Слайд 3
Студент должен:
знать
Основные определения и классификацию полимеров.
Методы получения полимеров.
Основные положения теории строения
и свойства полимеров.
Уметь
Классифицировать, составлять общую формулу и название полимеров на основе строения органических и неорганических миономеров.
Составлять уравнение реакций получения полимеров.
Составлять структурные формулы полимеров и описывать их свойства.
Слайд 4
Полимеры -(от греч "poly" - много, "
meres" - часть) – химические соединения с высокой молекулярной
массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).
Слайд 5
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2
...-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-...
или (-CH2-CH2-)n
Слайд 6
Низкомолекулярные соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.
Например,
пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена:
а такие соединения, как α-аминокислоты,
служат мономерами при синтезе природных полимеров – белков (полипептидов):
Слайд 7
По происхождению
Природные, или биополимеры (нуклеиновые кислоты, белки)
Синтетические полимеры
(полиэтилен, полипропилен)
Слайд 8
По химическому строению:
Структурные звeнья несимметричного строения, например,
могут соединяться
между собой двумя способами:
Полимеры, макромолекулы которых построены одним из
этих способов, называют регулярными.
Полимеры нерегулярного строения образованы произвольным сочетанием обоих способов соединения звeньев.
Слайд 9
По пространственному строению макромолекулы:
Стереорегулярные
Атактические
Слайд 10
Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной
цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно:
или все они находятся по
одну сторону от плоскости цепи
или строго очередно по одну и другую стороны от этой плоскости (синдиотактические полимеры)
Слайд 11
Если боковые заместители в макромолекулах располагаются в беспорядке
относительно плоскости основной цепи, то такой полимер является стереонерегулярным
или атактическим.
Слайд 12
По химическому составу макромолекулы:
Гомополимеры (полимер образован из
одного мономера, например полиэтилен);
Сополимеры (полимер образован по меньшей мере
из двух разл. мономеров, например бутадиен-стирольный
Слайд 13
Особые механические свойства:
Эластичность - способность к высоким
обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
Малая хрупкость стеклообразных
и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
Способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и пленок).
Слайд 14
Особенности растворов полимеров:
высокая вязкость раствора при малой
концентрации полимера;
растворение полимера происходит через стадию набухания.
Особые химические свойства:
способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т.п.).
Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством - гибкостью.
Слайд 15
Гибкость макромолекул — это их способность обратимо
(без разрыва
химических связей) изменять свою форму.
Особенности
полимеров, обусловленные гибкостью макромолекул, проявляются при деформировании полимеров.
В отсутствие внешних воздействий равновесным состоянием гибкой макромолекулы является форма рыхлого клубка (максимум энтропии).
При деформации полимера макромолекулы распрямляются, а после снятия деформирующей нагрузки, стремясь к равновесному состоянию, они снова сворачиваются за счет поворотов вокруг σ- связей в результате теплового движения. Это является причиной высоких обратимых деформаций (эластичности) полимеров.
Слайд 16
По степени гибкости полимеры подразделяют на гибкоцепные
(с большей свободой внутримолекулярного вращения) и жесткоцепные. Это определяет
область применения полимеров.
Гибкоцепные полимеры используют как каучуки (резиновые изделия), жесткоцепные – в производстве пластмасс, волокон, пленок.
Гибкость макромолекул уменьшается под влиянием внутри- и межмолекулярных взаимодействий, которые препятствуют вращению по σ-связям. Например:
При кристаллизации полимера усиливаются межмолекулярные взаимодействия и его гибкость (эластичность) уменьшается. По этой причине легко кристаллизующийся полиэтилен не проявляет свойств каучука.
Слайд 17
Синтез полимеров из мономеров основан на реакциях двух
типов:. полимеризации и поликонденсации
Кроме того, следует отметить, что некоторые
полимеры получают не из мономеров, а из других полимеров, используя химические превращения макромолекул (например, при действии азотной кислоты на природный полимер целлюлозу получают новый полимер - нитрат целлюлозы).
Слайд 18
Полимеризация - реакция образования высокомолекулярных соединений путем
последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи.
Пoлимеризация является
цепным процессом и протекает в несколько стадий:
инициирование
рост цепи
обрыв цепи
Слайд 19
Характерные признаки полимеризации:
1. В основе полимеризации лежит
реакция присоединения
2. Полимеризация является цепным процессом, т.к. включает стадии
инициирования, роста и обрыва цепи.
3. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.
Слайд 20
Схематически реакцию полимеризации часто изображают как простое соединение
молекул мономера в макромолекулу.
Например, полимеризация этилена записывается следующим образом:
n CH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n
или СH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... →
® -CH2–CH2- + -CH2–CH2- + -CH2–CH2- + ... →
(–СН2–СH2–)n
Слайд 21
Однако самопроизвольно кратные связи в мономере не раскрываются
и частицы типа
-СH2–CH2-
на самом деле не существуют.
Чтобы
началась цепная реакция полимеризации, необходимо "сделать" незначительную часть молекул мономера активными, то есть превратить их в свободные радикалы (радикальная полимеризация) или в ионы (катионная полимеризация или анионная полимеризация).
Слайд 22
Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации
двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.
Пример. Схема сополимеризации
этилена с пропиленом:
Химическое строение сополимеров зависит от свойств мономеров и условий реакции.
Слайд 24
Пoликонденсация - процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по
механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов.
Например, получение капрона из ε-аминокапроновой кислоты:
n H2N-(CH2)5-COOH H-[-NH-(CH2)5-CO-]n-OH + (n-1) H2O ;
или лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля:
n HOOC-C6H4-COOH + n HO-CH2CH2-OH→
HO-(-CO-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-)n-H + (n-1) H2O
Слайд 25
1. В основе поликонденсации лежит реакция замещения. Например,
при поликонденсации двухосновной кислоты и двухатомного спирта группа -ОН
в кислоте замещается на остаток спирта -О-R-OH:
НOOC-R-CO-OH + H-O-R-OH HOOC-R-CO-O-R-OH + H2O
Образовавшийся димер является одновременно и кислотой (-COOH) и спиртом (-OH). Поэтому он может вступать в новую реакцию как с мономерами, так и с другими димерами, тримерами или n-мерами.
Слайд 26
2. Поликонденсация – процесс ступенчатый, т.к. образование макромолекул
происходит в результате ряда реакций последовательного взаимодействия мономеров, димеров
или n-меров как между собой, так и друг с другом.
3. Элементные составы исходных мономеров и полимера отличаются на группу атомов, выделившихся в виде низкомолекулярного продукта (в данном примере – H2O).
Слайд 27
Существуют два основных способа названий полимеров.
1. Название
полимера строится по названию исходного мономера с добавлением приставки
"поли" (полиэтилен, полистирол и т.п.). Этот способ используется обычно для полимеров, полученных путем полимеризации.
2. Полимеру дается тривиальное название (лавсан, нитрон, найлон и т.п.), которое не отражает строения макромолекул, но удобно своей краткостью. Данный способ применяют создатели полимерных материалов (фирмы, научные и производственные коллективы).
Так, название ЛАВСАН присвоено полимеру
[–O–CH2–CH2–O–CO–C6H4–CO–]n
полиэтиленгликольтерефталат
как сокращенное название ЛАборатории Высокомолекулярных Соединений Академии Наук.
