Высокомолекулярные органические соединения

Содержание

Введение …………………………………………………………………………2

Глава 1. Классификация ВМС…………………………………………………..2

Глава 2. Строение и свойства высокомолекулярных органических

соединений……………………………………………………………………….5

Глава 3. Методы получения  полимеров………………………………………..9

Заключение……………………………………………………………………….10

Литература……………………………………………………………………….11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Высокомолекулярными соединениями (полимерами) называются органические вещества, молекулы которых состоят из большого количества повторяющихся звеньев. Полимеры (греч. «поли» - много; «мерос» — часть) — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, которые состоят из множества «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями.

     Высокомолекулярные  соединения  получили  свое  название  вследствие большой величины их молекулярного веса, что отличает их от  низкомолекулярных веществ, молекулярный вес  которых  редко   достигает нескольких сотен. Таким образом, в настоящее время принято относить  к ВМС вещества  с молекулярным весом более 5000.

     Химия высокомолекулярных  соединений появилась на основе классической органической химии, затем она постепенно оформилась в самостоятельную область, которая впитала в себя достижения как органической, так и физической химии. Химия ВМС широко использует методы исследования, использующиеся в физике. Роль высокомолекулярных органических веществ в жизни современного человека очень велика, так как они широко используются в производстве и в народном хозяйстве.

Глава 1: Классификация ВМС

    Классификация высокомолекулярных соединений может проводиться по различным признакам. Знание этих признаков позволяет получить ценные сведения о структуре и основных свойствах соединений и композиций, полученных на основе ВМС.

   Существует несколько важных признаков, по которым можно классифицировать высокомолекулярные органические соединения:

• Происхождение;
• Природа;
• Тип реакции;
• Отношение к повышенным температурам;
• Состав основной цепи;
• Структура макромолекул;
• Полярность.

 

Данные по классификации  ВМС представлены в виде таблицы.

Таблица 1:

Классификация	Тип, вид	Тип, вид	Тип, вид
По происхождению	Природные	Искусственные	Синтетические
По природе	Органические	Неорганические	Элементоорганические
По типу реакции получения ВМС	Полимеризационные	Поликонденсационные	-
По отношению к действию повышенных температур	Термопластичные	Термореактивные	-
По составу главной цепи	Карбоцепные	Гетероцепные	-
По структуре макромолекул	Линейные	Разветвлённые	Пространственные
По полярности	Гидрофильные (полярные)	Гидрофобные (неполярные)	Амфифильные (содержат как полярные, так и неполярные звенья)

 

     Как видно из Таблицы 1, классификация высокомолекулярных органических веществ довольно обширна и требует особого изучения. Так, природные ВМС - это природные органические полимеры, которые образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле. Учёные предполагают, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле является именно образование из простых органических молекул более сложных высокомолекулярных соединений.

     Неорганические высокомолекулярные соединения играют такую же большую роль и так же распространены в минеральном мире, как органические ВМП в живой природе. К неорганическим высокомолекулярным соединениям относится кремниевый ангидрид – вещество, из которого на 50% состоит земная кора. Наиболее распространенной модификацией кремниевого ангидрида является кварц – важнейшая составная часть большинства горных пород и песка. Так же к ним можно отнести соединения на основе серы, фосфора и других неметаллов.

     Элементоорганические соединения – это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат наряду с углеводородными группами неорганические фрагменты, в первую очередь атомы поливалентных металлов (цинка, магния, меди), а также кремния, фосфора и др.

     Высокомолекулярные органические соединения получают при помощи реакций полимеризации и поликонденсации. При полимеризации друг с другом соединяется большое количество молекул, которые образуют одну большую молекулу, при этом, в реакцию полимеризации могут вступать молекулы разных веществ. Реакции полимеризации характерны для непредельных соединений.

     При поликонденсации реакция идёт следующим образом: при образовании макромолекулы полимера выделяются низкомолекулярные вещества, например, вода. Поликонденсация – это сложный многоступенчатый процесс, с помощью которого появляются такие вещества, как полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты, полиуретаны – линейные полимеры, а так же сетчатые полимеры, такие как алкидные смолы, меламин-альдегидные смолы, фенол-альдегидные смолы и др.

     Кроме того, практически все биополимеры (включая ДНК, РНК и белки) образуются так же благодаря поликонденсации с участием определённых ферментных комплексов.

     Высокомолекулярные соединения можно разделить на два больших класса – карбоцепные ВМС и гетероцепные ВМС. Разница между этими двумя классами в том, что в карбоцепных высокомолекулярных соединениях основная (главная) цепь состоит только из атомов углерода (полиэтилен, поливинилхлорид), а в гетероцепных ВМС цепь включает в себя помимо атомов углерода и другие атомы, такие как азот, кислород, кремний или фосфор. К таким соединениям относятся целлюлоза, природные белки, полиэфиры.

Глава 2: Строение и свойства высокомолекулярных органических соединений.

     Говоря о строении полимеров,  следует подчеркнуть, что в понятие «строение полимеров», вкладывается сочетание таких факторов, как:

• элементный состав вещества;
• порядок связи атомов;
• природа межмолекулярных связей;
• наличие межмолекулярных взаимодействий.

     Строение полимеров напрямую зависит от тех молекул, которые входят в их состав.

     Характерным для полимеров является наличие длинных цепных молекул с большими различиями в  характере связей вдоль основной цепи и между цепями. Следует иметь в виду, что характерные свойства полимеров могут быть реализованы только тогда, когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия любого происхождения. Именно в этом и состоит основная особенность строения полимерных тел. Поэтому можно утверждать, что весь комплекс аномальных свойств полимеров определяется наличием линейных цепных молекул с относительно слабым межмолекулярным взаимодействием. Разветвление этих молекул или соединение их в сетку вносит некоторые изменения в комплекс свойств, но не меняет положения дел по существу до тех пор, пока остаются достаточно длинные цепные линейные отрезки. Напротив, утрата цепного строения молекул при образовании из них глобул или густых сеток приводит к полной утрате всего комплекса характерных для полимеров свойств.

     Полимерные цепи удерживаются за счет вторичных связей (создаваемых силами Ван дер Ваальса), а при достаточной длине цепей — за счет переплетения. Чем выше молекулярная масса полимера, тем сильнее будут переплетены между собой полимерные цепи и тем крепче будут межмолекулярные связи.

     Полимеры могут иметь следующую структуру:

• линейную;
• линейно-разветвлённую;
• лестничную;
• пространственно-сетчатую.

     Линейные полимеры образуются при полимеризации мономеров или линейной поликонденсации. Линейные полимеры являются уникальными соединениями. Макромолекулы в  них представлены в виде длинной цепи. Они связываются между собой силами Ван-дер-Ваальса.

     Кроме того, в линейных макромолекулах атомные группы расположены в виде открытой цепи и могут иметь кристаллическую структуру (например, полиэтилен, полиамид и некоторые полиэфиры).

     Линейно-разветвлённая или разветвлённая структура характерна для разного рода пластмасс. Разветвленные полимеры могут образоваться как при полимеризации, так и при поликонденсации. Разветвление полимеров может быть вызвано ростом боковых цепей, передачей боковой цепи на макромолекулу, физическими воздействиями, такими, как g-облучение, нагревание и смесь полимера и мономеров. Таким образом, в макромолекулах разветвленной структуры некоторые звенья связаны более чем с двумя другими звеньями, вследствие чего из основной цепи главных валентностей образуются ответвления в виде небольших боковых цепей.

Лестничные полимеры –  это полимеры со сдвоенной цепью, с регулярной линейной сеткой, обладающие регулярной полициклической структурой. Это линейные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых представляют собой протяженную систему конденсированных циклов. В реальных условиях синтеза образуются обычно не лестничные, а так называемые блок-лестничные полимеры и спирополимеры, обладающие большей устойчивостью. Лестничные полимеры непрочны и используются лишь в виде плёнок и покрытий (например, хлористый палладий, полисилоксан).

Сетчатые полимеры – это  сложноорганизованные полимеры, оразующие единую пространственную сетку. Сетчатые полимеры содержат узлы сшивки (узлы ветвления) - химические, физические и топологические. В большинстве сетчатых полимеров узлы образованы химическими связями, например, феноло-, амино-, мочевино-формальдегидные и эпоксидные смолы, полиуретаны и др. Кроме того, в сетчатых полимерах узлы сшивки  могут иметь физическую природу – такие узлы держатся за счёт электростатических, ван-дер-ваальсовых или водородных связей. Примерами сетчатых полимеров с такими узлами могут служить желатин и крахмал.

Сетчатые полимеры сильно отличаются по свойствам от линейных и разветвленных полимеров. Они не плавятся без разложения и не могут быть переведены в раствор, они набухают в растворителях. Это связано с тем, что в сетчатых полимерах преобладают прочные химические связи между макромолекулами. Физические и механические свойства этих полимеров зависят от числа межмолекулярных химических связей и от регулярности их расположения. С увеличением числа межмолекулярных связей твердость вещества увеличивается, повышается модуль упругости и уменьшается относительная деформация, т. е. свойства сетчатого (пространственного) полимера приближаются к свойствам кристалла (примером кристаллического полимера с правильной пространственной решеткой является алмаз).

       Разные полимеры обладают различными свойствами, при этом стоит отметить, что к общим специфическим свойствам полимеров можно отнести следующие особенности: