Макромолекулалардың кеңістіктік құрылымы

Мазмұны

Кіріспе                                                        

I Әдебиетке шолу

1. Макромолекулалардың кеңістіктік құрылымы
2. Құрлымы кеңістіктік полимерлердің ісінуі

II Эксперименттік бөлім

2.1 Синтетикалық  каучуктердің ісіну дәрежесін  анықтау

2.2 Алынған нәтижелерді өңдеу және талдау

 

Қорытынды

Пайдаланған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

     Курстық  жұмыста макромолекулалардың кеңістіктік  құрлымы және құрлымы кеңістік  полимерлердің ісінуі қарастырылады.

     Эксперименталдық  бөлімде СКИ-3 синтетикалық каучуктің ісіну дәрежесін анықтау барысында полимерлердің ісіну дәрежесін әр түрлі жағдайларда өзгеруін, полимердің құрылымын және оның эксплуатациялық қасиеттеріне байланысты екені анықталады.

     Жұмыстың  көлемі 19 бет. Кесте -1. Формулалар  саны 10. Сурет-5. Қолданған әдебиеттер тізімі-10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

         Кіріспе

        Табиғи жоғары молекулалық қосылыстар (целлюлоза, крахмал, лингин, белоктар  және нуклеин қышқылдары) ерте  заманнан мәлім. Оларды жануарлар  мен өсімдіктер әлемінен көптеп кездестіруге болады. Жоғары молекулалық қосылыстар химия ғылымының бір саласы ретінде өткен ғасырдың 30-жылдарында қалыптасып, бұл күнде дамудың жоғары сатысына көтерілді.

      Полимерлерге деген орасан қызығушылық,  ғылыми ізденістер, синтетикалық полимерлерді өндірудің ауқымы жоғары молекулалық қосылыстардың таңғажайып физика-химиялық қасиеттеріне негізделген.

      Жоғары молекулалық қосылыстарды  синтездеудің жаңа тәсілдерін  іздестіруде олардың физикасы  және механикасы дамыды, макромолекулаларды химиялық түрлендіру кең өріс алды. Полимерлердің түзілу механизмдері мен жылдамдықтары, олардың қатты фазадағы, ертіндідегі және балқымадағы құрлымдары мен қасиеттері, пайдалану кезінде осы балқымадағы құрлымдары мен қасиеттері, пайдалану кезінде осы қасиеттерінің өзгеруі жан-жақты зерттелуде.

      Полимерлердің еруінің ерекшелігі, молекулалар өлшемдері бір-бірінен  мың есе ерекшелінетін компоненттер  араластындығымен түсіндіріледі,  осыдан молекулалардың қозғалғыштығы  да әртүрлі болып табылады.

      Егер бір сұйықтық екінші біреуінің  бетіне абайлап құятын болсақ, олардың бір-біріне өзара енуі  орын алады, егер су және  этил спирті болғандағы жағдайды  алатын болсақ, соңғысының молекулалары  су фазасына кіреді, ал су молекулалары  спирт фазасына енеді. Екі сұйықтықтың да молекулалары кіші және қозғалғыш болғандықтан, олардың өзара бір-біріне енуі бірдей жылдамдықпен жүреді, және сұйықтар араласады.

      Төмен молекулалы сұйықтардың  молекуласының қозғалғыштығы өте  орасан. Полимердің төмен молекулалы сұйықтықпен жанасуында оның молекуласы полимер фазасына тез ене бастайды, ал орасан үлкен өлшемдегі макромолекулалар осы уақыт ішінде еріткіш фазасына өтіп үлгермейді: жоғары молекулалы полимер еруден алждын ісінеді.

       Ісіну – бұл төмен молекулалы сұйықтықты (немесе буларын) полимердің сіңіруі немесе сорбциялауы болып табылады. Бірақ бұл процесс минериалды адсорбенттер ішкі немесе сыртқы беттерінде жүретін физикалық  адсорбция процестерінен және қағида бойынша сорбенттің құрлымының едәуір өзгертуімен күзетілген өз микрокеуектерінде бу немесе газдарды еріту процесиерінен де принципиальды ерекшелінеді.

      Төмен молеклалы сұйықтықтың  (немесе будың) молекуласы ісіну  кезінде полимер құрылымы элементтері  арасына ене отырып құрылым  аралық ісіну тудырады немесе құрылым ішіне ене отырып макромолекулаларды ығыстырады (құрылым ішілік ісіну). Соған сәйкес, ісіну процесі – массаның, көлемінің ұлғаюы және құрлымның өзгеруімен жүретін, полимердің төмен молекулалы затты сорбциялауы (сіңіруі) болып табылады [2].

       Ісінуді құрлымдық элементтерді жылжыта отырып уақытпен бөлінген полимердегі бос орындардың немесе кеуектердің тотығу процесі деп қарастыруға болмайды . Бұл процестер бір мезгілде кеуектердің қайта таралуын тудыра отырып жүреді.

      Ісіну – полимер ерітікш ролін ойнайтын, ал ол еритін зат – еріген зат ролін ойнайтын бір жақты араласы болып табылады. Ісінудің шектелмен және шектелмеген түрлері болады.

      Сызықты және тармақталған құрылыстағы  полимерлердің шекті ісінулерін  ажыратуға болады. Сызықты полимерлер үшін бұл поцесс сұйықтықтардың шекті араласу процесіне ұқсас болады, белгілі бір шарттарда (температурада және компоненттердің белгілі бір концентрацияларында) ісіну шекті, бірақ шарттардың сәйкес өзгеруінде ол шектелмеген ісінуге өтуі мүмкін. Мысалы, желатин бөлме температурасында суда шекті ісінеді, ал 35⁰с температураға дейін қыздырған кезде ол суда шексіз ериді.

        Егер полимерде химиялық байланыстармен  түзілген кеңістіктік тор болатын  болса, онда тізбектер ешқандай  температурада (полимердің ыдырауымен төмен температураларда) бөліне алмайды. Соған сәйкес, тармақталған полимерлер принципальды ерімейді, бірақ олар гель немесе қабыршақтар түзе отырып ісінуі мүмкін.

       Тақырыптың өзектілігі: Өндірісте  және өнеркәсіптерге қажетті  материалдар өндіруге жұмсалатын шикізат базасын кеңейту жоғары молекулалық қосылыстардың химиясы мен технологиясының жемісті де қарқынды дамуы құрлымы кеңістіктік полимерлердің ісінуіне ықпал етеді.

      Курстық жұмыстың мақсаты –  макромолекулалардың химиялық, кеңістіктің құрлымдарын сараптау және эксперименталды синтетикалық каучуктің ісіну дәрежесін анықтап полимерлердің ісіну дәрежесін әртүрлі жағдайларда өзгеруін, полимердің құрлымын және оның эксплуатациялық қасиеттеріне байланысты екенін анықтау.

      Курстық жұмыстың міндеттері:

• жұмыстың мазмұнына тиісті мәліметтерді жинап, тақырып бойынша әдеби шолу жүргізу.
• лабораториялық әдістемелерді қолданып синтетикалық каучуктердің ісіну дәрежесін анықтау.
• зерттеу нәтижелерін талдау және қорытынды жасау.

Жұмыс орындау барысында гравиметрия әдісі қолданылады.

    

 

 

1. Әдебиетке шолу

 

          1.1 Макромолекулардың кеңістіктік  құрылымы

   Полимерлер  – бұл аты айтып тұрғандай  молекулалары (поли-көп, мера-бөлік), құрлысы жағынан бірдей немесе  әртүрлі қайталанып келіп отыратын көптеген атом топшаларынан тұратын, өзара химиялық немесе координациялық байланыстармен сызықты немесе тармақталған тізбектерге бірікккен табиғи және синтетикалық қосылыстар.

     Көмегімен  полимер құрлысын суреттеуге  болатын атомдар тобы құрамдық  буын деп аталады. Көп рет қайталанып келіп отыратын құрамдық буын – қайталанатын буын, тізбек соңында кездесетін топтар – аяқтаушы топтар деп аталады. Қайталанып отыратын құрамдық буындар мен аяқтаушы топтардан тұратын полимер молекуласы макромолекула деп аталады.

        Полимер түзілетін заттар мономерлер (моно-бір) деп аталады. Егер  полимерді алғанда мономер толығымен  соның құрамына еніп кететін  болса, онда құрамдық қайталанып  отыратын буын мономерлік буын  деп аталады. Егер полимерді  алғанда төмен молекулалы өнімдер, мысалы, су, газдар бөлінетін болса, онда құрамындағы буын құрлысының (немесе қайталанып отыратын құрамдық буын) монемер құрлысынан айырмашылығы болады және мұндай буынды мономерлік деп атауға болмайды.

       Бір мономерден алынатын полимерлер  гомополимерлер, ал екі немесе одан да көп мономерлерден алынатындар сополимерлер деп аталады.

       Қайталанып отыратын буындар  санын кең аралықта – бірнеші  ондықтан ондаған мыңға дейін  түрлендіруге болады. Қағида бойынша,  бір полимерде ұзындығы әртүрлі,  былайша айтқанда қайталанып отыратын құрамдық буындар саны  әртүрлі  макромолекулалар болады.

         Төмен молекулалы қосылыстардан  полимерге өту қайталанып отыратын  буындар санының өсуі нәтижесінде  жүреді. Бұл кезде физикалық және  химиялық қасиеттері әжептеуір өзгереді, бірақ белгілі бір мәнге жеткенде буын сандарының одан ары өсуіне қарамастан, олар өзгеруін тоқтатады. Осы сәттен бастап қосылыс полимер болып табылады. Демек, полимер бұл – көп рет қайталанып отыратын бір немесе одан да көп құрамдық буындардан тұратын бір немесе бірнеше буындарын алып тастаған кезде іс – жүзінде өзгермейтін қасиеттер жиынтығын байқауға қажетті өзара химиялық немесе координациялық байланыстар санымен жалғасқан қосылыс.

       Полимер құрлымы деп, оны құрайтын  барлық элементтерінің кеңістікте өзара әрекеттесу сипатын атайды.

      Молекулалардың құрлымы химиялық, кеңістіктік және электрондық  құрлымдар болып бөлінеді. Химиялық  құрлымы – молекуладағы атомдардың  химиялық байланыстардың жалғасымдағы (А.М. Бутелоров). Кеңістіктік құрлым – кеңістікте молекула атомдарының белгілі бір орналасуы (молекуланың геометриясы). Элктрондық құрылым – молекула атомдарында электрондық тығыздықтың, зарядтардың, қосарланбаған электрондардың орналасуы. Полимер макромолекуласының алдымен химиялық және кеңістіктік құрылымына назар аударады.

      Макромолекуланың кеңістіктік құрлымы  – бұл макромолекуланың негізгі  тізбегімен байланысқан атомдар  мен атом топтарының кеңістікте  белгілі бір орналасуы Винилды  мономерлермен  СН₂=СН–R түзілген макромолекуланың кеңістіктік құрлымы (винилды мономерлерге винил тобын –СН=СН₂ құрайтын қосылыстар жатады). Егер созылған тізбек түрінде макромолекуланы (−СН₂=СН–R− )_n елестесек, онда тетраэдрлік құрлымға (sp³-гибридизация) ие барлық көміртек атомдары 109⁰28 бұрышымен С – С –байланыстарының зигзаг тәріздес қаңқасы түрінде бір жазықтықта орналасады. [8]

       Топтар (немесе орынбасушылар) R осы  жазықтыққа қатысты кеңістікте  әр түрлі орналасуы мүмкін. Мұны  «басы-соңына» типі бойынша байланысқан  4 буын енетін тізбектің кесінділердің мысалында қарастырамыз.

1. Негізгі тізбектің  жазықтығынан R орынбасушылары бір жақта орналасқан:

 

2. Негізгі тізбектен R орынбасушылары әр түрлі жақта орналасқан:

 

     Егер (−СН₂=СН–R− )_n негізгі тізбектің макромолекулаларында R орвнбасушылары ретті орналасса, полимер стереоретті деп аталады: немесе олрдың барлығы тізбек жазықтығынан бір жақта орналасады (мұндай полимерлер изотактикалық деп аталады)

 

немесе бұл  жазықтықтың біріне және басқасына  қатаң кезекпен (синдиотактичкалық полимерлер)

 

[«синдио» мағынасы «үсті-асты»]

       

 

 

 

 

 

 

 

 

       Стереоритті полимерлер кристалдануға қабілетті, олар үлкен беріктікке және жылу тұрақтылыққа ие.

    Егер  бүйірлік орвнбасушылар макромолекулаларда  негізгі тізбек жазықтығына қатысты  ретсіз орналасса, онда мұндай полимер стереоретсіз немесе атактикалық болып табылады.

 

     Атактикалық  полимерлер кристалдануға қабілетсіз  және дәл сондай химиялық құрамды  стереоретті полимерлерден көптеген  эксплуатациялық қасиеттері бойынша  қалып қояды.

    Диен  мономерлермен тнзілген макромолекулалардың кеңістіктік құрылымы. Мұндай макромолекулалардың құрылымдық буынында қосарланған байланыс бар (мысалы, 1,4-полибутадиенде немесе 1,4-полиизопренде). Бұл жағдайда цис- және транс-  изомерлері құрлымдар болуы мүмкін:

  •••-СН₂           СН₂-•••                                •••- СН₂            Н

              С=С                                                             С=С

       Н              Н                                                  Н           СН₂-•••

            Цис-                                                           транс-

     Осы типті  стереоретті полимер мысалы табиғи  каучук (1,4-цис-полиизопрен) болып  табылады:

              Н        СН₃         Н          СН₃       Н       СН₃

 

                 С=С                     С=С                 С=С

     •••−СН₂                СН₂−СН₂           СН₂−СН₂        СН₂•••

 

2. Құрлымы кеңістіктік полимерлердің ісінуі