§ 59. Общие понятия о синтетических высокомолекулярных соединениях

Вы уже знакомы в некоторой степени с полимерами (природными, искусственными, синтетическими). В этой главе мы приступим к систематическому изучению весьма важных полимеров и полимерных материалов на их основе — пластмасс, волокон, каучуков, с каждым годом приобретающих все большее значение во всех отраслях народного хозяйства. Вы познакомитесь со свойствами и применением синтетических полимеров, производство которых играет большую роль в ускорении научно-технического прогресса.

История полимеров очень интересна, ее можно разбить на две части. Первая часть — 1839-1900 гг., когда человечество использует полимеры природного происхождения: природный каучук, целлюлозу, крахмал, белки. К этому времени следует отнести такие важные технические достижения, как вулканизация каучука, получение эбонита, целлулоида, казеина (галалита), а также первые исследования по получению синтетических каучуков.

Вторая часть истории развития полимеров характеризуется получением синтетических полимеров. Химики, изучая природные полимеры, их строение и свойства, синтезировали им подобные соединения — получали синтетические полимеры. Делается решающий шаг в развитии химии — получают вещества с заранее заданными свойствами, более детально изучаются процессы полимеризации и поликонденсации, которые лежат в основе синтеза полимеров.

Какие вы знаете способы получения высокомолекулярных соединений?
В чем отличие реакции полимеризации от реакции поликонденсации?

Приведем несколько примеров высокомолекулярных соединений, или полимеров:

Задание. Вспомните, что такое мономер, полимер, элементарное звено, степень полимеризации. В чем отличие молекулы мономера от элементарного звена?

Огромные молекулы полимеров построены из элементарных звеньев — остатков мономеров. Число n — степень полимеризации — обозначает среднее количество элементарных звеньев. Оно колеблется от 1000 до 100 000 и более. Чем больше п, тем больше молекулярная масса полимера.

Высокомолекулярные соединения имеют молекулярную массу от нескольких тысяч до миллионов. Поэтому огромные молекулы полимеров называют макромолекулами (от греч. makros — «большой», «длинный»). В состав полимеров входят макромолекулы разной длины, имеющие разную молекулярную массу, в связи с этим следует пользоваться понятием средней молекулярной массы. Когда говорим о молекулярной массе полимера, мы всегда должны помнить, что эта величина усредненная, в отличие от низкомолекулярных веществ. Например, молекулярная масса полиэтилена 30 000 — это значит, что в нем могут быть макромолекулы с массой 28 000, 30 000, 32 000.

Физические свойства полимеров сильно зависят от степени полимеризации. Кроме того, они зависят и от того, как соединяются друг с другом молекулы мономеров. Образованные из них макромолекулы могут иметь линейную, разветвленную или пространственную структуру (рис. 93).

Элементарные звенья в макромолекулах линейных полимеров соединяются в длинные цепи. Поперечный размер цепей ничтожен по сравнению с их длиной. Цепи могут изгибаться в пространстве в различных направлениях или сворачиваться в клубок (рис. 93, а). Представьте себе мысленно длинную тонкую медную проволоку. При вращении она будет изгибаться в разные стороны. Так и линейные полимеры обладают особым свойством, которое называется гибкостью. Чем длиннее цепь полимера, тем больше проявляется это свойство. В результате гибкости макромолекулы полимеров постоянно меняют свою форму.

Линейную структуру имеют такие природные полимеры, как натуральный каучук и целлюлоза, а из синтетических полимеров — полиэтилен низкого давления, капрон и др.

Разветвленной структурой обладают крахмал, полипропилен, полиэтилен высокого давления (рис. 93, б). Гибкость разветвленных макромолекул зависит от степени разветвления. Чем больше разветвленность, тем меньше гибкость. Такие разветвленные полимеры имеют свойства такие же, как у низкомолекулярных веществ. Как вы думаете, от чего это зависит?

Схематическое изображение структуры макромолекул полимеров

Продолжение >>>