У 1833 році Й. Берцеліус узвичаїв термін «полімерія», яким він назвав один з видів ізомерії. Такі речовини (полімери) повинні були мати однаковий склад, але різною молекулярною масою, як наприклад етилен і бутилен. До сучасного розуміння терміна «полімер» висновок Й. Берцеліуса не відповідає, тому що справжні (синтетичні) полімери на той час ще не були відомі. Перші згадки про синтетичні полімери відносяться до 1838 (полівініліденхлорид) та 1839 (полістирол) років.
Хімія полімерів виникла тільки після створення А. М. Бутлеровим теорії хімічної будови органічних сполук та отримала подальший розвиток завдяки інтенсивним пошукам способів синтезу каучуку (Г. Бушарда, У. Тілден, К Гаррієс, І. Л. Кондаков, С. В. Лебедєв) . З початку 20-х років 20 століття стали розвиватися теоретичні уявлення про будову полімерів.
ВИЗНАЧЕННЯ
Полімери- Хімічні сполуки з високою молекулярною масою (від декількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великої кількості угруповань (мономірних ланок), що повторюються.
Класифікація полімерів
Класифікація полімерів заснована на трьох ознаках: їх походження, хімічній природі та відмінностях у головному ланцюжку.
З погляду походження всі полімери поділяють на природні (натуральні), яких відносять нуклеїнові кислоти, білки, целюлозу, натуральний каучук, бурштин; синтетичні (отримані в лабораторії шляхом синтезу та не мають природних аналогів), до яких відносять поліуретан, полівініліденфторид, фенолформальдегідні смолі та ін; штучні (отримані у лабораторії шляхом синтезу, але на основі природних полімерів) – нітроцелюлоза та ін.
Виходячи з хімічної природи, полімери ділять на полімери органічної (в основі мономер - органічна речовина - всі синтетичні полімери), неорганічної (в основі Si, Ge, S та ін. полімерів – поліслоксани) природи.
Виділяють гомоцепні та гетероцепні полімери. У першому випадку головний ланцюг складається з атомів вуглецю або кремнію (полісілани, полістирол), у другому – скелет із різних атомів (поліаміди, білки).
Фізичні властивості полімерів
Для полімерів характерні два агрегатних стану - кристалічний і аморфний і особливі властивості - еластичність (оборотні деформації при невеликому навантаженні - каучук), мала крихкість (пластмаси), орієнтація при дії спрямованого механічного поля, висока в'язкість, а також розчинення полімеру відбувається за допомогою його набухання.
Одержання полімерів
Реакції полімеризації – ланцюгові реакції, які є послідовне приєднання молекул ненасичених сполук друг до друга з утворенням високомолекулярного продукту – полімеру (рис. 1).
Мал. 1. Загальна схема отримання полімеру
Так, наприклад, поліетилен одержують полімеризацією етилену. Молекулярна маса молекули сягає 1млн.
n CH 2 =CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -)-
Хімічні властивості полімерів
В першу чергу для полімерів будуть характерні реакції, характерні для функціональної групи, що є у складі полімеру. Наприклад, якщо до складу полімеру входить гідроксо-група, характерна для класу спиртів, отже, полімер братиме участь у реакціях подібно до спиртів.
По-друге, взаємодія з низькомолекулярними сполуками, взаємодія полімерів один з одним з утворенням сітчастих або розгалужених полімерів, реакції між функціональними групами, що входять до складу одного і того ж полімеру, а також розпад полімеру на мономери (деструкція ланцюга).
Застосування полімерів
Виробництво полімерів знайшло широке застосування в різних галузях життя людства — хімічної промисловості (виробництво пластмас), машино- та авіабудуванні, на підприємствах нафтопереробки, у медицині та фармакології, у сільському господарстві (виробництво гербіцидів, інсектицидів, пестицидів), будівельної промисловості (звуко- та теплоізоляція), виробництво іграшок, вікон, труб, предметів побуту.
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
ПРИКЛАД 1
| Завдання | Полістирол добре розчиняється у неполярних органічних розчинниках: бензолі, толуолі, ксилолі, тетрахлориді вуглецю. Обчисліть масову частку (%) полістиролу у розчині, отриманому розчиненням 25 г полістиролу в бензолі масою 85г. (22,73%). |
| Рішення | Записуємо формулу для знаходження масової частки:
Знайдемо масу розчину бензолу: m р-ну (C 6 H 6) = m(C 6 H 6)/(/100%) |
Класифікація за способом одержання (походження)
Класифікація з горючості
Класифікація поведінки при нагріванні
Класифікація полімерів за структурою макромолекул
КЛАСИФІКАЦІЯ ПОЛІМЕРІВ
Синтез полімерів.
Полімером називають хімічну речовину, що має велику молекулярну масу і складається з великої кількості фрагментів, що періодично повторюються, пов'язаних хімічними зв'язками. Зазначені фрагменти називаються елементарними ланками.
Таким чином, ознаки полімерів такі: 1. дуже велика молекулярна маса (десятки та сотні тисяч). 2. ланцюгова будова молекул (найчастіше прості зв'язки).
Слід зазначити, що полімери вже сьогодні успішно конкурують з усіма іншими матеріалами, що використовуються людством з давніх-давен.
Застосування полімерів:
Полімери біологічного та медичного призначення
Іонно- та електронно-обмінні матеріали
Тепло- та термостійкі пластики
Ізолятори
Будівельні та конструкційні матеріали
ПАВи та матеріали, стійкі до агресивного середовища.
Швидке розширення виробництва полімерів призвело до того, що їхня пожежонебезпека (а всі вони горять краще, ніж дерево) стала національним лихом для багатьох країн. При їх горінні та розкладанні утворюються різні речовини, в основному токсичні для людини. Знати небезпечні властивості речовин, що утворюються необхідно для успішної боротьби з ними.
Класифікація полімерів за складом основного ланцюга макромолекул (найпоширеніша):
I. Карбоцепні ВМС – основні полімерні ланцюги побудовані лише з вуглецевих атомів
II. Гетероцепні ВМС – основні полімерні ланцюги, крім атомів вуглецю, містять гетероатоми (кисень, азот, фосфор, сірку тощо)
III. Елементоорганічні полімерні сполуки – основні ланцюги макромолекул містять елементи, що не входять до складу природних органічних сполук (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn та ін.)
Кожен клас поділяється на окремі групи залежно від будови ланцюга, наявності зв'язків, кількості та природи заступників, бічних ланцюгів. Гетероланцюгові сполуки класифікуються, крім того, з урахуванням природи та кількості гетероатомів, а елементоорганічні полімери – залежно від поєднання вуглеводневих ланок з атомами кремнію, титану, алюмінію тощо.
а) полімери з насиченими ланцюгами: поліпропілен - [-CH 2 -CH-] n ,
поліетилен - [-CH 2 -CH 2 -] n; CH 3
б) полімери з ненасиченими ланцюгами: полібутадієн - [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n ;
в) галоген заміщені полімери: тефлон - [-CF 2 -CF 2 -] n, ПВХ - [-CH 2 -CHCl-] n;
г) полімерні спирти: полівініловий спирт - [-CH 2 -CH-] n;
д) полімери похідних спиртів: полівінілацетат - [-CH 2 -CH-] n;
е) полімерні альдегіди та кетони: поліакролеїн - [-СН 2 -СН-] n ;
ж) полімери карбонових кислот: поліакрилова кислота - [-СН 2 -СН-] n;
з) полімерні нітрили: ПАН - [-СН 2 -СН-] n;
і) полімери ароматичних вуглеводнів: полістирол - [-СН2-СН-]n.
а) прості поліефіри: полігліколі - [-СН 2 -СН 2 -О-] n;
б) складні поліефіри: поліетиленглікольтерефталат -
[-О-СН 2 -СН 2 -О-С-З 6 Н 4 -З-] n;
в) полімерні перекиси: полімерний перекис стиролу - [-СН 2 -СН-О-О-] n ;
2. Полімери, що містять в основному ланцюга атоми азоту:
а) полімерні аміни: поліетилендіамін - [-СН 2 -СН 2 -NН-] n ;
б) полімерні аміди: полікапролактам - [-NН-(СH 2) 5 -С-] n ;
3.Полімери, що містять в основному ланцюгу одночасно атоми азоту і кисню - поліуретани: [-С-NН-R-NН-С-О-R-О-] n ;
4.Полімери, що містять в основному ланцюгу атоми сірки:
а) прості політіоефіри [-(СН 2) 4 - S-] n ;
б) політетрасульфіди [-(СН 2) 4 -S - S-] n ;
5.Полімери, що містять в основному ланцюгу атоми фосфору,
наприклад: O
[- P - O-CH 2 -CH 2 -O-] n;
1. Кремнійорганічні полімерні сполуки
а) полісіланові сполуки R R
б) полісилоксанові сполуки
[-Si-O-Si-O-] n;
в) полікарбосиланові сполуки
[-Si-(-C-) n -Si-(-C-) n -] n ;
г) полікарбосилоксанові сполуки
[-O-Si-O-(-C-) n -] n;
2. Титанорганічні полімерні сполуки, наприклад:
OC 4 H 9 OC 4 H 9
[-O - Ti - O - Ti-] n;
OC 4 H 9 OC 4 H 9
3. Алюмінійорганічні полімерні сполуки, наприклад:
[-O - Al - O - Al-] n;
Макромолекули можуть мати лінійну, розгалужену та просторову тривимірну структуру.
Лінійніполімери складаються з макромолекул лінійної структури; такі макромолекули є сукупністю мономерних ланок (-А-) , з'єднаних у довгі нерозгалужені ланцюги:
nA ® (…-A - A-…) m + (…- A - A -…) R + …., де (…- А - А -…) - макромолекули полімеру з різною молекулярною вагою.
Розгалуженіполімери характеризуються наявністю основних ланцюгах макромолекул бічних відгалужень, більш коротких, ніж основний ланцюг, але також складаються з мономерних ланок, що повторюються:
…- A – A – A – A – A – A – A- …
Просторовіполімери з тривимірною структурою характеризуються наявністю ланцюгів макромолекул, пов'язаних між собою силами основних валентностей за допомогою поперечних містків, утворених атомами (-В-) або групами атомів, наприклад мономерними ланками (-А-)
A – A – A – A – A – A – A –
A – A – A – A – A – A –
A – A – A – A – A – A -
Просторовими полімерами з частим розташуванням поперечних зв'язків називають сітчасті полімери. Для тривимірних полімерів поняття молекула втрачає сенс, тому що в них окремі молекули з'єднані між собою у всіх напрямках, утворюючи величезні макромолекули.
термопластичні- полімери лінійної або розгалуженої структури, властивості яких оборотні при багаторазовому нагріванні та охолодженні;
термореактивні- деякі лінійні і розгалужені полімери, макромолекули яких при нагріванні в результаті хімічних взаємодій, що відбуваються між ними, з'єднуються один з одним; у своїй утворюються просторові сітчасті структури рахунок міцних хімічних зв'язків. Після прогріву термореактивні полімери зазвичай стають неплавкими і нерозчинними - відбувається процес їх незворотного затвердіння.
Ця класифікація дуже наближена, так як займання та горіння матеріалів залежать не тільки від природи матеріалу, а й від температури джерела запалювання, умов займання, форми виробу або конструкцій і т.д.
Відповідно до цієї класифікації полімерні матеріали ділять на горючі, важкогорючі та негорючі. З матеріалів, що згоряються, виділяють важкозаймисті, а з них і важкозаймисті - самозагасні.
Приклади полімерів, що згоряються: поліетилен, полістирол, поліметилметакрилат, полівінілацетат, епоксидні смоли, целюлоза і т.д.
Приклади полімерів, що важко згоряються: ПВХ, тефлон, фенолформальдегідні смоли, сечовиноформальдегідні смоли.
Природні (білки, нуклеїнові кислоти, природні смоли) (тварини та
рослинного походження);
Синтетичні (поліетилен, поліпропілен тощо);
Штучні (хімічна модифікація природних полімерів – ефіри
целюлози).
Неорганічні: кварц, силікати, алмаз, графіт, корунд, карбін, карбід бору тощо.
Органічні: каучуки, целюлоза, крохмаль, органічне скло та
Полімери – високомолекулярні сполуки, які складаються з безлічі мономерів. Полімери варто відрізняти від такого поняття як олігомери, на відміну від яких при додаванні ще однієї номерної ланки властивості полімеру не змінюються.
Зв'язок між ланками мономерів може здійснюватися за допомогою хімічних зв'язків, у такому разі вони називаються реактопластами, або завдяки силі міжмолекулярної дії, що характерно для так званих термопластів.
Сполука мономерів при утворенні полімеру може відбуватися в результаті реакції поліконденсації або полімеризації.
У природі зустрічається безліч подібних сполук, найбільш відомі з яких: білки, каучук, полісахариди та нуклеїнова кислота. Такі матеріали називають органічними.
На сьогоднішній день багато полімерів виробляються синтетичним шляхом. Такі сполуки називаються неорганічними полімерами. Неорганічні полімери одержують шляхом з'єднання природних елементів за допомогою реакції поліконденсації, полімеризації та хімічного перетворення. Це дозволяє замінити дорогі або рідкісні природні матеріали, або створити нові, що не мають аналогів у природі. Головна умова, щоб полімер не містив у складі елементів органічного походження.
Неорганічні полімери завдяки своїм властивостям набули широкої популярності. Спектр їх використання досить широкий, при цьому постійно знаходять нові сфери застосування та розробляються нові види неорганічних матеріалів.
Основні характеристики
На сьогоднішній день існує безліч видів неорганічних полімерів, як природних, так і синтетичних, які мають різний склад, властивості, сферу застосування та агрегатного стану.
Сучасний рівень розвитку хімічної промисловості дозволяє виробляти неорганічні полімери у великих обсягах. Щоб отримати такий матеріал, потрібно створити умови підвищеного тиску і високої температури. Сировиною для виробництва виступає чиста речовина, яка піддається полімеризації.
Неорганічні полімери характерні тим, що мають підвищену міцність, гнучкість, важко піддаються впливу хімічних речовин і стійкі до високих температур. Але деякі види можуть бути крихкими і не мати еластичність, але при цьому досить міцними. Найбільш відомими з них вважаються графіт, кераміка, азбест, мінеральне скло, слюда, кварц та алмаз.
Найбільш поширені полімери в основі мають ланцюжки таких елементів, як кремній та алюміній. Це з поширеністю цих елементів у природі, особливо кремнію. Найбільш відомі серед них такі неорганічні полімери як силікати та алюмосилікати.
Властивості та характеристики відрізняються не тільки залежно від хімічного складу полімеру, а й від молекулярної маси, ступеня полімеризації, будови атомної структури та полідисперсності.
Полідисперсність – це присутність у складі макромолекул різної маси.
Більшість неорганічних сполук характеризуються такими показниками:
- Еластичність. Така характеристика, як еластичність, показує можливість матеріалу збільшиться у розмірах під впливом сторонньої сили та повернуться у початковий стан після зняття навантаження. Наприклад, каучук здатний збільшитися у сім-вісім разів без зміни структури та різних пошкоджень. Повернення форми та розмірів можливе завдяки збереженню розташування макромолекул у складі, переміщуються лише окремі їх сегменти.
- Кристалічна структура. Від розташування у просторі складових елементів, що називається кристалічною структурою, та їх взаємодії залежать властивості та особливості матеріалу. Виходячи з цих параметрів, полімери поділяють на кристалічні та аморфні.
Кристалічні мають стабільну структуру, в якій дотримується певне розташування макромолекул. Аморфні складаються з макромолекул ближнього порядку, які лише у окремих зонах мають стабільну структуру.
Структура та ступінь кристалізації залежить від кількох факторів, таких як температура кристалізації, молекулярна маса та концентрованість розчину полімеру.
- Склоподібність. Ця властивість характерна для аморфних полімерів, які при зниженні температури або підвищенні тиску знаходять склоподібну структуру. У разі припиняється тепловий рух макромолекул. Температурні інтервали, при яких відбувається процес склоутворення, залежить від типу полімеру, його структури та властивостей структурних елементів.
- В'язкотекучий стан. Це властивість, у якому відбуваються незворотні зміни форми та обсягу матеріалу під впливом сторонніх сил. У в'яжучому стані структурні елементи переміщуються в лінійному напрямку, що стає причиною зміни його форми.
Будова неорганічних полімерів
Така властивість дуже важлива в деяких сферах промисловості. Найбільш часто його використовують при переробці термопластів за допомогою таких методів як лиття під тиском, екструзія, вакуум-формування та інші. При цьому полімер розплавляється при підвищених температурах та високому тиску.
Види неорганічних полімерів
Сьогодні існують певні критерії, за якими класифікуються неорганічні полімери. Основні з яких:
- природа походження;
- види хімічних елементів та їх різноманітність;
- кількість мономірних ланок;
- будова полімерного ланцюга;
- фізичні та хімічні властивості.
Залежно від природи походження класифікують синтетичні та натуральні полімери. Натуральні формуються в природних умовах без участі людини, а синтетичні виробляються та модифікуються у промислових умовах для досягнення необхідних властивостей.
На сьогоднішній день існує безліч видів неорганічних полімерів, серед яких виділяються найбільш широко використовувані. До таких належить азбест.
Азбест – тонковолокнистий мінерал, який належить до групи силікатів. Хімічний склад азбесту представлений силікатами магнію, залози, натрію та кальцію. Азбест має канцерогенні властивості, тому дуже небезпечний для здоров'я людини. Він дуже небезпечний для працівників, зайнятих з його видобутку. Але у вигляді готових виробів він досить безпечний, тому що не розчиняється у різних рідинах і не вступає з ними в реакцію.
Силікон – один із найпоширеніших синтетичних неорганічних полімерів. Його легко зустріти у повсякденному житті. Наукова назва силікону – полісилоксан. Його хімічний склад є зв'язком кисню і кремнію, який надає силікону властивості високої міцності та гнучкості. Завдяки цьому силікон здатний витримати високі температури і фізичні навантаження не втрачаючи міцності, зберігаючи форму і структуру.
Полімери вуглецю дуже поширені у природі. Існує також безліч видів, що синтезуються людиною у промислових умовах. Серед природних полімерів виділяється алмаз. Цей матеріал неймовірно міцний і має кристально чисту структуру.
Карбін - це синтетичний вуглецевий полімер, який має підвищені властивості міцності, що не поступаються алмазу і графену. Виготовляється у вигляді чорного морошка дрібнокристалічної структури. Має властивості електропровідності, яка збільшується під впливом світла. Здатний витримати температуру 5000 градусів не втрачаючи властивостей.
Графіт - вуглецевий полімер, структура якого відрізняється площинною орієнтацією. Через це структура графіту шарувата. Цей матеріал проводить електрику, тепло, але не пропускає світло. Його різновидом є графен, що складається з одного шару молекул вуглецю.
Полімери бору відрізняються високою твердістю, не сильно поступаючись алмазам. Здатні витримати температуру понад 2000 градусів, що набагато більше за прикордонну температуру алмазу.
Полімери селену - досить широкий ряд неорганічних матеріалів. Найбільш відомий з них – карбід селену. Карбід селену – міцний матеріал, що має вигляд прозорих кристалів.
Полісилани мають особливі властивості, які відрізняють їх від інших матеріалів. Цей вид проводить електрику та витримує температуру до 300 градусів.
Застосування
Неорганічні полімери використовуються практично у всіх сферах нашого життя. Залежно від виду, вони мають різні властивості. Головна їх особливість у тому, що штучні матеріали мають покращені властивості в порівнянні з органічними матеріалами.
Азбест застосовується у різних сферах, переважно, у будівництві. Зі сумішей цементу з азбестом виробляють шифер і різні типи труб. Також азбест застосовують зниження кислотного впливу. У легкій промисловості азбест застосовується для пошиття протипожежних костюмів.
Силікон застосовується у різних сферах. З нього виробляють трубки для хімічної промислової, елементи, що використовуються в харчовій промисловості, а також використовують у будівництві як герметик.
В цілому силікон один з найбільш функціональних неорганічних полімерів.
Діамант найбільш відомий як ювелірний матеріал. Він дуже дорогий завдяки своїй красі та складності видобутку. Але алмази також використовуються у промисловості. Цей матеріал необхідний у різальних пристроях для розпилювання дуже міцних матеріалів. Він може використовуватися в чистому вигляді як різець або як напилення на ріжучі елементи.
Графіт широко використовується в різних сферах, з нього роблять олівці, він застосовується в машинобудуванні, в атомній промисловості та у вигляді графітових стрижнів.
Графен і карбін поки що маловивчені, тому сфера їх застосування обмежена.
Полімери бору використовуються для виробництва абразивних матеріалів, ріжучих елементів та . Інструменти такого матеріалу необхідні для обробки металу.
Карбід селену застосовується для виробництва гірського кришталю. Його одержують шляхом нагрівання до 2000 градусів кварцового піску та вугілля. Кришталь використовують для виробництва високоякісного посуду та предметів інтер'єру.
НЕОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРИ
Мають неорг. основні ланцюги і містять орг. бічних радикалів. Головні ланцюги побудовані із ковалентних чи іонно-ковалентних зв'язків; в деяких Н. п. ланцюжок іонно-ковалентних зв'язків може перериватися одиничними зчленуваннями координацій. характеру. Структурна Н. п. здійснюється за тими ж ознаками, що й орг. або елементорг. полімерів (див. Високомолекулярні сполуки).Серед природних Н. п. наб. поширені сітчасті, що входять до складу більшості мінералів земної кори. Багато хто з них утворює тип алмазу або кварцу. До утворення лінійних Н. п. здатні елементи верх. рядів ІІІ-VI гр. періодич. системи. Усередині груп зі збільшенням номера ряду здатність елементів до утворення гомо- або гетероатомних ланцюгів різко зменшується. Галогени, як і в орг. полімерах, грають роль агентів обриву ланцюга, хоча всілякі їх комбінації з ін. елементами можуть становити бічні групи. Елементи VIII гр. можуть входити в головний ланцюг, утворюючи координацію. Н. п. Останні, в принципі, відмінні від орг. координаційних полімерів,де система координації. зв'язків утворює лише вторинну структуру. багато. або солі металів змінної валентності макроскопіч. св-вам схожі на сітчасті Н. п.
Довгі гомоатомні ланцюги (зі ступенем полімеризації п >= 100) утворюють лише елементи VI гр.-S, Se і Те. Ці ланцюги складаються лише з основних атомів і не містять бічних груп, але електронні структури вуглецевих ланцюгів та ланцюгів S, Se та Ті різні. Лінійні вуглецю - кумулени=С=С=С=С= ... та кар-бін НС =
ВЧС =
СЧ... (див. Вуглець);крім того, вуглець утворює двомірні та тривимірні ковалентні кристали-соотв. графіті діамант.Сірка і телур утворюють атомні ланцюжки з простими зв'язками і дуже високими п.Їх має характер фазового переходу, причому температурна область стабільності полімеру має розмазану нижню і добре виражену верхню межу. Нижче і вище цих меж стійкі соотв. цикліч. октамери та двоатомні молекули.
Др. елементи, навіть найближчі сусіди вуглецю по псриодич. системі-В і Si, вже нездатні до утворення гомоатомних ланцюгів або цикліч. олігомерів з п >= 20 (безвідносно до наявності чи відсутності бічних груп). Це зумовлено тим, що лише атоми вуглецю здатні утворювати один з одним суто ковалентні зв'язки. З цієї причини найбільш поширені бінарні гетероцепні Н. п. типу [ЧМЧLЧ] n(див. табл.), де атоми М та L утворюють між собою іонно-ковалентні зв'язки. В принципі, гетероцепні лінійні Н. п. не обов'язково повинні бути бінарними: ділянка ланцюга, що регулярно повторюється, м. б. утворений і складнішими комбінаціями атомів. Включення до головного ланцюга атомів металів дестабілізує лінійну структуру і різко знижує і.
КОМБІНАЦІЇ ЕЛЕМЕНТІВ, ЩО Утворюють БІНАРНІ ГЕТЕРОЦЕПНІ НЕОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРИ ТИПУ [ЧМЧLЧ] n(ПОЗНАЧЕНІ ЗНАКОМ +)
* Утворює також неорг. полімери складу [ЧВЧРЧ] n.
Особливості електронної структури головних ланцюгів гомо-ланцюгових Н. п. роблять їх дуже вразливими при атаці нуклеоф. чи електроф. агентами. Вже з однієї цієї причини відносно стабільніше ланцюга, що містять як компонент L або ін, сусідній з ним по періодич. системі. Але і ці ланцюги потребують зазвичай стабілізації, к-раю в прир. Н. п. пов'язана з утворенням сітчастих структур і дуже сильним міжмол. взаємод. бічних груп (включаючи утворення сольових містків), в результаті якого більшість навіть лінійних Н. п. не-розчинні і по макроскопич. св-вам подібні до сітчастих Н. п.
Практич. інтерес представляють лінійні Н. п., які в наиб. ступеня подібні до органічних - можуть існувати в тих же фазових, агрегатних або релаксаційних станах, утворювати аналогічні надмол. структури тощо Такі Н. п. можуть бути термостійкими каучуками, стеклами, волокноутворюючими і т. п., а також виявляти ряд св-в, вже не властивих орг. полімерів. До них відносяться поліфосфазени,полімерні оксиди сірки (з різними бічними групами), фосфати, . Деякі комбінації М і L утворюють ланцюги, що не мають аналогів серед орг. напр. з широкою зоною провідності та . Широкою зоною провідності має, має добре розвинену плоску або просторів. структуру. Звичайним надпровідником при т-рі поблизу 0 До є полімер [ЧSNЧ] х; при підвищених т-рах він втрачає надпровідність, але зберігає напівпровідникові св-ва. Високотемпературні надпровідні Н. п. повинні мати структуру керамік, тобто обов'язково містити у своєму складі (у бічних групах) і кисень.
Переробка Н. п. у скла, волокна, кераміку тощо вимагає плавлення, а воно, як правило, супроводжується оборотною деполімеризацією. Тому зазвичай використовують модифікуючі , що дозволяють стабілізувати в розплавах помірно розгалужені структури.
Літ.:Енциклопедія полімерів, т. 2, М., 1974, с. 363-71; Бартенєв Р. М., Надміцні та високоміцні неорганічні скла, М., 1974; Кор-шак Ст Ст, Козирєва Н. М., "Успіхи хімії", 1979, т. 48, ст. 1, с. 5-29; Inorganic polymers, в кн.: Encyclopedia of polymer science and technology, v. 7, N. Y.-L.-Sydney, 1967, p. 664-91. С. Я. Френкель.
Хімічна енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. За ред. І. Л. Кнунянца. 1988 .
Дивитися що таке "НЕОРГАНІЧНІ ПОЛІМЕРИ" в інших словниках:
Полімери, молекули яких мають неорганічні головні ланцюги і містять органічних бічних радикалів (обертають груп). У природі широко поширені тривимірні сітчасті неорганічні полімери, які у вигляді мінералів входять до складу.
Полімери, що не містять у ланці зв'язків C, що повторюється, але здатні містити органічний радикал як бічні заступники. Зміст 1 Класифікація 1.1 Гомоцепні полімери … Вікіпедія
Полімери, молекули яких мають неорганічні головні ланцюги і містять органічних бічних радикалів (обертають груп). У природі широко поширені тривимірні сітчасті неорганічні полімери, які у вигляді мінералів входять до складу. Енциклопедичний словник
Полімери з неорганічним (що не містить атомів вуглецю) головним ланцюгом макромолекули (Див. Макромолекула). Бічні (обертають) групи зазвичай теж неорганічні; проте полімери з органічними бічними групами часто також відносять до Н...
Полімери, макромолекули яких мають неорганічні. гол. ланцюга і не містять бічних органіч. радикалів (обертають груп). Практич. значення має синтетич. полімер поліфосфонітрилхлорид (полідихлорфссфазен) [P(C1)2=N]n. З нього отримують ін. Великий енциклопедичний політехнічний словник
Полімери, молекули яких мають неорганічні. гол. ланцюга і містять органич. бічних радикалів (обертають груп). У природі широко поширені тривимірні сітчасті Н.п., які у вигляді мінералів входять до складу земної кори (напр., кварц). У… … Природознавство. Енциклопедичний словник
- (від полі... і грец. meros частка частина), речовини, молекули яких (макромолекули) складаються з великої кількості ланок, що повторюються; молекулярна маса полімерів може змінюватись від кількох тисяч до багатьох мільйонів. За походженням полімери. Великий Енциклопедичний словник
Ов; мн. (Од. полімер, а; м.). [від грец. polys численний і meros частка, частина] Високомолекулярні хімічні сполуки, що складаються з однорідних повторюваних груп атомів, що широко застосовуються в сучасній техніці. Природні, синтетичні п... Енциклопедичний словник
- (Від грец. Polymeres що складається з багатьох частин, різноманітний) хімічні сполуки з високою молекулярною масою (від кількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великого числа ... Велика радянська енциклопедія
Органічні полімери відіграють значну роль у природі. До того ж їх широко використовують у промисловості. Далі розглянуто склад, властивості, застосування органічних полімерів.
Особливості
Розглянуті матеріали складаються з мономерів, представлених фрагментами структури, що повторюються, з декількох атомів. Вони з'єднуються в тривимірні структури або ланцюги розгалуженої або лінійної форми внаслідок поліконденсації або полімеризації. Нерідко у будові вони чітко виявлені.
Слід сказати, що термін полімери відноситься в основному до органічних варіантів, хоча існують і неорганічні сполуки.
Принцип найменування матеріалів, що розглядаються, полягає в приєднанні приставки полі- до назви мономеру.
Властивості полімерів визначаються будовою та розмірами макромолекул.
Крім макромолекул, більшість полімерів включає інші речовини, що служать поліпшення функціональних характеристик шляхом модифікації властивостей. Вони представлені:
- стабілізаторами (запобігають реакції старіння);
- наповнювачами (включення різного фазового стану, що служать для надання специфічних властивостей);
- пластифікаторами (підвищують морозостійкість, знижують температуру переробки та покращують еластичність);
- мастилами (дозволяють уникнути прилипання металевих елементів устаткування, що використовується в переробці);
- барвниками (служать у декоративних цілях та для створення маркувань);
- антипіренами (зменшують горючість деяких полімерів);
- фунгіцидами, антисептиками, інсектицидами (надають антисептичні властивості та стійкість до дії комах та грибкової плісняви).
У природному середовищі матеріали формуються в організмах.
Крім того, існують близькі до полімерів за будовою сполуки, які називаються олігомерами. Їх відмінності полягають у меншій кількості ланок і зміні вихідних властивостей при видаленні чи додаванні однієї чи кількох їх, тоді як параметри полімерів у своїй зберігаються. До того ж, немає однозначної думки щодо відносин між даними сполуками. Одні вважають олігомери низькомолекулярними варіантами полімерів, інші - окремим типом сполук, які не належать до високомолекулярних.
Класифікація
Полімери диференціюють за складом ланок на:
- органічні;
- елементоорганічні;
- неорганічні.
Перші є основою більшості пластмас.
Речовини другого типу включають у ланках вуглеводневі (органічні) та неорганічні фрагменти.
За будовою їх диференціюють на:
- варіанти, у яких атоми різних елементів перебувають у обрамленні органічних груп;
- речовини, де вуглецеві атоми чергуються з іншими;
- матеріали з вуглецевими ланцюгами в обрамленні елементоорганічних груп
Усі типи мають основні ланцюги.
Найбільш часто зустрічаються серед неорганічних полімерів є алюмосилікати і силікати. Це є основні мінеральні речовини кори планети.
На основі походження полімери класифікують на:
- природні;
- синтетичні (що синтезуються);
- модифіковані (змінені варіанти першої групи).
Останні поділяють за способом отримання на:
- поліконденсаційні;
- полімеризаційні.
Поліконденсацією називають процес формування макромолекул з молекул мономеру, що містять більше однієї функціональної групи, з виділенням NH 3 , води та інших речовин.
Під полімеризацією розуміють процес формування з мономеру макромолекул із кратними зв'язками.
Класифікація за макромолекулярною будовою включає:
- розгалужені;
- лінійні;
- тривимірні пошиті;
- сходові.
За реакцією на термічний вплив полімери диференціюють на:
- термореактивні;
- термопластичні.
Речовини першого типу представлені просторовими варіантами із жорстким каркасом. При нагріванні з ними відбувається деструкція, дехто спалахує. Це зумовлено рівною міцністю внутрішніх зв'язків та зв'язків ланцюгів. Внаслідок цього термічна дія веде до розриву як ланцюгів, так і структури, отже, відбувається незворотне руйнування.
Термопластичні варіанти представлені лінійними полімерами, що оборотно розм'якшуються при нагріванні і отверждаемими при охолодженні. Їхні властивості після цього зберігаються. Пластичність цих речовин обумовлена розривом при помірному нагріванні міжмолекулярних та водневих зв'язків ланцюгів.
Нарешті, за особливостями будови органічні полімери поділяють кілька класів.
- Слабо- та неполярні термопласти. Представлені варіантами із симетричною молекулярною структурою або зі слабополярними зв'язками.
- Полярні термопласти. До цього типу відносять речовини з несиметричною молекулярною структурою та власними дипольними моментами. Іноді їх називають низькочастотними діелектриками. Зважаючи на полярність, вони добре притягують вологу. Також більшість із них здатна змочуватися. Дані речовини відрізняються від попереднього класу меншим електроопіром. При цьому багато полярних термопластів характеризуються високими показниками еластичності, хімічної стійкості, механічної міцності. Додаткова обробка дозволяє перетворити дані з'єднання на гнучкі гумоподібні матеріали.
- Термореактивні полімери. Як згадувалося вище, це речовини із просторовою системою ковалентних зв'язків. Вони відрізняються від термопластичних варіантів твердістю, стійкістю до нагрівання і крихкістю, великим модулем пружності і меншим коефіцієнтом лінійного розширення. До того ж такі полімери не схильні до впливу звичайних розчинників. Вони є основою для багатьох речовин.
- Шаруваті пластмаси. Представлені шаруватими матеріалами із просочених смолою листів паперу, склотканини, деревного шпону, тканини та ін. Такі полімери характеризуються найбільшою анізотропією характеристик та міцністю. Але вони малопридатні до створення предметів складної конфігурації. Застосовуються у радіо-, електротехніці, приладобудуванні.
- Металопласти. Це полімери, що включають металеві наповнювачі у вигляді волокон, порошків, тканин. Дані добавки служать для надання специфічних властивостей: магнітних, поліпшення демпфування, електро-і теплопровідності, поглинання та відображення радіохвиль.
Властивості
Багато органічних полімерів відрізняються хорошими електроізоляційними параметрами в широкому інтервалі напруг, частот і температур при великій вологості. До того ж вони мають гарні звуко- та теплоізоляційні характеристики. Також зазвичай органічні полімери характеризуються високою стійкістю до хімічного впливу, не схильні до гниття і корозії. Нарешті, дані матеріали мають велику міцність при малій щільності.
Наведені вище приклади демонструють загальні для органічних полімерів характеристики. Крім цього, деякі з них відрізняються специфічними особливостями: прозорістю та малою крихкістю (органічне скло, пластмаси), макромолекулярним орієнтуванням при спрямованому механічному впливі (волокна, плівки), великою еластичністю (каучук), швидкою зміною фізико-механічних параметрів під впливом кількості (каучук, шкіра і т.д.), а також великою в'язкістю при малій концентрації, радіопрозорістю, антифрикційними характеристиками, діамагнетизмом, і т.д.
Застосування
Завдяки названим вище параметрам, органічні полімери мають велику сферу застосування. Так, поєднання великої міцності з невеликою щільністю дозволяє отримати матеріали великої питомої міцності (тканини: шкіра, шерсть, хутро, бавовна і т. д.; пластмаси).
Крім названих, з органічних полімерів випускають інші матеріали: гуми, лакофарбові матеріали, клеї, електроізоляційні лаки, волокнисті та плівкові речовини, компаунди, сполучні матеріали (вапно, цемент, глина). Їх застосовують для промислових та побутових потреб.
Однак органічні полімери мають суттєвий практичний недолік - старіння. Під цим терміном розуміють зміну їхніх характеристик і розмірів у результаті фізико-хімічних перетворень, що відбуваються під впливом різних факторів: стирання, нагріву, опромінення і т. д. Старіння відбувається шляхом перебігу певних реакцій залежно від виду матеріалу та факторів, що впливають. Найбільш поширеною серед них є деструкція, що передбачає формування більш низькомолекулярних речовин унаслідок розриву хімічного зв'язку головного кола. На основі причин деструкцію поділяють на термічну, хімічну, механічну, фотохімічну.
Історія
Дослідження полімерів почало розвиватися до 40 років. XX ст. і сформувалося як самостійна наукова область у середині століття. Це було пов'язано з розвитком знань про роль даних речовин в органічному світі та з'ясування можливостей їх застосування в промисловості.
При цьому ланцюгові полімери виготовляли ще на початку XX століття.
До середини століття освоїли випуск електроізолюючих полімерів (полівінілхлориду та полістиролу), плексигласу.
На початку другої половини століття розширилося виробництво полімерних тканин за рахунок повернення матеріалів, що випускалися раніше, і появи нових варіантів. Серед них – бавовна, шерсть, шовк, лавсан. У той же період, завдяки застосуванню каталізаторів, почали випуск поліетилену і поліпропілену при малому тиску і стереорегулярних варіантів, що кристалізуються. Трохи пізніше освоїли масовий випуск найвідоміших герметиків, пористих та адгезивних матеріалів, представлених поліуретанами, а також елементоорганічних полімерів, що відрізняються від органічних аналогів більшою еластичністю та термостійкістю (полісилоксани).
У 60 - 70-х роках. були створені унікальні органічні полімери з ароматичними компонентами, що характеризуються високою термостійкістю та міцністю.
Виробництво органічних полімерів інтенсивно розвивається і зараз. Це зумовлено можливістю використання дешевих матеріалів, таких як вугілля, попутні гази нафтопереробки та видобутку та природні гази, у сукупності з водою та повітрям у вигляді вихідної сировини для більшості з них.