Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации

Высокомолекулярные соединения – это полимеры, у которых молекулярная масса больше 10000. Полимер – это соединение, состоящее из большого числа звеньев – мономеров (низкомолекулярных веществ), которые повторяются в полимерной цепи большое количество раз . 

Число n показывает, из скольких мономеров состоит полимер, и называется степенью полимеризации. Молекулярная масса иногда достигает нескольких миллионов. 

Высокомолекулярные соединения классифицируются по характеру мономеров:

• гомополимеры – вещества, состоящие из одинаковых мономеров. Например, пропилен CH₂=CH-CH₃ – это мономер полипропилена (-CH(CH₃)-CH₂-)_n; 
• гетерополимеры – вещества, состоящие из двух разных мономеров. Например, при взаимодействии 1,3-дивинила и стирола получается стирольный каучук.

n CH₂=CH-CH=CH₂ + n C₆H₅-CH=CH₂ → (-CH₂-CH=CH-CH₂-CH(C₆H₅)-CH₂-)_n

Полимеры получают с помощью:

• реакции полимеризации;
• реакции поликонденсации. 

Реакции полимеризации

Реакции полимеризации заключаются в объединении большого количества низкомолекулярных соединений, количество которых определяется степенью полимеризации. Общее уравнение реакции:

n X → (-X-)_n

Самой распространенной реакций полимеризации является реакция получения полиэтилена:

nC₂H₄ = (CH₂ – CH₂)_n

реакции полимеризации вступают непредельные соединения. Это могут быть молекулы одного мономера, либо разных. В первой ситуации реакцию называют гомополимеризацией, во второй – сополимеризацией. 

I. Гомополимеризация

К этим реакциям относят получение полиэтилена, полипропилена поливинилхлорида и т.д. Например, получение полипропилена из пропена под действием ультрафиолетовых лучей:

n CH₂=CH-CH₃ → (CH₂-CH(CH₃)-)_n

II. Сополимеризация

К этим реакциям относят получение сополимера этилена и пропилена:

n CH₂=CH₂ + n CH₂=CH-CH₃ → [(-CH₂-CH₂-)_x – (-CH₂-CH(CH₃)-)_y]_n , где 1

Полимеры, которые получают в результате реакций полимеризации

Формула	Название
Мономеры
CH2CH-Cl	Винилхлорид
CF2=CF2	Тетрафторэтилен
CH2=C(CH3)-CH=CH2	Изопрен
CH2=CH-CH=CH2 и  CH2=CH-C6H5	Дивинил и стирол
Полимеры
(-CH2-CH(Cl)-)n	Поливинилхлорид (ПВХ)
(-CF2-CF2-)n	Тефлон
(-CH2-C(CH3)=CH-CH2-)n	Изопреновый каучук
(-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH(C6H5)-)n	Бутадиенстирольный каучук

 

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации заключаются в образовании полимера из мономеров, а также выделении побочного низкомолекулярного вещества. В этих уравнениях исходные реактивы - молекулы мономера с функциональными группами.

I. Гомополиконденсация

К данным реакциям относят получение полимера из одного мономера с выделением конденсата. Например, получение полисахарида из глюкозы – этот процесс происходит в природе.

n C₆H₁₂O₆ → (-C₆H₁₀O₅-)_n + n H₂O

 Синтетическое волокно получают в промышленности из аминоэнантовой кислоты под воздействием температуры, давления и катализатора в виде молекулярного азота.

n NH₂-(CH₂)₆-COOH → (-NH-(CH₂)₆-CO)_n + n H₂O

II. Сополиконденсация

К данным реакциям относят получение полимера из нескольких мономеров с выделением конденсата. Например, получение фенолформальдегидной смолы из фенола и формальдегида в щелочной или подкисленной среде.

n C₆H₅-OH + n H-CHO → (-C₆H₄(OH)-CH₂-)_n + n H₂O 

С помощью реакций сополиконденсации в промышленности получают полиэфиры, полиамины, полиакрил и т.д. 

Характеристика полимеров

Полимеры – это соединения, которые имеют особые свойства и множество классификаций. 

По способу получения высокомолекулярные вещества делятся на:

1. природные (целлюлоза, крахмал, белки);
2. искусственные (эфиры целлюлозы);
3. синтетические (капрон, полиэтилен, тефлон).

Также по форме макромолекул:

1. линейные (волокна, полиэтилен низкого давления);
2. разветвленные (крахмал, полиэтилен высокого давления);
3. пространственные (резина, кварц).

А еще по свойствам и применению:

1. пластмассы;
2. каучуки;
3. волокна.

Все полимеры активно используются в отраслях жизнедеятельности человека.

Пластмассы

Пластик (пластические массы) – полезные материалы, которые способны под воздействием температур или давления плавиться и при застывании оставлять заданную форму. Этот процесс сопровождается переходом из вязкотекучего в стеклообразное состояние. Главный компонент пластмассы – полимер, а остальные части – это наполнители, пластификаторы, красители и т.д. 

Каучуки

Эластомеры – это высокомолекулярные соединения, которые обладают высокоэластичными свойствами. Каучуки используют для изготовления автомобильных шин, промышленных товаров и медицинских препаратов. Натуральный каучук получают из латекса (млечный сок каучуконосных растений). Получают по методу С.В. Лебедева с помощью полимеризации дивинила при действии металлического натрия.

n CH₂=CH-CH=CH₂ → (-CH₂-CH(CH=CH₂)-…-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n

Волокна

Волокна – это высокомолекулярные соединения, для которых характерна строгая упорядоченность молекул и используется в изготовлении нитей. Существует три типа волокон, которые разделяются еще на несколько подтипов.

1. Натуральные.
   • Искусственного происхождения.
   • Животного происхождения.
   • Минерального происхождения.


2. Искусственные.
   • Ацетатное волокно.
   • Вискозное волокно.


3. Синтетические.
   • Полиамидное волокно.
   • Полиэфирное волокно.

Полимеры – это соединения, с помощью которых человечество способно изготавливать высокопрочные материалы и довольствоваться благами технологий. 

---

 

Смотри также:

• Понятие о металлургии: общие способы получения металлов
• Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия
• Природные источники углеводородов, их переработка
• Применение изученных неорганических и органических веществ