Высокомолекулярные соединения

Высокомолекулярные соединения — это вещества, молекулы которых состоят из очень длинных цепей, включающих тысячи и даже миллионы атомов. Такие цепи образуются за счет повторяющихся структурных звеньев. Из-за большой массы и длины молекул эти вещества обладают особыми свойствами: прочностью, эластичностью, способностью образовывать волокна и пленки.

К высокомолекулярным соединениям относятся как природные вещества, так и синтетические материалы. Природные примеры: белки, целлюлоза, натуральный каучук. Синтетические примеры: полиэтилен, полипропилен, нейлон.

Их изучение выделено в отдельный раздел химии, потому что такие соединения ведут себя иначе, чем обычные низкомолекулярные вещества.

Основные понятия высокомолекулярных соединений

Высокомолекулярные соединения: вещества, молекулы которых состоят из очень длинных цепей с большой молекулярной массой.

Мономер: низкомолекулярная молекула, из которой строится полимерная цепь.

Полимер: вещество, состоящее из множества повторяющихся звеньев мономера.

Структурное звено: фрагмент полимерной цепи, который регулярно повторяется.

Степень полимеризации: число повторяющихся звеньев в цепи полимера.

Молекулярно-массовое распределение: разброс значений массы цепей в образце полимера.

Гомополимер: полимер, состоящий из одинаковых мономеров.

Сополимер: полимер, построенный из разных мономеров.

Линейные, разветвленные и сетчатые структуры: типы пространственного строения полимерных цепей.

Полимеризация: процесс соединения мономеров в длинную цепь.

Поликонденсация: образование полимера с выделением побочного продукта (например, воды).

Обучайтесь программированию,
дизайну или школьным предметам
одновременно, без доплат!

Запишите ребёнка на бесплатный урок!
Определим его интересы и разработаем гибкий
план обучения.

Физические свойства полимеров

Физические свойства полимеров определяются длиной их цепей, строением и степенью упорядоченности.

• Агрегатное состояние
  Большинство полимеров — твердые вещества. Они могут быть аморфными (мягкими, гибкими) или частично кристаллическими (жесткими и прочными).

• Температура плавления и стеклования
  Полимеры не плавятся резко, как кристаллы. Они постепенно размягчаются. Для аморфных полимеров важна температура стеклования — момент, когда материал переходит из твердого хрупкого состояния в мягкое и эластичное.

• Прочность и эластичность
  Полимеры могут быть прочными и одновременно упругими. Они хорошо растягиваются и возвращают форму благодаря подвижности цепей.

• Плотность
  Плотность невысокая. Аморфные полимеры легче, кристаллические — плотнее.

• Растворимость
  Полимеры растворяются медленно и только в определенных растворителях. Большие цепи плохо диспергируются, поэтому растворимость ограничена.

• Теплостойкость
  Многие полимеры разрушаются при высокой температуре, а не плавятся полностью. Поэтому для каждого установлен свой температурный диапазон эксплуатации.

• Диэлектрические свойства
  Большинство полимеров — хорошие электрические изоляторы. Они удерживают заряд и имеют низкую проводимость.

• Оптические свойства
  Аморфные полимеры могут быть прозрачными (например, полистирол). Кристалличность снижает прозрачность.

Самые распространенные высокомолекулярные соединения

Полиэтилен (PE)
Структурное звено: –CH₂–CH₂–
Формула: (–CH₂–CH₂–)ₙ

Полипропилен (PP)
Структурное звено: –CH₂–CH(CH₃)–
Формула: (–CH₂–CH(CH₃)–)ₙ

Поливинилхлорид (ПВХ, PVC)
Структурное звено: –CH₂–CHCl–
Формула: (–CH₂–CHCl–)ₙ

Полистирол (PS)
Структурное звено: –CH₂–CH(C₆H₅)–
Формула: (–CH₂–CH(C₆H₅)–)ₙ

Полиэтилентерефталат (ПЭТ)
Структурное звено: –O–CH₂–CH₂–O–CO–C₆H₄–CO–
Формула: (–O–CH₂–CH₂–O–CO–C₆H₄–CO–)ₙ

Нейлон-6 (полиамид-6)
Структурное звено: –NH–(CH₂)₅–CO–
Формула: (–NH–(CH₂)₅–CO–)ₙ

Нейлон-6,6 (полиамид-6,6)
Структурные звенья: –NH–(CH₂)₆–NH– и –O–CO–(CH₂)₄–CO–
Формула: (–NH–(CH₂)₆–NH–CO–(CH₂)₄–CO–)ₙ

Натуральный каучук (полиизопрен)
Структурное звено: –CH₂–C(CH₃)=CH–CH₂–
Формула: (–CH₂–C(CH₃)=CH–CH₂–)ₙ

Целлюлоза
Структурное звено: β-D-глюкоза
Формула: (C₆H₁₀O₅)ₙ

Белки
Структурное звено: аминокислотный остаток –NH–CHR–CO–
Формула: (–NH–CHR–CO–)ₙ