Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

Полимеры – это вещества с высокой молекулярной составляющей. Одна большая молекула полимера содержит в каждом отдельном варианте:

  • цепочку из одинаковых небольших мономеров, скрепленных в одну линию;

  • несколько соединений мономеров, регулярно повторяющихся в одной цепочке.

В зависимости от того, как соединены мономеры в каждой данной макромолекуле, проявляются свойства полимера.

Что такое полимеры

Синтетические полимеры – это производные нефти. Большую часть из них получают за счет двух основных реакций – полимеризации и поликонденсации.

Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

В реакцию полимеризации вступают вещества, которые имеют кратные связи мономеров. В итоге получают один продукт.

В реакцию поликонденсации вступают вещества, которые имеют в цепочке функциональные группы мономеров. При этом на выходе получают высокомолекулярный полимер и низкомолекулярное вещество (вода).

Полимеры являются не только искусственно созданными человеком веществами, но и природным строительным материалом для всего живого. 

К ним относятся:

  • сложные углеводы – полимеры элементарных сахаров;

  • белки – полимеры аминокислот;

  • целлюлоза – полимер, находящийся в древесине;

  • кератин – является полимером и содержится в волосах, ногтях и перьях птиц;

  • хитин – полимер, скрепляющий панцири членистоногих;

  • производные нуклеиновой кислоты – гетерополимеры ДНК.

Открытие полимеров

ХХ век вполне обоснованно можно назвать веком полимеров. Открытие их не было целенаправленным исследованием. Первоначально они были побочным продуктом в ходе различных экспериментов и химических реакций.

Химик Лео Бакеланд со временем обратил внимание на эти бесполезные материалы, и в ходе его экспериментальной работы была получена пластмасса — полимер, который при изменении температуры и давления может принимать различные формы. С момента изобретения бакелита (первоначальное название пластмассы) началась эра производства полимеров.

Во время Второй мировой войны для потребностей американской армии велись разработки синтетического каучука для производства резины. В ходе неудачных экспериментов так же был открыт новый полимер в виде мастики с повышенной упругостью. Это было время создания оргалитового стекла и смол на основе фенолформальдегида. В химии появилась отдельная отрасль – полимеры.

Классификация полимеров

Полимеры имеют несколько классификаций. 

Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

В первую очередь их подразделяют по происхождению:

  • природные – каучук, белки, картофельный и кукурузный крахмал, древесная целлюлоза;

  • искусственные – вискоза;

  • синтетические – капрон, полиуретаны.

Далее по молекулярной массе. Она указывает, насколько однородна молекула в ее химическом составе. От количества повторений одного структурного звена мономеров их построения зависит процент ее реакции и полимеризации. Поэтому в классификации большую роль играют дополнительные свойства.

Разветвленность молекулы

В зависимости от структуры полимеры обладают разными свойствами. 

Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

Их формулы отображают разные виды и строение молекул:

  • линейные – макромолекула состоит из одной цепочки мономеров;

  • разветвленные – в линейной цепочке присутствуют ответвления;

  • сетчатые – разветвленные макромолекулы имеют между собой связующие звенья.

Внутреннее строение мономеров

Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

Здесь два вида:

  • гомополимеры – цепочка однотипных звеньев мономера;

  • сополимеры – соединенные в одну цепочку звенья различного строения и улучшающее при этом свойства продукта.

Реакция на термическую обработку

Существует два вида:

  • Термопластичные – после нагревания возвращаются в исходную форму. Могут многократно подлежать переработке.

  • Термореактивные – под воздействием высоких температур разрушаются.

  • Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

    В результате различных процессов переработки полученные полимеры делят на 4 основные группы:

    • пластмассы – полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиуретан;

    • волокна – ацетатный шелк, вискоза;

    • эластомеры – каучук, резина (вулканизированный каучук);

    • биополимеры — углеводы, белки, нуклеиновые кислоты.

    Свойства полимеров

    Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

    В зависимости от того, имеют ли полимеры органический состав или являются производными неорганических соединений, проявляются их основные свойства:

    • имеют высокую прочность при механическом воздействии;

    • нет точно определенной температуры плавления;

    • основная часть не растворима в воде;

    • сохраняют способность к вязким течениям;

    • не меняют своих качеств после нагревания и охлаждения;

    • диэлектрики;

    • пластичны, легко формуются;

    • водостойкие.

    Они могут быть мягкими, твердыми, гибкими, жесткими или прочными.

    Применение полимеров

    Без данных соединений не может развиваться и существовать современная цивилизация. Изделия, в основе которых лежит сырье с различным соединениями мономеров, необходимы как в повседневной жизни, так и для работы высокотехничных производств. 

    Предлагаемая таблица только в малой степени отображает примеры их применения.

    Название полимерных соединений

    Сфера применения

    Полиэтилен

    Упаковочные материалы, изоляция электропроводов, детали машин, емкости для хранения кислот и щелочей, защита от коррозии нефтепроводов.

    Полистирол

    Игрушки, детали бытовой техники, внутренняя облицовка салонов машин и самолетов, фурнитура, корпуса для электроники, посуда.

    Поливинилхлорид

    Детали машин, оборудование для химической промышленности, искусственная кожа, рамы для окон ПВХ.

    Полиметилметакрилат

    Органическое стекло, детали осветительных приборов, облицовка самолетов и машин.

    Поликарбонаты

    Особо точные детали машин и электроники, замена металлических конструкций, стройматериалы.

    Эпоксидные смолы

    Лаки, клей, ламинат.

    Полиэстеры

    Лампы, мачты, удочки, средства защиты, корпуса летательных аппаратов и машин.

    Будущее высокомолекулярных соединений

    В ходе молекулярной эволюции сама природа создала новые вещества в виде различных молекулярных соединений. Двигаясь по этому пути, ученые не только разрабатывают новые соединения, но и стремятся разрешать проблемы по безопасной утилизации продукции, которая используется не только в быту. 

    Полимеры — классификация, виды и основные свойства высокомолекулярных соединений

    Опираясь за законы биологии, ученые активно работают над созданием умных высокомолекулярных соединений, получение которых сможет изменять их структуру и свойства в зависимости от окружающей среды. Ведутся разработки:

    • биоразлагаемых пленок, в состав которых входит природный полимер – кукурузный крахмал;

    • упаковки, которая будет менять цвет в зависимости от срока годности товара, и разлагаться без вреда для экологии;

    • ведется разработка эко-почвы с гидрогелем для засушливых зон природного земледелия;

    • создаются полимерные жидкости, которые будут менять свои свойства в зависимость от среды, в которой находятся (для экономии воды в нефтедобывающей отрасли);

    • фармацевтической полимерной упаковки для доставки лекарственных средств непосредственно к больному органу внутри организма человека;

    С помощью гидрогелей создаются лекарства пролонгированного (длительного) действия, которые реагируют на изменения состава крови при сахарном диабете.

    Человечество уже не может развиваться без полимерной продукции. Сейчас стоит вопрос о ее безопасности для экологии и переходе на новый уровень взаимодействия.

    Беликова Ирина

    Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

    Оцените автора
    Добавить комментарий

    Вставить формулу как
    Блок
    Строка
    Дополнительные настройки
    Цвет формулы
    Цвет текста
    #333333
    Используйте LaTeX для набора формулы
    Предпросмотр
    \({}\)
    Формула не набрана
    Вставить
    Adblock
    detector