Таблиця 14. Характеристики полімерів різної будови

Властивості

Будова макромолекул

лінійна розгалужена сітчаста

• Еластичні;

• гнучкі;

• під час ви- чавлювання можуть утворю- вати волокна чи плівки;

• термопластичні;

• розчинні^*

• Нееластичні;

• гнучкі: чим більший ступінь розгалуженос- ті, тим менша гнучкість;

• термопластичні;

• розчиняються погано^*

• Пружні, легше руйнуються;

• не плавляться;

• термореактивні;

• не розчиняють- ся^*;

• у розчинниках набухають^* Приклади

синтетичних речовин

Поліетилен низь- кого тиску, нату- ральний каучук тощо

Поліпропілен, поліетилен висо- кого тиску

Вулканізований каучук, феноло- формальдегідні смоли, гума Приклади

біополімерів

Амілоза, целюло- за, білки, нуклеї- нові кислоти

Амілопектин,

глікоген Вовна

Мал. 32.3. Лінійні макромолекули утво- рюють різні просторові форми

Мал. 32.4. За умови дії навантаження на еластичні полімери їхні макромолекули розпрямляються (а) та оборотно скручу-

ються після його знімання (б)

а б

ТЕМА 5. СИНТЕТИЧНІ ВИСОКО МОЛЕКУ ЛЯРНІ РЕЧОВИНИ І ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ НА ЇХ ОСНОВІ

Розгалужена будова. У макромолекулах розгалуженої форми у деяких місцях трапляються розгалуження ланцюгів за рахунок сполучення однієї ланки з кількома іншими (мал. 32.5, а).

Сітчаста (просторова, або тривимірна) будова. Усі структурні ланки об’єднуються у велику просторову міцну сітку (мал. 32.5, б).

Будова таких полімерів певною мірою нагадує будову речовин з атом- ними кристалічними ґратками.

Реакції полімеризації та поліконденсації

Полімери утворюються в реакціях полімеризації або полікон- денсації.

Полімеризація — процес синтезу високомолекулярної сполуки шляхом багаторазового приєднання молекул низькомолекулярної речовини до активного центру.

Реакція полімеризації більш характерна для ненасичених сполук переважно з подвійним зв’язком. У загальному вигляді формулу таких сполук можна записати:

Групою R у цих молекулах можуть бути будь-які вуглеводневі залишки, атоми чи групи атомів, зокрема характеристичні гру- пи. Ці речовини, з яких утворюються полімери, називають моно - мерами.

Мономер — низькомолекулярна речовина, з якої шляхом полімеризації або поліконденсації утворюється полімер.

Мал. 32.5. Макромолекули полімерів розгалуженої (а) та сітчастої (б) будови

а б

Під час реакції полімеризації утворюються дуже великі молеку- ли полімерів. У загальному вигляді рівняння реакції полімеризації записують так:

Назви полімерів, що утворюються, походять від назв мономерів із додаванням префікса полі-. Наприклад, з етилену (етену) під час полімеризації утворюється поліетилен, з пропілену (пропену) — по- ліпропілен тощо.

Революція в синтезі полімерів відбулася після відкриття К. Ци- глером та Дж. Наттою каталізаторів для реакції полімеризації на основі сполук Титану та Алюмінію, за що 1963 року вони були на- городжені Нобелівською премією.

Подібно до полімеризації відбувається процес поліконденсації, але є одна відмінність: під час поліконденсації окрім полімеру утво- рюється ще певна низькомолекулярна

речовина (вода, амоніак, спирт тощо):

Поліконденсація — процес синтезу полімерів із поліфункціональних спо- лук, що супроводжується утворен- ням побічних низькомолекулярних речовин.

Мономерами для поліконденсації мо- жуть бути речовини, молекули яких міс- тять не менше двох характеристичних груп. Це може бути одна сполука з дво- ма характеристичними групами різної природи (амінокислоти, альдегідоспирти тощо). Наприклад, з амінокислот утво- рюються поліаміди (поліпептиди):

nNH₂–R–COOH →

→ H–[NH–R–CO–]_n–OH + (n – 1)H₂O Зокрема, саме за цією схемою із 6-амі- ногексанової кислоти синтезують капрон, а з протеїногенних амінокислот у рибосо-

Карл Вальдемар Циглер (1898–1973)

Досліджували методи добу- Джуліо Натта (1903–1979)

ТЕМА 5. СИНТЕТИЧНІ ВИСОКО МОЛЕКУ ЛЯРНІ РЕЧОВИНИ І ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ НА ЇХ ОСНОВІ У реакції поліконденсації можуть брати участь також дві речо- вини, кожна з яких містить характеристичні групи, що взаємодіють одна з одною. Наприклад, з двохатомних спиртів та двохосновних карбонових кислот синтезують поліестери:

nHO–R–OH + nHOOC–R’–COOH →

→ H–[O–R–O–CO–R’–CO]_n–OH + (n – 1)H₂O

Сьогодні за реакціями полімеризації та поліконденсації на хі- мічних підприємствах синтезують багато полімерів, з яких, у свою чергу, виготовляють різноманітні полімерні матеріали для потреб сус пільства.

В Україні станом на 2018 рік єдиним підприємством, що синтезує поліетилен та полівінілхлорид, є ТОВ «Карпатнафтохім» (м. Калуш, Івано-Франківська обл.), інші полімери імпортуються.

Ключова ідея

Полімери — речовини, що є прикладом для підтвердження закону діалек- тики про перехід кількісних змін у якісні.

Лінгвістичні завдання

Грецькою poly означає «багато», monos — «один», macros — «довгий» або «великий», meros — «частина». Поясніть значення термінів «полімер», «мономер», «макромо- лекула».

Контрольні запитання

500. Дайте визначення поняттям «полімер», «високомолекулярна сполука»,

«мономер», «елементарна ланка», «ступінь полімеризації», «макромо- лекула».

501. Що називають термопластичністю? Які полімери називають термо- пластичними, а які — термореактивними? Чим вони відрізняються?

Наведіть приклади.

502. Схарактеризуйте відмінності механічних властивостей та здатності розчинятися для високо- та низькомолекулярних речовин.

503. Схарактеризуйте різну будову макромолекул. Як будова макромоле- кул позначається на властивостях полімерів?

504. Чим відрізняються реакції полімеризації та поліконденсації? Які полі- мери добувають за першою реакцією, а які — за другою?

Завдання для засвоєння матеріалу

505. Поясніть, що спільного та відмінного у поняттях «мономер» та «еле- ментарна ланка».

506. Поясніть, як пов’язана будова макромолекул полімерів з їхніми власти- востями. Проілюструйте прикладами.

507. Утворення крохмалю у рослинах з глюкози є реакцією полімеризації чи поліконденсації?

Комплексні завдання

508. Формулу поліпропілену можна записати так: H–[CH₂–CH(CH₃)]_n–H. Ви- значте молярну масу поліпропілену, якщо кожна молекула містить по 150 структурних ланок.

509. Формулу полістиролу можна записати так: H–[CH₂–CH(C₆H₅)]_n–H. Ви- значте число структурних ланок у його молекулах n, якщо його мо- лярна маса дорівнює 12 482 г/моль.

510. Формулу капрону, що є продуктом поліконденсації певної амінокис- лоти, можна записати так: H–[NH–(CH₂)_х–CO]_n–OH. Визначте число ато- мів Карбону в одній молекулі цієї амінокислоти, якщо молярна маса капрону дорівнює 6368 г/моль, а кожна його молекула містить по 50 структурних ланок.

Завдання з розвитку критичного мислення

511. Як ви вважаєте, в яких випадках ми спостерігаємо еластичність білків як полімерів лінійної форми? Відповідь проілюструйте прикладами.

512. Що є спільного та відмінного в будові сітчастих полімерів і речовин з атомними кристалічними ґратками?

513. Як ви вважаєте, чому розчинні полімери не утворюють істинних роз- чинів?

514. Поясніть справедливість ключової ідеї параграфа.

§ 33. Полімерні матеріали. Пластмаси Поняття про пластмаси

Пластмасами, або пластиками, називають матеріали на основі полімерів. Окрім полімерів вони містять тонкоподрібнені або корот- коволокнисті наповнювачі, пігменти та інші сипкі компоненти. Різні наповнювачі надають пластмасам певних унікальних властивостей.

На основі одного полімеру виготовляють багато різноманітних пласт- мас, що мають різні властивості залежно від числа та масової частки