Синтетикалық полимерлер. Химия, 11 сынып, дидактикалық материал.

ЖОҒАРЫ МОЛЕКУЛАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАР

Жалпы сипаттама

Жоғары молекулалық қосылыстар немесе полимерлер деп молекулалары жүздеген немесе мыңдаған көміртегі атомдарынан, соған сәйкес молекулалық массалары мыңдаған, тіпті миллиондаған массаның атомдық бірлігіне тең болатын және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар қосылыстарды атайды. Полимерлердің атомдары бір-бірімен химиялық байланыс арқылы қосылады.

 Полимерлер табиғи, синтетикалық және жасанды болып бөлінеді. Полимерлер табиғатта кеңінен таралған. Өсімдік және жануарлар ағзаларының құрамына жоғары молекулалы қосылыстар: целлюлоза, ақуыз, крахмал, нуклеин қышқылдары кіреді.

Табиғи полимерлерге мыналар жатады:

 Жасанды полимерлерге (талшықтарға) табиғи полимерлердің ксантогенат, целлюлоза нитраты, ацетатының қайта өңделуі нәтижесінде түзілген полимерлер жатады:

 Синтетикалық полимерлерге мономерлерден жасанды жолмен алынатын полиаминдер, полиэтилен, полистирол, синтетикалық талшықтар және т.б. жатады.

 Ең қарапайым органикалық полимер – полиэтилен, ол этиленнің полимеризациялануынан түзіледі. Бастапқы зат этилен – мономер деп, ал мономердің n молекуласы қосылса, полимер түзіледі («поли» – көп деген сөз).

nН₂С=СН₂ → [−CH₂−CH₂−]_n

 Мономерлердің негізгі бөлігінен тұратын топтар буындар деп, ал буындардан құралған үлкен молекула – макромолекула деп аталады. Макромолекуланың құрамына кіретін буындар саны жоғары молекулалық қосылыстардың полимерлену дәрежесін көрсетеді, оны Р әріпімен белгілейді.

Полимерлену дәрежесі (Р) жоғары молекулалық қосылыстың молекулалық массасымен (М_n) мынандай қатынаста болады:

Р = М_n / m

мұнда, m – буынның молекулалық массасы.

Химиялық табиғатына байланысты полимерлер органикалық, бейорганикалық және элемент органикалық болып бөлінеді.

 Полимерлердің төмен молекулалық қосылыстармен салыстырғанда бірқатар ерекше қасиеттері бар. Атап айтқанда, полимерлер ұшқыш зат емес, ерудің алдында ісінеді, макромолекула ерітінділерінің тұтқырлығы өте жоғары, полимерлер иілгіш күйде бола алады.

 Макромолекула тізбектерінің құрылымына байланысты полимерлер: сызықты, тармақталған, торланған (үш өлшемді) болады. Егер әрбір элементар буынды А деп белгілесек, онда сызықты құрылымды макромолекуланың түрі мынандай болады:

...− А− А − А – А − ...

 Бұл жағдайда элементар буын тек екі көрші буынмен байланысады.

 Егер макромолекуланың негізгі тізбегінде қосалқы тізбек болса, онда мұндай құрылымды полимерлер тармақталған болады.

 Тармақталған полимерлерде кейбір буындар үш көрші буындармен байланысқан. Торланған құрылымды полимерлерде ұзын тізбекті макромолекулалар бір-бірімен көлденең байланыстар арқылы қосылып, торлар түзеді. Мысалы:

 Негізгі тізбектің құрамына қарай полимерлік молекулалар екіге бөлінеді: гомотізбекті және гетеротізбекті. Гомотізбекті деп макромолекуласының негізгі тізбегі бірдей атомдардан құралған полимерлерді атайды. Егер ол көміртек атомдарынан тұрса, онда мұндай полимерлер карботізбекті деп аталады. Мысалы, полиэтилен, полипропилен.

Негізгі тізбегі әр түрлі атомдардан құралған полимерлер гетеротізбекті деп аталады. Мысалы, жай полиэфирлер, полиамдтер.

 Буындары мен орынбасарлары кеңістікте орналасуы бойынша полимерлер изотактикалық, синдиотактикалық және атактикалық деп бөлінеді. Изотактикалық полимерлердің жазық ирек конформациясындағы бір типті орынбасарлар негізгі тізбек жататын жазықтықтың бір жағында орналасады. Синдиотактикалық полимерлердің жазық ирек конформациясындағы бір типті орынбасарлар негізгі тізбек жататын жазықтықтың жан-жағына кезек-кезек орналасады. Егер полимер тізбегінде орынбасарлардың орналасуында ешқандай заңдылық болмаса, онда атактикалық полимер болады.

Полимерлерді алу әдістері

 Полимерлерді әдетте полимеризация және поликонденсация реакцияларының негізінде алады.

 Полимеризация деп төмен молекулалы заттардың (мономерлердің) қосылып, жоғары молекулалы қосылыстарды түзу реакциясын атайды.

 Полимеризация реакциясы жалпы түрде былай жазылады:

nM → (−M−)_n

 Реакция нәтижесінде қосалқы заттар бөлінбейді, ал алынған полимердің құрамы мономерге сәйкес келеді.

 Полимеризация реакциясына мономер ретінде қос немесе үш байланысты қосылыстар:

немесе циклді тобы бар қосылыстар қолданылады.

 Полимеризация процесі кезінде мономерлерде қос байланыстар үзіліп немесе циклдер ашылып, топтар арасында химиялық байланыстардың пайда болуынан макромолекулалар түзіледі. Өндірілетін барлық полимердің ¾ бөлігі полимеризация әдісі арқылы алынады.

 Поликонденсация деп қосымша заттар бөле жүретін төмен молекулалы қосылыстардан жоғары молекулалы қосылыстардың түзілу реакциясын айтады.

 Поликонденсация әдісі бойынша полимер алу үшін әр түрлі химиялық реакциялар қолданылады. Олар: этерификациялау, аминдеу, ароматикалық орынбасу және т.б.

Поликонденсация екі функционалдық топтардың әрекеттесуінен жүреді.

 Жалпы түрдегі теңдеуі:

n(a − A − a) + n(b − B – b) → a − [−AB−]_n – b + (2n-1) ab

 Мұндағы: а – А − а, b − B – b бастапқы мономерлер, а және b –функционалдық топтар, аb – бөлінетін қосымша зат.

 Поликонденсация реакциясын балқымада, ерітіндіде немесе екі фазаның бөліну шекарасында жүргізіледі. Барлық шығарылатын полимердің 1/4 бөлігі поликонденсация әдісімен алынады.

Поликонденсация реакциясында тізбек біртіндеп өседі: алғашында бастапқы мономерлер бір-бірімен, содан кейін түзілген қосылыстар жеке- жеке сол мономерлердің молекулаларымен әрекеттесіп, нәтижесінде жоғары молекулалы қосылыс түзіледі. Мысалы: фенол-формальдегид шайларының негізінде алынатын пластмассалар сатылы поликонденсация реакциясы арқылы синтезделінеді.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Мономер, анықтамасы, мысалдар.

2. Полимер, анықтамасы, мысалдар.

3. Полимер материадарын алу әдістері (полимеризация, поликонденсация).

4. Полимерлердің қолданылуы.