ЧАСТЬ И

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

АЛКЕНЫ

Понятие про полимеры

Реакция полимеризации

Для этиленовых углеводородов характерен еще один тип химических реакций под действием специальных катализаторов молекулы этиленовых углеводородов могут соединяться друг с другом, образуя длинный карбоновый цепь:

Реакции такого типа называют реакциями полимеризации. Продукты реакции полимеризации называют полимерами (от греческого «полімерес» - «тот, что состоит из многих частей»), в них много раз повторяется тот же фрагмент. По своей сути реакция полимеризации - это объединение огромного количества молекул ненасыщенных углеводородов друг с другом.

При записать уравнения реакции полимеризации в формуле полимера повторяющийся фрагмент молекулы, берут в квадратные скобки. Тогда уравнение полимеризации этилена можно записать так:

Обратите внимание на то, что этилен и полиэтилен имеют одинаковый качественный и количественный состав: оба состоят из Углерода и Водорода, причем в обоих веществах на один атом Углерода приходится два атома Водорода. Важное отличие между ними заключается в потому, что в молекуле этилена является двойная связь, это ненасыщенный углеводород, а в полиэтилене все связи одинарные, поэтому он проявляет свойства насыщенных углеводородов. Фактически, полиэтилен - это алкан с высокой молекулярной массой, поэтому химически он достаточно инертен. Полиэтилен не взаимодействует пи с кислотами, ни с щелочами, устойчив к действию окислителей. Именно химической стойкостью полиэтилена объясняется его широкое применение.

Основные характеристики полимеров

Полимерами называют вещества, которые состоят из большого количества повторяющихся фрагментов. Полимеры очень распространены среди органических веществ, хотя встречаются и неорганические полимеры. Поскольку полимеры состоят из большого количества фрагментов, они имеют очень высокие молекулярные массы. Поэтому другое название полимеров - высокомолекулярные соединения. Полимеры бывают природные и синтетические. К природным полимеров относят белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды. Синтетические полимеры - это продукты химической промышленности, многие из которых заметно облегчают наш быт. Пластиковые бутылки для воды, пленка, в которую заворачивают продукты, корпуса телефонов и телевизоров, шины автомобилей - все это сделано с полимеров.

Исходную вещество для реакции полимеризации называют мономером, продукт - полимером, фрагмент в молекуле полимера, что повторяется,- элементарным звеном, число п - степенью полимеризации. Степень полимеризации показывает число молекул мономера, объединившиеся в молекулу полимера. В зависимости от условий он может меняться от тысячи до Сотен тысяч.

В формулах полимеров не указано, чем заканчивается карбоновый цепь. Обычно на концах молекулы полимера находятся фрагменты молекул растворителя, например атомы Водорода или гідроксогрупи. Эти частицы почти не влияют на свойства полимера, поскольку карбоновый цепь очень длинный.

Структурная звено полиэтилена-СН₂-СН₂- состоит из двух одинаковых групп атомов-СН₂-. Почему же формулу полиэтилена не записывают в упрощенном виде [-СН₂-]? Это делать не принято, потому что формула полимера должна отображать его связь с исходным веществом - мономером, в этом случае - этиленом СН₂=СН₂.

Большинство. полимеров (кроме некоторых биополимеров) отличаются от низкомолекулярных веществ тем, что не имеют строго определенной молекулярной массы. Так, в каждом образце полиэтилена все молекулы имеют разную длину и массу, поэтому когда говорят о полимеры, используют понятие средней молекулярной массы.

Разновидности и применение полимеров

В реакцию полимеризации кроме этилена поступают и различные производные этилена с общей формулой:

где R - любая группа атомов. Уравнение полимеризации имеет вид:

Именно так добывают полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, органическое стекло и т.п., В современной промышленности изготавливается несколько разновидностей полимеров. Они могут отличаться мономером и условиями добычи. Самые распространенные полимеры приведены в таблице.

Самые распространенные полимеры

Самый распространенный из полимеров - полиэтилен. Он представляет собой прозрачное вещество, плохо проводящее тепло и электрический ток, на ощупь напоминает парафин. Он достаточно пластичен, а при нагревании выше 100 °С размягчается. Молекулярная масса колеблется от 30 тыс. до 3 млн., в зависимости от способа добывания. За высокого давления (тысячи атмосфер) образуется полимер с низкой молекулярной массой и низкой плотностью. Его используют для производства упаковочных материалов. Если процесс полимеризации проходит за низкого давления, то образуется полиэтилен с высокой молекулярной массой и высокой плотностью. Он прочнее и имеет лучшие механические свойства, чем полиэтилен с низкой молекулярной массой. Из него изготавливают трубы большого диаметра, пластиковые бутылки и канистры.

Чистые полимеры на практике обычно не используют. На их основе изготавливают разнообразные материалы, которые называют пластмассами. Для их изготовления полимеров добавляют различные вещества: стабилизаторы, пластификаторы, красители, оценщики и т.д. Из довольно небольшого числа полимеров изготавливается огромное количество различных пластмасс.

В течение последних 100 лет полимеры и материалы на их основе достаточно прочно вошли в нашу жизнь. Ими заменяют более ценные и менее доступные материалы: кожу, древесину, стекло, металлы и т.д. Некоторые из пластмасс проявляют даже более ценные свойствами, чем материалы, которые они заменяют. Во-первых, пластмассы дешевле природные материалы, во-вторых - они имеют небольшую плотность, благодаря чему изделия из них легче (сравните стеклянную или железную бутылку с пластиковой), химически инертные, водо - и газонепроницаемы, не проводят электрический ток и неядовитые. Кроме того, иногда случается, что некоторые пластмассы даже прочнее дерево или некоторые металлы. Благодаря этому пластмассы имеют широкое применение в нашей жизни. Практически нет отрасли промышленности и техники, где бы не применялись полимеры.

В большинства полимеров есть существенный недостаток - термическая неустойчивость, горючесть и хрупкость, но современная наука не стоит на месте. В последние годы изобрели много новых материалов, и возможно, что в ближайшие годы пластмассы станут единственным материалом, что человечество будет использовать, сохраняя тем самым природные материалы.