Как называется структурное звено мономера
Как называется структурное звено мономера
Химия
4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки
Полимеры. Реакции полимеризации и поликонденсации
Полимеры или высокомолекулярные соединения (ВМС) – это химические вещества, молекулы которых имеют большую молекулярную массу и состоят из большого числа повторяющихся структурных фрагментов. Эти фрагменты называют элементарным звеном полимера.
Полимер образуется путем последовательного присоединения (полимеризации) малых молекул, называемых мономерами.
Мономер – низкомолекулярное вещество, из которого получают полимер.
Структурное звено (элементарное звено) – многократно повторяющаяся в макромолекуле группа атомов. Молекула мономера и структурное звено одинаковы по составу, но имеют различное строение. Рассмотрим получение полиэтилена из этилена:
В приведенном примере в молекуле мономера присутствует двойная связь, в структурном звене полиэтилена её нет.
Число n, показывающее, сколько молекул мономера соединяется в макромолекулу полимера, называют степенью полимеризации. Другими словами, степень полимеризации – это число элементарных звеньев в макромолекуле полимера. Молекулярная масса полимеров иногда достигает нескольких миллионов. Молекулы полимеров называются макромолекулами (от греческого makrós – большой, длинный).
Полимер, полученный из одинаковых мономеров, называется гомополимером. К гомополимерам относятся полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, тефлон и др. Гомополимеры получают реакцией полимеризации:
Полимер, полученный из двух различных мономеров, называется сополимером или гетерополимером. Так бутадиен-стирольный каучук получают реакцией сополимеризации 1,3-дивинила и стирола:
Мы используем в быту огромное количество полимеров: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, тефлон и другие.
Простейшим способом получения полимеров является полимеризация.Реакция полимеризации – это процесс, в котором мономеры последовательно присоединяются друг к другу до образования длинной цепи. При полимеризации не выделяется никаких побочных веществ. Реакция полимеризации может инициироваться катионами, анионами, радикалами и металлоорганическими соединениями.
Реакция поликонденсации – это реакция получения полимера, протекающая с выделением побочных низкомолекулярных продуктов, таких как вода, аммиак, галогеноводороды. Например, реакция поликонденсации фенола с формальдегидом:
Как называется структурное звено мономера
Высокомолекулярные соединения, полимеры (ВМС) — вещества, обладающие большим молекулярным весом (от нескольких тысяч до нескольких миллионов).
К природным высокомолекулярным соединениям (биополимерам) относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и т. д.
К синтетическим — различные пластмассы, синтетические каучуки и волокна.
I. Основные понятия
1). Мономер
Например, пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена:
2). Полимер, макромолекула
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:
3). Структурное звено, мономерное звено
В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:
Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.
4). Степень полимеризации
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:
5). Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением:
М(макромолекулы) = M(звена) • n,
(подстрочный индекс r в обозначении относительной молекулярной массы Мr в химии полимеров обычно не используется).
Для полимера, состоящего из множества макромолекул, понятие молекулярная масса и степень полимеризации имеют несколько иной смысл. Дело в том, что когда в ходе реакции образуется полимер, то в каждую макромолекулу входит не строго постоянное число молекул мономера. Это зависит от того, в какой момент прекратится рост полимерной цепи.
Следовательно, молекулярная масса и степень полимеризации полимера являютсясредними величинами:
Mср(полимера) = M(звена) • nср
II. Свойства полимеров
Наибольшие отличия полимеров от низкомолекулярных соединений и веществ немолекулярного строения проявляются в механических свойствах, в поведении растворов и в некоторых химических свойствах.
Особые механические свойства:
Особенности растворов полимеров:
Особые химические свойства:
III. Физические состояния полимеров
В зависимости от строения и внешних условий полимеры могут находиться в аморфном или кристаллическом состояниях.
Под кристалличностью полимеров понимают упорядоченное расположение некоторых отдельных участков цепных макромолекул.
В кристаллическом полимере всегда имеются аморфные области и можно говорить лишь о степени его кристалличности. Степень кристалличности может меняться у одного и того же полимера в зависимости от внешних условий. Например, при растяжении полимерного образца происходит взаимная ориентация макромолекул, способствующая их упорядоченному параллельному расположению, и кристалличность полимера возрастает. Это свойство полимеров используется при вытяжке волокон для придания им повышенной прочности.
IV. Применение полимеров
Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и другим свойствам изделия из полимеров применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов — пластические массы, резины, волокна, лаки, краски, клеи, ионообменные смолы. В технике полимеры нашли широкое применение в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов. Полимеры – хорошие электроизоляторы, широко используются в производстве разнообразных по конструкции и назначению электрических конденсаторов, проводов, кабелей, Синтетические полимеры используют либо в чистом виде, либо в сочетании с другими материалами (наполнителями, красителями, стабилизаторами и т.п.), придающими им специфические свойства. Так, например, сочетая фенолформальдегидную смолу с хлопчатобумажной тканью получают текстолит, со стекловолокном – стеклопласт, с бумагой – гетинакс.
На основе полимеров получены материалы, обладающие полупроводниковыми и магнитными свойствами. Значение биополимеров определяется тем, что они составляют основу всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.
Как называется структурное звено мономера
Для характеристики высокомолекулярных соединений необходимо рассмотреть следующие основные структурные понятия.
Мономер
Мономеры — низкомолекулярные вещества, из которых образуются молекулы полимеров.
Молекулы полимеров являются макромолекулами.
Например, пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена:
а такие соединения, как α-аминокислоты, служат мономерами при синтезе природных полимеров – белков (полипептидов):
Полимер, макромолекула
Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:
Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный).
Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц массы.
Структурное звено полимера (мономерное звено)
Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.
поливинилхлорид
В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:
По строению структурного звeна макромолекулы можно сказать о том, какой мономер использован в синтезе данного полимера и, наоборот, зная формулу мономера, нетрудно представить строение структурного звeна.
Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.
Степень полимеризации
Степень полимеризации (n)
— число, которое показывает, сколько молекул мономеров соединяются в макромолекулу полимера.
В формуле макромолекулы степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено:
n >> 1
Молекулярная масса макромолекулы и полимера
Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением:
М(макромолекулы) = M (звена) × n,
Для полимера, состоящего из множества макромолекул, понятие молекулярная масса и степень полимеризации имеют несколько иной смысл. Дело в том, что когда в ходе реакции образуется полимер, то в каждую макромолекулу входит не строго постоянное число молекул мономера. Это зависит от того, в какой момент прекратится рост полимерной цепи.
Поэтому в одних макромолекулах мономерных звеньев больше, а в других — меньше. То есть, образуются макромолекулы с разной степенью полимеризации и, соответственно, с разной молекулярной массой (так называемые полимергомологи).
Следовательно, молекулярная масса и степень полимеризации полимера являются средними величинами:
Mср(полимера) = M (звена) × nср
Геометрическая форма макромолекул
Геометрическая форма макромолекулы — пространственная структура макромолекулы в целом.
В зависимости от строения углеродной цепи, различают линейные (неразветвленные), разветвленные и пространственные (сетчатые, сшитые) полимеры.
Линейная форма (структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим) — натуральный каучук, целлюлоза, амилоза (составная часть крахмала), поливиниловый спирт, полистирол, полиэтилен низкого давления, капрон, найлон и др. полимеры:
Разветвленная форма (макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями) — полиэтилен высокого давления, амилопектин (компонент крахмала):
Пространственная форма (сетчатая, сшитая), при которой длинные линейные молекулы соединены между собой поперечными химическими связями – шерсть, вулканизованный каучук (резина), фенолформальдегидные смолы:
В сетчатых полимерах различные углеродные цепи «сшиты» между собой, и вещество представляет собой одну гигантскую молекулу.
Геометрическая форма макромолекул в значительной степени влияет на свойства полимеров.
Мономеры: характеристики, виды и примеры
Содержание:
Когда один мономер соединяется с другим, образуется димер. Когда он, в свою очередь, соединяется с другим мономером, он образует тример и так далее, пока не образует короткие цепи, называемые олигомерами, или более длинные цепи, которые называются полимерами.
Мономеры связываются или полимеризуются, образуя химические связи, разделяя пары электронов; то есть они объединены связями ковалентного типа.
На верхнем изображении кубы представляют собой мономеры, которые связаны двумя гранями (двумя связями), образуя наклонную башню.
Это объединение мономеров известно как полимеризация. Мономеры одного или разных типов могут быть соединены, и количество ковалентных связей, которые они могут установить с другой молекулой, будет определять структуру полимера, который они образуют (линейные цепи, наклонные или трехмерные структуры).
Существует множество мономеров, среди которых есть мономеры природного происхождения. Они принадлежат и создают органические молекулы, называемые биомолекулами, присутствующими в структуре живых существ.
Например, аминокислоты, из которых состоят белки; моносахаридные единицы углеводов; и мононуклеотиды, составляющие нуклеиновые кислоты. Существуют также синтетические мономеры, которые позволяют производить бесчисленное множество инертных полимерных продуктов, таких как краски и пластмассы.
Можно упомянуть два из тысяч примеров, которые можно привести, такие как тетрафторэтилен, который образует полимер, известный как тефлон, или мономеры фенол и формальдегид, которые образуют полимер, называемый бакелитом.
Характеристики мономера
Мономеры связаны ковалентными связями
Атомы, которые участвуют в образовании мономера, удерживаются вместе прочными и стабильными связями, такими как ковалентная связь. Точно так же мономеры полимеризуются или соединяются с другими мономерными молекулами через эти связи, придавая полимерам прочность и стабильность.
Эти ковалентные связи между мономерами могут быть образованы химическими реакциями, которые будут зависеть от атомов, составляющих мономер, наличия двойных связей и других характеристик, которые имеют структуру мономера.
Процесс полимеризации может происходить посредством одной из следующих трех реакций: конденсации, присоединения или свободных радикалов. У каждого из них есть свои механизмы и способы роста.
Функциональность мономеров и структура полимера
Мономер может связываться по крайней мере с двумя другими молекулами мономера. Это свойство или характеристика, известная как функциональность мономера, позволяет им быть структурными единицами макромолекул.
Мономеры могут быть бифункциональными или полифункциональными, в зависимости от активных или реактивных участков мономера; то есть атомов молекулы, которые могут участвовать в образовании ковалентных связей с атомами других молекул или мономеров.
Эта характеристика также важна, так как она тесно связана со структурой входящих в нее полимеров, как подробно описано ниже.
Бифункциональность: линейный полимер
Мономеры являются бифункциональными, если они имеют только два сайта связывания с другими мономерами; то есть мономер может образовывать только две ковалентные связи с другими мономерами и образует только линейные полимеры.
Примеры линейных полимеров включают этиленгликоль и аминокислоты.
Есть мономеры, которые могут быть соединены более чем с двумя мономерами и образуют структурные единицы с наибольшей функциональностью.
Они называются полифункциональными и образуют разветвленные, сетчатые или трехмерные полимерные макромолекулы; например, полиэтилен.
Скелет или центральная структура
С двойной связью между углеродом и углеродом
Есть мономеры, которые имеют центральный скелет в своей структуре, состоящий по крайней мере из двух атомов углерода, связанных двойной связью (C = C).
В свою очередь, эта цепочка или центральная структура имеет боковые связанные атомы, которые могут изменяться с образованием другого мономера. (Р2C = CR2).
Если любая из цепей R модифицирована или заменена, получается другой мономер. Кроме того, когда эти новые мономеры объединяются, они образуют другой полимер.
В качестве примера этой группы мономеров пропилен (H2C = CH3H), тетрафторэтилен (F2C = CF2) и винилхлорид (H2C = CClH).
Две функциональные группы в структуре
Хотя есть мономеры, которые имеют только одну функциональную группу, существует широкая группа мономеров, которые имеют две функциональные группы в своей структуре.
Эта характеристика того, что он является дифункциональным мономером, также дает ему способность образовывать длинные полимерные цепи, такие как наличие двойных связей.
Функциональные группы
В общем, свойства, которые присутствуют в полимерах, задаются атомами, которые образуют боковые цепи мономеров. Эти цепи составляют функциональные группы органических соединений.
Объединение мономеров одного или разных типов
Союз равных мономеров
Мономеры могут образовывать разные классы полимеров. Одни и те же мономеры или мономеры одного типа могут быть объединены и образовать так называемые гомополимеры.
В качестве примера можно упомянуть стирол, мономер, образующий полистирол. Крахмал и целлюлоза также являются примерами гомополимеров, состоящих из длинных разветвленных цепей мономера глюкозы.
Союз разных мономеров
Объединение различных мономеров образует сополимеры. Единицы повторяются в разном количестве, порядке или последовательности по всей структуре полимерных цепей (A-B-B-B-A-A-B-A-A-…).
В качестве примера сополимеров можно упомянуть нейлон, полимер, образованный повторяющимися звеньями двух разных мономеров. Это дикарбоновая кислота и молекула диамина, которые соединяются посредством конденсации в эквимолярных (равных) пропорциях.
Различные мономеры также могут быть соединены в неравных пропорциях, как в случае образования специализированного полиэтилена, основная структура которого представляет собой мономер 1-октена плюс мономер этилена.
Типы мономеров
Существует множество характеристик, которые позволяют установить различные типы мономеров, включая их происхождение, функциональность, структуру, тип полимера, который они образуют, способ полимеризации и их ковалентные связи.
Природные мономеры
-Есть мономеры природного происхождения, такие как изопрен, который получают из сока или латекса то растения, а также мономерная структура натурального каучука.
-Некоторые аминокислоты, вырабатываемые насекомыми, образуют фиброин или белок шелка. Кроме того, есть аминокислоты, которые образуют полимерный кератин, белок шерсти, производимый такими животными, как овцы.
-Среди природных мономеров также находятся основные структурные единицы биомолекул. Моносахарид глюкоза, например, связывается с другими молекулами глюкозы с образованием различных типов углеводов, таких как крахмал, гликоген, целлюлоза и другие.
-Аминокислоты, с другой стороны, могут образовывать широкий спектр полимеров, известных как белки. Это потому, что существует двадцать типов аминокислот, которые могут быть связаны в любом произвольном порядке; и, следовательно, они в конечном итоге образуют тот или иной белок со своими собственными структурными характеристиками.
-Мононуклеотиды, которые образуют макромолекулы, называемые нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК соответственно, также являются очень важными мономерами в этой категории.
Синтетические мономеры
-Среди искусственных или синтетических мономеров (которых много) можно упомянуть некоторые, из которых изготавливаются различные разновидности пластмасс; как винилхлорид, который образует поливинилхлорид или ПВХ; и газообразный этилен (H2C = CH2) и его полиэтиленовый полимер.
Хорошо известно, что из этих материалов можно создавать самые разные контейнеры, бутылки, предметы домашнего обихода, игрушки, строительные материалы и другие.
-Тетрафторэтиленовый мономер (F2C = CF2) образует полимер, известный под коммерческим названием тефлон.
-Молекула капролактама, полученная из толуола, необходима для синтеза нейлона, среди многих других.
-Существует несколько групп акриловых мономеров, которые классифицируются по составу и функциям. Среди них акриламид и метакриламид, акрилат, акрилы с фтором и другие.
Неполярные и полярные мономеры
Эта классификация проводится по разности электроотрицательностей атомов, составляющих мономер. Когда есть заметная разница, образуются полярные мономеры; например, полярные аминокислоты, такие как треонин и аспарагин.
Когда разность электроотрицательностей равна нулю, мономеры неполярны. Среди неполярных аминокислот есть триптофан, аланин, валин; а также неполярные мономеры, такие как винилацетат.
Циклические или линейные мономеры
По форме или организации атомов в структуре мономеров их можно классифицировать как циклические мономеры, такие как пролин, оксид этилена; линейные или алифатические, такие как аминокислота валин, этиленгликоль среди многих других.
Примеры
В дополнение к уже упомянутым, существуют следующие дополнительные примеры мономеров:
-И хотя они не были упомянуты, есть мономеры, структура которых не карбонатная, а сульфурированная, фосфорная или имеет атомы кремния.
Ссылки
Зурисадай: происхождение и значение
Иберийцы: характеристики и культура этих доримских народов
Полимеры
Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.
| Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть). |
…-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-… или (-CH2—CH2-)n
Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный). Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.
Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.
Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.
| Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры. |
Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.
Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n.
Классификация полимеров
Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.
Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.
Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.
Классификация по структуре
По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.
| Линейные | Разветвленные | Пространственные |
| Состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру. Целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон | Макромолекулы разветвленных имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру Резина, фенолформальдегидные смолы |
Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).
Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).
Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).
Классификация по происхождению
По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.
| Природные волокна | Синтетические волокна | Искусственные |
| Непосредственно существуют в природе Природные полимеры непосредственно существуют в природе (крахмал, целлюлоза и др.). Синтетические полимеры получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации (полиэтилен, полихлорвинил, фенол-формальдегидные смолы, метилметакрилат и т.д.). Не имеют аналогов в природе. Искусственные – получают модификацией натуральных полимеров (вискоза –модифицированная целлюлоза, резина –модификация натурального каучука). Классификация по химическому характеруПо химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры). Найлон, капрон | Содержат атомы других хим. элементов (кремний и др.). Кремнийорганические полимеры |
Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).
Классификация по способу получения
Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.
| Полимеризация | Поликонденсация |
| Это присоединение одних молекул к другим за счет разрыва кратных связей. Побочные продукты, как правило, не образуются. Полиэтилен, полипропилен и др. | Образование полимера происходит за счет реакции замещения. При этом образуется низкомолекулярный побочный продукт. Фенолформальдегидная смола, капрон |
| Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера. |
| Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода). |
Свойства полимеров
По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.
| Термореактивные | Термопластичные | Эластомеры |
| Неплавкие и неэластичные материалы. Фенолформальдегидные смолы, полиуретан | Меняют форму при нагревании и сохраняют её. Полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид | Эластичные вещества при разных температурах. Натуральный каучук, полихлоропрен |
Термореактивные полимеры — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.
Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.
Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.
Полимеризация и поликонденсация
Полимеризация
Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.
Степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: (–CH2–CH2–)n
