Лекция №3

Основные понятия в химии ВМС

Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это

химические вещества, которые состоят из большого

числа повторяющихся группировок (мономерных

звеньев), соединенных между собой химическими

связями и обладающие особыми свойствами. ВМС, состоящие из больших молекул цепного

строения, называют полимерами (от греч. «поли» –

много, «мерос» – часть). Молекула полимера называется

макромолекулой – это молекулы, которые состоят из

огромного числа атомов, соединенных между собой

обычными ковалентными связями (от греч. «макрос» -

большой, длинный).

Пример: пропилен СH2=CH-CH3 является мономером полипропилена:

Мономер – это низкомолекулярное соединение, из которого образуются полимеры.

Полимергомологи – это полимерные соединения одинакового химического строения, отличающиеся степенью полимеризации, т.е. длиной цепи. Полимергомологический ряд – это ряд соединений, в котором каждый элемент отличается от предыдущего на элементарное звено. У целлюлозы элемент полимергомологического ряда отличается на группу C6H10O5, у природного каучука – на группу C5H8.

Элементарное (мономерное) звено – это одинаковые, многократно повторяющие группы атомов, связанных между собой химическими связями. Пример: макромолекула полиэтилена:

…-CH2-CH2-CH2-CH2-… построена из элементарных звеньев – остатков мономеров:

-CH2-CH2- Степень полимеризации называют среднее число молекул – мономеров, входящих в макромолекулу полимера.

P=M/mгде M – масса полимера, m – молекулярная масса элементарного звена. Полимеры с высокой степенью полимеризации называются высокополимерами, а с небольшой – олигомерами. Сополимеры – полимеры, макромолекулы которых построены из разных элементарных звеньев. Гомополимеры – полимеры, которые содержат в макромолекулеодинаковые элементарные звенья.

Классификация полимеров1. По происхождению:- Природные (биополимеры – полисахариды, белки, каучук и

др.);- Искусственные – полученные из природных путем

химическихпревращений (ацетатное, вискозное волокно);- Синтетические – полученные из мономеров

(синтетические каучуки,капрон, лавсан).2. По составу:- Органические;- Элементоорганические;- Неорганические.3. По структуре макромолекулы:- Линейные;- Разветвленные;- Сетчатые.4. По химическому составу:- Гомополимеры;- Гетерополимеры.

Классификация полимеров5. По составу главной цепи:

- Гомоцепные;

- Гетероцепные.

6. По пространственному строению:

- Стереорегулярные;

- Нестереорегулярные.

7. По физическим свойствам:

- Кристаллические;

- Аморфные.

8. По способу получения:

- Полимеризационные;

- Поликонденсационные.

Задание

Напишите структурные формулы

полимеров для каждой классификации.

Строение и форма макромолекул

Геометрическая форма макромолекул – это пространственная структура макромолекул в целом.

Форма

Линейная Разветвленная Сетчатая(пространственная)

Строение макромолекул

Химическое строение – последовательность химических связей

атомов в молекуле (теория Бутлерова).

Пространственное строение – определенное расположение

атомов молекулы в пространстве(геометрия молекулы).

Электронное строение – распределение на атомах молекулы

электронной плотности, зарядов, неспаренных электронов.

Химическое строение

Регулярное строение – выражается в правильно повторяющемся расположении атомов в цепи.

Присоединение может идти по типу α, α («голова к голове») и β, β («хвост к хвосту»)

Нерегулярное строение - порядок расположения атомов в цепи нарушен.

Помимо соединения по типу «голова к хвосту» появляются соединения «голова к голове», «хвост к хвосту».

Оно определяет порядок соединения структурных звеньев в цепи.

Пространственное строение

-определенное расположение в

пространстве атомов или групп атомов,

связанных с главной цепью

макромолекулы. По-другому –

стереорегулярность полимера.

1. Пространственное строение макромолекул,

образованных виниловыми мономерами CH2=CH–

R (к виниловым мономерам относят соединения,

содержащие группу винил –CH=CH2). 

Если представить макромолекулу (–CH2–CHR–)n в

виде вытянутой цепи, то все атомы углерода, имеющие

тетраэдрическое строение (sp3-гибридизация), окажутся

в одной плоскости в виде зигзагообразного скелета С–С-

связей с углами 109o28'.

Группы (или заместители) R могут занимать по

отношению к этой плоскости различные положения в

пространстве. Рассмотрим это на примере отрезка цепи,

включающего 4 звена, соединенных по типу "голова-

хвост".

1. Заместители R расположены по одну сторону от плоскости главной цепи:

2. Заместители R находятся по разные стороны от главной цепи:

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в

основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно:

1. Находятся по одну сторону от плоскости цепи (такие

полимеры называют изотактическими)

2. Находятся строго очередно по одну и другую стороны

от этой плоскости (синдиотактические полимеры

["синдио" означает "над-под"])

3. Если боковые заместители в макромолекулах располагаются в

беспорядке относительно плоскости основной цепи, то такой полимер

является стереонерегулярным или атактическим.

2. Пространственное строение макромолекул, образованных

диеновыми мономерами. В структурном звене таких макромолекул

имеется двойная связь (например, в 1,4-полибутадиене или 1,4-

полиизопрене). В этом случае возможны цис- и транс- изомерные формы:

натуральный каучук (1,4-цис-полиизопрен)

Сополимеры – полимеры, макромолекулы которых построены изразных элементарных звеньев.

Нерегулярные сополимеры – расположение элементарных звеньев вглавной цепи без определенного порядка.

…-А-B-C-C-B-A-A-B-A-C-B-A-…

Регулярные сополимеры – расположение элементарных звеньев вглавной цепи в строгой последовательности.

…-А-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-…

«Блок» сополимеры – полимеры, построенные из элементарных звеньев только одного вида.

…-А-A-A-A-A-B-B-B-B-C-C-C-C-C-C-C-…

Физические состояния полимеров

В зависимости от строения и внешних условий полимеры могут

находится в аморфном или кристаллическом состояниях.

Аморфное состояние полимера характеризуется отсутствием

упорядоченности в расположении макромолекул.

Кристаллическое состояние возможно лишь для стереорегулярных

полимеров. Под кристалличностью полимеров понимают упорядоченное

расположение некоторых отдельных участков цепных макромолекул.

Одна и та же макромолекула может проходить через кристаллические и

аморфные участки.

Фибриллярная структура кристаллических областей характерна

для жесткоцепных, а складчатая - для гибкоцепных полимеров.

Физические состояния аморфных полимеров

Отличительные особенности ВМС

1. Особенности растворов полимеров:- Высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;- Растворение полимера происходит через стадию набухания.

2. Особые механические свойства:- Эластичность – способность к высоким деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);- Малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров;- Способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовленииволокон и пленок).

3. Особые химические свойства:- Способность резко изменять свои физико-механические свойствапод действием малых количеств реагента;- Гибкость макромолекул – это способность обратимо изменять форму.

Спасибо за внимание