Man kan knappast föreställa sig dagens liv utan polymerer - komplexa syntetiska ämnen som används allmänt inom olika områden för mänsklig aktivitet. Polymerer är högmolekylära föreningar av naturligt eller syntetiskt ursprung, bestående av monomerer förbundna med kemiska bindningar. En monomer är en upprepande kedjelänk som innehåller modermolekylen.
Organiska makromolekylära föreningar
På grund av dess unika egenskaper, ersätter högmolekylära föreningar framgångsrikt sådana naturliga material som trä, metall, sten i olika livssfärer och erövrar nya användningsområden. För att systematisera en så omfattande grupp ämnen antas klassificeringen av polymerer enligt olika kriterier. Dessa inkluderar sammansättning, produktionsmetod, rumslig konfiguration och så vidare.
Klassificeringen av polymerer efter kemisk sammansättning delar dem i tre grupper:
- Organiska makromolekylära ämnen.
- Organoelement föreningar.
- Oorganiska makromolekylära föreningar.
Den största gruppen representeras av organiska IUD: er, hartser, gummi, vegetabiliska oljor, det vill säga produkter av djur och växter. Makromolekylerna av dessa ämnen i huvudkedjan tillsammans med kolatomer har atomer av syre, kväve och andra element.
Deras egenskaper:
- ha förmågan att vända deformation, det vill säga elasticitet vid låg belastning;
- vid en liten koncentration kan bilda viskösa lösningar;
- ändra de fysiska och mekaniska egenskaperna under påverkan av en minsta mängd reagens;
- med mekanisk verkan är riktningens orientering av deras makromolekyler möjlig.
Organoelement föreningar
Organoelement IUD, vars makromolekyler innehåller förutom atomer av oorganiska element - kisel, titan, aluminium - och organiska kolväteradikaler, skapas artificiellt och i naturen är de inte. Klassificeringen av polymerer delar dem i sin tur i tre grupper.
- Den första gruppen är ämnen där huvudkedjan består av atomer av vissa element omgivna av organiska radikaler.
- Den andra gruppen inkluderar ämnen med en huvudkedja som innehåller växlande kolatomer och element som svavel, kväve m.fl.
- Den tredje gruppen inkluderar ämnen med organiska ryggraden omgiven av olika organoelementgrupper.
Ett exempel är organiska kiselföreningar, särskilt silikon, som har hög slitstyrka.
Oorganiska makromolekylära föreningar i huvudkedjan innehåller oxider av kisel och metaller - magnesium, aluminium eller kalcium. De har inga laterala organiska atomgrupper. Bindningarna i huvudkedjorna är kovalenta och jon-kovalenta, vilket bestämmer deras höga hållfasthet och värmebeständighet. Dessa inkluderar asbest, keramik, silikatglas, kvarts.
Carbochain och heterochain Navy
Klassificering av polymerer enligt den kemiska sammansättningen av huvudpolymerkedjan involverar uppdelningen av dessa ämnen i två stora grupper.
- Carbochain, där huvudkedjan i IUD-makromolekylen endast består av kolatomer.
- Hetero-kedja, där andra atomer finns i huvudkedjan tillsammans med kolatomer, vilket ger detta ämne ytterligare egenskaper.
Var och en av dessa stora grupper består av följande undergrupper som skiljer sig i kedjans struktur, antalet substituenter, deras sammansättning och antalet sidogrenar:
- föreningar med mättade bindningar i kedjor, till exempel polyeten eller polypropen;
- polymerer med omättade bindningar i huvudkedjan, till exempel polybutadien;
- halogensubstituerade makromolekylära föreningar - teflon;
- polymera alkoholer, av vilka ett exempel är polyvinylalkohol;
- IUD baserat på derivat av alkoholer, ett exempel är polyvinylacetat;
- föreningar härledda från aldehyder och ketoner, såsom polyakrolein;
- polymerer härledda från karboxylsyror, av vilka polyakrylsyra är en representativ;
- ämnen härrörande från nitriler (PAN);
- makromolekylära ämnen härrörande från aromatiska kolväten, till exempel polystyren.
Uppdelning efter heteroatomens natur
Klassificeringen av polymerer kan också bero på arten av heteroatomer; den innefattar flera grupper:
- med syreatomer i huvudkedjan - enkla och komplexa polyestrar och peroxider;
- föreningar med innehållet i huvudkedjan av kväveatomer - polyaminer och polyamider;
- ämnen med syre- och kväveatomer i huvudkedjan, till exempel polyuretaner;
- IUD med svavelatomer i huvudkedjan - polytioestrar och polytetrasulfider;
- föreningar i vilka fosforatomer finns i huvudkedjan.
Naturliga polymerer
För närvarande klassificering av polymerer efter ursprung, efter kemisk natur, som delar dem enligt följande:
- Naturligt, de kallas också biopolymerer.
- Konstgjorda ämnen med hög molekylvikt.
- Syntetiska föreningar.
Natural Navy är grunden för livet på jorden. De viktigaste av dessa är proteiner - "tegelstenar" i levande organismer, vars monomerer är aminosyror. Proteiner är involverade i alla biokemiska reaktioner i kroppen, utan dem kan inte immunsystemet fungera, blodkoagulationsprocesser, bildning av ben- och muskelvävnad, energiomvandlingsarbete och mycket mer. Utan nukleinsyror är lagring och överföring av ärftlig information omöjlig.
Polysackarider är kolväten med hög molekylvikt som tillsammans med proteiner är involverade i ämnesomsättningen. Klassificering av polymerer efter ursprung låter dig välja naturliga makromolekylära ämnen i en speciell grupp.
Konstgjorda och syntetiska polymerer
Konstgjorda polymerer erhålls från naturliga medelst olika metoder för kemisk modifiering för att ge dem de nödvändiga egenskaperna. Ett exempel är cellulosa, från vilken många plast erhålls. Klassificeringen av polymerer efter ursprung karakteriserar dem som konstgjorda ämnen. Syntetiska IUD erhålls kemiskt med användning av polymerisations- eller polykondensationsreaktioner. Deras egenskaper, och därför omfattningen, beror på längden på makromolekylen, det vill säga på molekylvikten. Ju större den är, desto starkare erhålls materialet. Klassificeringen av polymerer efter ursprung är mycket bekväm. Exempel bekräftar detta.
Linjära makromolekyler
Varje klassificering av polymerer är ganska godtycklig och var och en har sina egna nackdelar, eftersom den inte kan visa alla egenskaper hos denna grupp av ämnen. Ändå hjälper det att systematisera dem på något sätt. Klassificeringen av polymerer i form av makromolekyler presenterar dem i form av följande tre grupper:
- linjär;
- grenad;
- rumsliga, som också kallas mesh.
Långa, böjda eller spiralformade kedjor med linjära IUD: er ger ämnen några unika egenskaper:
- på grund av uppkomsten av intermolekylära bindningar bildar starka fibrer;
- de kan stora och långa, men samtidigt reversibla deformationer;
- en viktig egenskap är deras flexibilitet;
- vid upplösning bildar dessa ämnen lösningar med hög viskositet.
Grenade makromolekyler
Grenade polymerer har också en linjär struktur, men med många sidogrenar kortare än den huvudsakliga.Samtidigt förändras dess egenskaper:
- lösligheten hos grenade ämnen är högre än linjär, de bildar lösningar med lägre viskositet;
- med en ökning av sidokedjornas längd blir de intermolekylära krafterna svagare, vilket leder till en ökning av materialets mjukhet och elasticitet;
- ju högre grad av förgrening, desto mer fysiska egenskaper hos en sådan substans närmar sig egenskaperna hos vanliga föreningar med låg molekylvikt.
Tredimensionella makromolekyler
Makromolekylära föreningar i nät är platta (trappsteg och parkett) och tredimensionella. Plattgummi inkluderar naturgummi och grafit. I rymdpolymerer finns det tvärbindande ”broar” mellan kedjor och bildar en stor tredimensionell makromolekyl, som har en extraordinär hårdhet.
Ett exempel är diamant eller keratin. Makromolekylära nätföreningar är basen för gummi, vissa typer av plast samt lim och lack.
Termoplast och termohöljen
Klassificeringen av polymerer efter ursprung och med avseende på uppvärmning är avsedd att karakterisera dessa ämnars beteende med temperatur. Beroende på de processer som sker under uppvärmningen erhålls olika resultat. Om den intermolekylära interaktionen försvagas och molekylernas kinetiska energi ökar, mjukas ämnet och blir ett visköst tillstånd. När temperaturen sjunker återgår den till sitt normala tillstånd - dess kemiska natur förblir oförändrad. Sådana ämnen kallas termoplastiska polymerer, till exempel polyeten.
En annan grupp av föreningar kallas termohärdning. Mekanismen för processer som förekommer i dem under uppvärmningen är helt annorlunda. I närvaro av dubbelbindningar eller funktionella grupper interagerar de med varandra och ändrar ämnets kemiska natur. Den kan inte återställa sin ursprungliga form efter kylning. Ett exempel är olika hartser.
Polymerisationsmetod
En annan klassificering av polymerer är enligt beredningsmetoden. Det finns sådana sätt att få en IUD:
- Polymerisation, som kan ske med hjälp av den joniska reaktionsmekanismen och den fria radikalen.
- Polykondensation.
Polymerisation är processen för bildning av makromolekyler genom sekventiell anslutning av monomerenheter. De är vanligtvis substanser med låg molekylvikt med flera bindningar och cykliska grupper. Under reaktionen bryts en dubbelbindning eller bindning i den cykliska gruppen och nya bildas mellan dessa monomerer. Om monomerer av samma art är involverade i reaktionen kallas det homopolymerisation. Vid användning av olika typer av monomerer inträffar en sampolymerisationsreaktion.
Polymerisationsreaktionen är en kedjereaktion som kan inträffa spontant, men aktiva substanser används för att påskynda den. Med den fria radikala mekanismen fortsätter processen i flera steg:
- Inledande. I detta skede bildas aktiva grupper - radikaler - genom ljus, värme, kemisk eller någon annan typ av inflytande i systemet.
- Tillväxt av kedjelängd. Detta steg kännetecknas av tillsats av följande monomerer till radikaler för att bilda nya radikaler.
- En öppen kedja erhålls genom interaktion mellan aktiva grupper och bildandet av inaktiva makromolekyler.
Det är omöjligt att kontrollera ögonblicket för kedjeavslutning, och därför blir de resulterande makromolekylerna olika i olika molekylvikter.
Principen för den joniska mekanismen för polymerisationsreaktionen är densamma som för den fria radikalen. Men här fungerar katjoner och anjoner som aktiva centra, därför skiljs katjonisk och anjonisk polymerisation. Inom industrin erhålls de viktigaste polymererna genom radikalpolymerisation: polyeten, polystyren och många andra. Jonpolymerisation används vid framställning av syntetiska gummin.
polykondensation
Processen för bildning av en förening med hög molekylvikt med separering av vissa substanser med låg molekylvikt som en biprodukt är polykondensation, som skiljer sig från polymerisation genom att elementkompositionen i den resulterande makromolekylen inte motsvarar sammansättningen av de initiala substanserna som är involverade i reaktionen. Endast föreningar med funktionella grupper kan delta i dem, som, i samverkan, delar upp molekylen i en enkel substans och bildar en ny bindning. Polykondensation av bifunktionella föreningar ger linjära polymerer. När polyfunktionella föreningar är involverade i reaktionen, bildas IUD med en grenad eller till och med rumslig struktur. Substanserna med låg molekylvikt som bildas under reaktionen interagerar också med mellanprodukterna, vilket orsakar kedjeterminering. Därför är det bättre att ta bort dem från reaktionszonen.
Vissa polymerer kan inte erhållas med kända metoder för polymerisation eller polykondensation, eftersom det inte finns några erforderliga startmonomerer som kan delta i dem. I detta fall utförs polymersyntesen med deltagande av föreningar med hög molekylvikt innehållande funktionella grupper som kan reagera med varandra.
Klassificeringen av polymerer blir mer komplicerad varje dag, eftersom fler och fler nya typer av dessa fantastiska ämnen med förutbestämda egenskaper dyker upp, och en person föreställer sig inte längre sitt liv utan dem. Emellertid uppstår ett annat problem, inte mindre viktigt - möjligheten till enkel och billig bortskaffning. Lösningen på detta problem är mycket viktig för planeten.
