Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Количество звеньев, входящих в молекулу полимера, можно оценить коэффициентом или степенью полимеризации:
^полимера Ц —-!-)
Ммономера (зпеиа)
где п — коэффициент или степень полимеризации.
Степень полимеризации зависит от условий синтеза и может меняться в широких пределах. Она является статистической величиной, так же как и молекулярная масса полимера. Влияние степени полимеризации на свойства полученного соединения, как мы увидим из дальнейшего изложения, очень велико.
Полимерные вещества классифицируют по разным признакам (см. также с. 479). По происхождению полимеры разделяют на природные — шеллачная смола, клетчатка (СбН10О5)д: и т. д.; модифицированные — целлулоид, нитро- и ацетилцеллю-лоза), получаемая из клетчатки после ее соответствующей обработки (нитрование и ацетилирование); синтетические или приготовляемые искусственным путем из мономеров, также полученных органическим синтезом.
По строению цепи атомов, составляющих макромолекулы полимеров, их разделяют на линейные, в том случае, если основная цепь-не имеет больших ответвлений, разветвленные — к основной цепи присоединены значительные по своей длине боковые цепи (сополимеры, привитые полимеры и т. д.); сетчатые -или состоящие из замкнутых циклов, как двумерных, так и трехмерных, — пространственные.
Основная цепь полимера может содержать не только атомы углерода, но и других элементов. По этому признаку полимеры можно разделить на к а р б о ц е п и ы е, у которых цепи построены
О О
С—СН,—СН,—0
470
только из атомов углерода (полиэтилен, полистирол, каучук), гетероцепные, в цепи которых содержатся атомы разных элементов (Ь1, О, 8). Примером полимеров этого типа является капрон:.
Н
01
-N—(СНЯ)В—С
капрон
э л е м е и т о р г а н и ч е с к и е, содержащие в основной цепи атомы не углерода, а других элементов, но в боковых цепях органические радикалы:
СН, СIV
I I —О—Si-—О—Si—
I I
сн3 сн3
силиконы
неорганические, в составе макромолекул которых атомов углерода нет.
По отношению к нагреву различаются полимеры: термопласт и ч н ы е, которые при нагреве переходят в вязкопластич-ное состояние, а при охлаждении снова затвердевают; термореактивные — при нагревании разрушаются необратимо в результате химической деструкции.
По типу химических реакций получения полимеров их можно разделить на две группы: п о л и м е р и з а ц и о н н ы е, при образовании которых не происходит выделения каких-либо побочных продуктов; п о л и к. о н д е н с а ц и о н н ы е, образование которых сопровождается выделением обычных простых молекул (Н20, НС1 и др.).
Полимерные материалы в настоящее время широко применяются в машино-и приборостроении как. неметаллические материалы с очень широким диапазоном-свойств.
Во многих случаях полимерные материалы и композиции из них с участием других веществ — пластмассы обладают свойствами, близкими или превосходящими свойства металла. В технике полимерные материалы и пластмассы обычно не разделяют, а, интересуясь лишь их физическими свойствами, называют общим названием — пластические массы.
15.2. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
Основная группа полимерных материалов, применяемых в машино-и приборостроении, — это синтетические полимеры, обладающие постоянством свойств и разрабатываемые 'для определенных целей. Однако применяются и некоторые природные полимеры, такие, как естественный каучук, шеллак и др.
Сырьем для синтетических полимеров также являются природные продукты — природный газ, нефть, каменный уголь, древесина
471
ит. п.; обычно пищевые продукты не используют в качестве сырья для получения синтетических полимеров, и только для получения очень ценных материалов (например, галалита) их иногда применяют. Переработка природных веществ в мономеры и другие соединения, служащие сырьем для получения полимеров, представляет собой задачу химической технологии, органической и неорганической, и в нашем курсе рассматриваться не будет.
Процесс получения синтетических полимеров из мономеров или простых молекул идет, как правило, с выделением энергии, так как сложные виды химических связей между атомами углерода переходят в более простые, что связано с выигрышем энергии.
Ранее было указано, что кратные связи между углеродными атомами могут перестраиваться в простые (реакции присоединения) и в результате образуются более устойчивые соединения. Рассмотрим подробно энергетику связей в органических молекулах с разным строением углеродной цепи для ациклических рядов. В табл. 15.1 приведены виды таких цепей, расстояния между углеродными атомами, величины энергий, а также виды связей, существующие между углеродными атомами.
Таблица 15.1. Энергия различного вида связей между углеродными атомами (Коттрел)
Связь Расстояние, им Энергия связи, кДж/моль Вид связи
Г Г 1 1 0,154 277 а
1 1
>с=с< 0,134 472,4 а + п
0,120 628 0 + 2я
Так, при перестройке связи о + дв связи а (которых получается две) выделяется'энергия:
—472,4 + 2.277=81,6 кДж.
Подобное превращение связей происходит при образовании полиэтилена из мономеров СН2 = СН2, в которых двойная связь переходит в одинарную.
