hoge viscositeit.
Vertakte macromoleculen
Vertakte polymeren hebben ook een lineaire structuur, maar met veel zijtakken korter dan de hoofdtak.Tegelijkertijd veranderen hun eigenschappen ook:
- de oplosbaarheid van vertakte stoffen is respectievelijk hoger dan lineair, ze vormen oplossingen met een lagere viscositeit;
- bij een toename van de lengte van de zijkettingen worden de intermoleculaire krachten zwakker, wat leidt tot een toename van de zachtheid en elasticiteit van het materiaal;
- hoe hoger de vertakkingsgraad, des te meer fysische eigenschappen van een dergelijke stof de eigenschappen van gewone verbindingen met laag molecuulgewicht benaderen.
Driedimensionale macromoleculen
Macromoleculaire verbindingen van mazen zijn vlak (type trap en parket) en driedimensionaal. Vlak rubber omvat natuurlijk rubber en grafiet. In ruimtelijke polymeren zijn er verknopende "bruggen" tussen ketens, waardoor één groot driedimensionaal macromolecuul wordt gevormd, dat een buitengewone hardheid heeft.
Een voorbeeld is diamant of keratine. Macromoleculaire verbindingen van gaas vormen de basis van rubbers, sommige soorten kunststoffen, evenals kleefstoffen en vernissen.
Thermoplastics en thermosets
De classificatie van polymeren naar oorsprong en met betrekking tot verwarming is bedoeld om het gedrag van deze stoffen met temperatuur te karakteriseren. Afhankelijk van de processen die plaatsvinden tijdens het verwarmen, worden verschillende resultaten verkregen. Als de intermoleculaire interactie verzwakt en de kinetische energie van de moleculen toeneemt, verzacht de stof en wordt een viskeuze toestand. Wanneer de temperatuur daalt, keert hij terug naar zijn normale toestand - zijn chemische aard blijft onveranderd. Dergelijke stoffen worden thermoplastische polymeren genoemd, bijvoorbeeld polyetheen.
Een andere groep verbindingen wordt thermohardend genoemd. Het mechanisme van processen die zich daarin voordoen tijdens het verwarmen is compleet anders. In de aanwezigheid van dubbele bindingen of functionele groepen werken ze met elkaar samen, waardoor de chemische aard van de stof verandert. Het kan zijn oorspronkelijke vorm niet herstellen na afkoeling. Een voorbeeld zijn verschillende harsen.
Polymerisatie methode
Een andere classificatie van polymeren is volgens de bereidingsmethode. Er zijn dergelijke manieren om een spiraaltje te krijgen:
- Polymerisatie, die kan plaatsvinden met behulp van het ionische reactiemechanisme en vrije radicalen.
- Polycondensatie.
Polymerisatie is het proces van vorming van macromoleculen door opeenvolgende verbinding van monomeereenheden. Het zijn meestal stoffen met een laag molecuulgewicht met meerdere bindingen en cyclische groepen. Tijdens de reactie breekt een dubbele binding of binding in de cyclische groep en vormen zich nieuwe tussen deze monomeren. Als monomeren van dezelfde soort bij de reactie betrokken zijn, wordt dit homopolymerisatie genoemd. Bij gebruik van verschillende soorten monomeren treedt een copolymerisatiereactie op.
De polymerisatiereactie is een kettingreactie die spontaan kan optreden, maar actieve stoffen worden gebruikt om deze te versnellen. Met het mechanisme van vrije radicalen verloopt het proces in verschillende fasen:
- Initiatie. In dit stadium worden door licht, hitte, chemische of andere invloeden actieve groepen - radicalen - in het systeem gevormd.
- Groei kettinglengte. Deze fase wordt gekenmerkt door de toevoeging van de volgende monomeren aan radicalen om nieuwe radicalen te vormen.
- Een open keten wordt verkregen door de interactie van actieve groepen met de vorming van inactieve macromoleculen.
Het is onmogelijk om het moment van ketenbeëindiging te regelen en daarom verschillen de resulterende macromoleculen in verschillende molecuulgewichten.
Het principe van het ionische mechanisme van de polymerisatiereactie is hetzelfde als dat van het vrije radicaal. Maar hier fungeren kationen en anionen als actieve centra; daarom worden kationische en anionische polymerisatie onderscheiden. In de industrie worden de belangrijkste polymeren verkregen door radicale polymerisatie: polyethyleen, polystyreen en vele anderen. Ionenpolymerisatie wordt gebruikt bij de productie van synthetische rubbers.
polycondensatie
Het proces van vorming van een verbinding met hoog molecuulgewicht met de scheiding van enkele stoffen met laag molecuulgewicht als een bijproduct is polycondensatie, die verschilt van polymerisatie doordat de elementaire samenstelling van het resulterende macromolecuul niet overeenkomt met de samenstelling van de initiële stoffen die bij de reactie betrokken zijn. Alleen verbindingen met functionele groepen kunnen eraan deelnemen, die door interactie de molecule van een eenvoudige stof splitsen en een nieuwe binding vormen. Polycondensatie van bifunctionele verbindingen produceert lineaire polymeren. Wanneer polyfunctionele verbindingen bij de reactie betrokken zijn, worden spiraaltjes met een vertakte of zelfs ruimtelijke structuur gevormd. De stoffen met een laag molecuulgewicht die tijdens de reactie worden gevormd, interageren ook met de tussenproducten, waardoor ketenafbreking wordt veroorzaakt. Daarom is het beter om ze uit de reactiezone te verwijderen.
Bepaalde polymeren kunnen niet worden verkregen door bekende methoden van polymerisatie of polycondensatie, omdat er geen vereiste startmonomeren zijn die eraan kunnen deelnemen. In dit geval wordt de polymeersynthese uitgevoerd met de deelname van hoogmoleculaire verbindingen die functionele groepen bevatten die met elkaar kunnen reageren.
De classificatie van polymeren wordt elke dag gecompliceerder, naarmate meer en meer nieuwe soorten van deze verbazingwekkende stoffen met vooraf bepaalde eigenschappen verschijnen en een persoon niet langer aan zijn leven denkt zonder hen. Er is echter een ander probleem, niet minder belangrijk - de mogelijkheid om ze gemakkelijk en goedkoop te verwijderen. De oplossing voor dit probleem is erg belangrijk voor het bestaan van de planeet.
