Краткий конспект подготовки к ЗНО по химии №40 Синтетические высокомолекулярные соединения и полимерные материалы на их основе

Полимер – высокомолекулярное вещество, молекулы которого состоят из повторяющихся или сходных фрагментов, соединенных между собой химическими связями .
Структурное звено – группы атомов, многократно повторяющиеся в молекуле полимера .
Степень полимеризации – число структурных звеньев  в молекуле полимера
Не все молекулы полимера имеют одинаковую длину и одинаковую массу, поэтому обычно говорят о среднем значении  и средней молярной массе полимера. Для разных полимеров степень полимеризации варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч, а молярная масса – от нескольких тысяч до миллионов г/моль.

Полимеризация

Полимеризация – последовательное присоединение молекул непредельных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта.
Мономер – низкомолекулярное соединение, из которого получается цепь.

На концах молекулы полимера расположены какие-то другие группы, зависящие от того, с помощью каких катализаторов получен полимер. Масса концевых групп относительно массы всей молекулы полимера ничтожна, эти группы практически не влияют на свойства вещества, и в формуле полимера их не указывают.
При полимеризации молекулы могут соединяться между собой регулярно: «голова к хвосту» и «голова к голове», или нерегулярно, случайным образом.

Полиэтилен и полипропилен

ПЭ и ПП легко плавятся, обладают химическими свойствами алканов. Они ни в чем не растворяются, поэтому их нельзя склеить никаким клеем. Чтобы соединить куски этих материалов, их сплавляют.

ПЭ и ПП используют как упаковочные материалы, из них готовят трубы, детали машин, изоляцию и т. д.

ПЭ и ПП образуются из этилена и пропена при высоком давлении или при помощи катализаторов Циглера-Натта. ПЭ и ПП низкого давления, полученные с использованием катализаторов, имеют упорядоченную структуру. Их молекулы не содержат боковых ответвлений, а у ПП к тому же они регулярны. Кроме того, у них значительно выше средняя степень полимеризации.

Тефлон

Тефлон (политетрафторэтилен) – инертный и термостойкий полимер.

Из него делают детали приборов для химической промышленности, протезы для хирургии. В домашнем хозяйстве популярна посуда с тефлоновым покрытием.

Полиакрилонитрил

ПАН используется для изготовления искусственных волокон (в том числе искусственного меха), акриловых красок, накладных ногтей, пластиковой сантехники и т.п.

Поливинилхлорид

ПВХ используют для производства разнообразных емкостей, водопроводных труб, линолеума, «виниловых» моющихся обоев и т. д.

При горении ПВХ и ПАН образуются такие ядовитые газы, как хлороводород , фосген , циановодород  и дициан .

Полистирол

Нерегулярным макромолекулам ПС, содержащим объемные заместители, трудно упаковаться в упорядоченные кристаллические структуры, поэтому ПС хрупок, легко плавится, растворим во многих органических растворителях.
Из ПС делают коробочки для компакт-дисков, корпуса для шариковых ручек, детские игрушки, бытовую одноразовую посуду и т.д.

Влияние полимеров на экологию

В природе обычная бумага разлагается за 3-4 месяца, а изделия из полимеров могут сохраняться годами и даже десятилетиями. Одним из направлений в химии полимеров, является создание полимеров, способных разлагаться в природе или биоразлагаемых полимеров. Ведутся работы на разработку методов вторичного использования традиционных полимеров. Но для этого нужно научиться их правильно собирать. Несмотря на все усилия, в природе еще много изделий из полимеров, которые её загрязняют.

Природные полиизопрены

В натуральном каучуке содержится углеводород цис-полиизопрен . Он является стереорегулярным полимером. Молекула может содержать 20-40 тыс. элементарных звеньев.

Натуральный каучук нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. Молекулы каучука закручены в клубки. При нагрузках они вытягиваются, при снятии нагрузки сворачиваются обратно. Т.е. каучук может подвергаться обратимой деформации (обладает эластичностью).
При нагревании каучук из эластичного состояния переходит в вязко текучее. Силы взаимодействия между молекулами ослабевают, полимер не сохраняет свою форму. Он напоминает очень вязкую жидкость. При охлаждении каучук из эластичного переходит в стеклообразное состояние, становится похож на твердое тело. Такой полимер, если приложить нагрузку, сразу порвется. Полимеры в стеклообразном состоянии могут быть хрупкими, их можно сломать или даже разбить. Поэтому каучук можно использовать лишь в узком температурном интервале.
Природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, транс-1,4-полиизопрен. Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки, они вытянуты даже в отсутствие нагрузок. Поэтому гуттаперча обладает намного меньшей эластичностью.

Вулканизация каучука

Каучук нагревают с серой. При этом макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками. Из отдельных макромолекул каучука образуется единая трехмерная пространственная сетка.

Изделие из полученного материала – резины – прочнее, чем из каучука, и оно сохраняет свою эластичность в широком интервале температур.

Синтетический каучук

Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука считается русский ученый С.В.Лебедев. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910 г., промышленное производство началось в 1932 г.
→