Полимеры - высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев (белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества).

Основные понятия Низкомолекулярные соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами. Например, пропилен СН 2 =СH–CH 3 является мономером полипропилена: Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном....-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 - CHCl-... В формуле макромолекулы это звено обычно выделяют скобками: (-CH 2 -CHCl-) n

Основные понятия Степень полимеризации это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу. В формуле макромолекулы степень полимеризации обычно обозначается индексом "n" за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: n >> 1 Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением: М(макромолекулы) = M(звена) n, где n - степень полимеризации, M - относительная молекулярная масса

Стереорегулярные Нестереорегулярные Полимеры с произвольны м чередование м звеньев Полимеры с чередованием звеньев в определенном порядке Эластичность Цис- форма Транс- форма Стереорегулярность

Заместители R расположены по одну сторону от плоскости главной цепи: 2. Заместители R находятся по разные стороны от главной цепи: Пример отрезка цепи, включающего 4 звена, соединенных по типу "голова-хвост".

Органические(белок) Неорганические(селен,теллур) Элементо-Органические(силикон) Это такие полимеры, которые в основной цепи содержат атомы не углерода, а других химических элементов Состав основной цепи

Термопластичные (обратимо твердеют и размягчаются) Термореактивные (Вещество нельзя возвратить в вязко-текучее состояние нагреванием или растворением) Отношение к нагреванию

Природное Искусственное Синтетическое

БИОПОЛИМЕРЫ Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов

Биополимеры основные типы биополимеров нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) белки полипептиды белки полипептиды полисахариды ( целлюлоза, крахмал, гликоген) полисахариды ( целлюлоза, крахмал, гликоген) полиизопрены (натур.каучук, гуттаперча и т.д.) полиизопрены (натур.каучук, гуттаперча и т.д.)

Структурная организация белков. Первичная структура - определенная последовательность α- аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Вторичная структура - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры - α-спираль. Другая модель - β-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают меж цепные (межмолекулярные) Н-связи.

Структурная организация белков. Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий Четвертичная структура - агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Высокомолекулярные соединения Интересно, что из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров: Во-вторых, благодаря особым, только для них характерным свойствам, полимеры (синтетические, искусственные и некоторые природные) широко используются при изготовлении самых разнообразных материалов: п о л и м е р н ы е м а т е р и а л ы пластмассы каучуки плёнки волокна лаки клеи

Композиционные материалы Полимеры применяются для получения композиционных материалов, ионообменных смол (полиэлектролитов) … Композиционный материал (композит) - это материал, в котором наряду с основным веществом содержатся упрочняющие или модифицирующие компоненты. В состав композита входят: связующее вещество (обычно полимер), наполнитель, пластификаторы, свето- и термостабилизаторы, красители и т.п. Прочность полимерных композиций, содержащих наполнитель, обусловлена дополнительными силами, связывающими наполнитель с полимером за счет адгезии (прилипания).

Композиционные материалы Вот некоторые примеры наполнителей в композитах: сажа в резине, ткань в текстолите, бумага в гетинаксе, стеклоткань и стекловолокно в стеклопластиках, металлы (порошок или нити) в металлополимерных, взрывчатые вещества (порох) в твердом ракетном топливе, нитевидные монокристаллы Al 2 O 3, карбидов кремния и бора, графита и т.д. в особо прочных материалах для космической техники

Способы получения Поликонденсация Это химический процесс соединения исходных молекул мономера в макромолекулы полимера, идущий с образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды) Полимеризация Это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

Способы получения 1. Гомополимеризация – соединение молекул одного мономера

Способы получения 2. Сополиконденсация – соединение молекул двух и более исходных веществ

Способы получения 3. Гомополиконденсация – соединение молекул одного мономера

Линейная Разветвлённая Пространственная Изогнутая (волокна, сера пластическая) Скрученная (каучуки) (крахмал, полиэтилен Р) (резина, кварц)

Каучуки Каучуки натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, млечного сока каучуконосных растений. В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов

Открытие натурального каучука Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет. Каучук на языке индейцев тупи-гуарани означает «слёзы дерева». Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций инков и майя в Центральной и Южной Америке, возраст этих шаров не менее 900 лет. Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад. Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского мячика и школьной резинки

В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»). В 1791 году английский фабрикант Самуэль Пил (Samuel Peal) запатентовал способ сделать одежду водонепроницаемой с помощью обработки её раствором каучука в скипидаре. Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетённых с тканью

Первая резина В 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) и американский химик Натаниель Хейвард (Nathaniel Hayward) обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе устраняет липкость изделий из каучука. Через некоторое время он обнаружил коже подобный материал резину. Этот процесс был назван вулканизацией. Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было предложено уже более различных изделий из резины

Состав и строение натурального каучука Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (C 5 H 8 ) n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:

Получение синтетического каучука В разработке синтеза каучука Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным бутадиеном Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта

Получение синтетического каучука Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов: В качестве катализатора полимеризации 1,3-бутадиена С. В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А. А. Кракау

Пластмассы и волокна Обычно полимеры редко используют в чистом виде. Как правило из них получают полимерные материалы. К числу последних относятся пластмассы и волокна. Пластмасса – это материал, в котором связующим компонентом служит полимер, а остальные составные части – наполнители, пластификаторы, красители, противоокислители и др. вещества.

Особая роль отводится наполнителям, которые добавляют к полимерам. Они повышают прочность и жёсткость полимера, снижают его себестоимость. В качестве наполнителей могут быть стеклянные волокна, опилки, цементная пыль, бумага, асбест и др. Поэтому такие пластмассы, как, например, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фенолформальдегидные, широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в медицине, культуре, в быту. Пластмассы

Волокна – это вырабатываемые из природных или синтетических полимеров длинные гибкие нити, из которых изготавливается пряжа и другие текстильные изделия. Волокна подразделяются на природные и химические. Природные, или натуральные, волокна - это материалы животного или растительного происхождения: шёлк, шерсть, хлопок, лён. Волокна

Химические волокна получают путём химической переработки природных (прежде всего целлюлозы) или синтетических полимеров. К химическим волокнам относятся вискозные, ацетатные волокна, а также капрон, нейлон, лавсан и многие другие. Волокна