Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

16.7: Полімери

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22647

    • Anonymous
    • LibreTexts
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Визначте терміни мономер і полімер.
    • Намалюйте структуру полімеру з його мономера.

    Серед інших застосувань органічна хімія зробила величезний вплив на розробку сучасних матеріалів під назвою полімери. Багато предметів у повсякденному житті складаються з полімерів; цікаво, так кілька важливих біологічних матеріалів. Розглянемо молекулу з подвійним зв'язком, наприклад етилен:

    Структура етилену.

    Уявіть собі зв'язок між вуглецями, що відкриваються і атакують іншу молекулу етилену:

    Подвійний зв'язок між двома вуглецями зображений з електронними штовхаючими стрілами, атакуючими інший етилен.

    Тепер уявіть далі, що подвійний зв'язок другої молекули етилену відкривається і атакує третю молекулу етилену, яка також відкриває подвійний зв'язок і атакує четверту молекулу етилену тощо. Кінцевим результатом є довга, практично нескінченна молекула:

    Ланцюг з дев'яти вуглецю, який залишився відкритим закінчився з обох сторін.

    Цю довгу, майже безперервну молекулу називають полімером (від грецького означає «багато частин»). Оригінальна частина, етилен, називається мономером (мається на увазі «одна частина»). Процес виготовлення полімеру називається полімеризацією. Полімер - приклад макромолекули, назва якої дано великій молекулі.

    Прості полімери названі на честь їх мономерів. Полімер етилену формально називають полі (етилен), хоча в загальному вживанні назви використовуються без дужок: поліетилен. Оскільки додавання одного мономера до іншого утворює цей полімер, поліетилен є прикладом типу полімеру, званого додатковими полімерами. Малюнок\(\PageIndex{1}\) - Деякі мономери та їх додавання полімерів, перераховані деякі додаткові полімери та їх мономери. Один з них, полі (етиленоксид), є результатом не відкриття подвійного зв'язку, а відкриття кільця в мономері; концепція зв'язку з іншими мономерами, однак, однакова.

    Структури з етилену і поліетилену, пропілену і поліпропілену, стриену і полістиролу, метилметакрилату і поліметилметакрилату, а також етиленоксиду і поліетиленоксиду.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Деякі мономери та їх додавання полімерів
    Приклад\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте полімер, який виходить в результаті полімеризації тетрафторетилену.

    CF2 подвійно пов'язаний з іншим CF2.

    Рішення

    У випадку з цим мономером подвійний зв'язок відкривається і приєднується до інших мономерів, як і з етиленом. Полімер, який виготовляється, має таку структуру:

    Полімер відкритого кінця повторюваних CF2 одиниць.

    Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Намалюйте полімер, який виходить в результаті полімеризації вінілхлориду.

    СН2ЧКЛ

    Відповідь
    Повторювані чергуються одиниці СН2 і ЧСл.

    Іншим типом полімеру є конденсаційний полімер, який є полімером, виготовленим, коли два різних мономери вступають в реакцію разом і виділяють якусь іншу невелику молекулу як продукт. Ми вже бачили приклад цього, при утворенні амідного зв'язку:

    Тут Н 2 О виділяється, коли кінці молекул реагують з утворенням полімеру.

    До конденсаційних полімерів відносяться сополімери, полімери, виготовлені з більш ніж одного типу мономера. Наприклад, етилен і пропілен можна об'єднати в полімер, який є сумішшю двох мономерів. Поширена форма синтетичного каучуку під назвою стирол-бутадієновий каучук (SBR) виготовляється з двох мономерів: стиролу та бутадієну:

    Фізико-хімічні властивості полімерів сильно різняться залежно від їх мономерів, структур та добавок. Серед інших властивостей, які можна модифікувати на основі цих факторів, включають: розчинність у Н 2 О та інших розчинниках, температуру плавлення, горючість, колір, твердість, прозорість, товщину плівки, змочуваність, поверхневе тертя, здатність до цвілі, розмір частинок... список продовжується.

    Використання полімерів майже занадто багато, щоб розглянути. Все, що ви можете охарактеризувати як «пластик», швидше за все, полімер. Полімери використовуються для виготовлення всього, від зубних щіток до комп'ютерних корпусів до автомобільних деталей. Багато клеї на основі епоксидної смоли - це конденсаційні полімери, які сильно прилипають до інших поверхонь. Поліуретанові фарби та покриття - це полімери, як і поліефірні тканини, що використовуються для виготовлення одягу. Нейлон, Дакрон і Майлар є полімерами (насправді і Дакрон, і Майлар є формами поліетилентерефталату [ПЕТ]). Продукт, відомий як Saran Wrap, спочатку був побудований з Saran, назва полі (вініліденхлорид), який був відносно непроникним для кисню і може бути використаний як бар'єр, щоб допомогти зберегти їжу свіжою. (З тих пір його замінили поліетиленом, який не настільки непроникний для атмосферного кисню.) Полі (вінілхлорид) є третім найбільш виробленим полімером [після полі (етилену) та полі (пропілену)] і використовується для виготовлення всього, від пластикових труб до деталей автомобільних двигунів, водопровідних труб до іграшок, підлоги до водяних ліжок та басейнів.

    Всі розглянуті нами полімери засновані на основі (в основному) вуглецю. Існує ще один клас полімерів на основі основи атомів Si і O; ці полімери називаються силіконами. Атоми Si мають приєднані до них органічні групи, тому ці полімери все ще є органічними. Один із прикладів силікону виглядає наступним чином:

    Силікони використовуються для виготовлення масел і мастильних матеріалів; їх використовують як герметики для скляних предметів (наприклад, акваріумів) і плівки для гідроізоляційних об'єктів. Тверді силікони термостійкі і гумові і використовуються для виготовлення посуду та електроізоляції.

    Деякі дуже важливі біологічні матеріали - полімери. З трьох основних харчових груп полімери представлені двома: білками і вуглеводами. Білки - це полімери амінокислот, які є мономерами, що мають функціональну групу аміну і функціональну групу карбонових кислот. Ці дві групи реагують, утворюючи конденсаційний полімер, утворюючи амідний зв'язок:

    Білки утворюються, коли сотні або навіть тисячі амінокислот утворюють амідні зв'язки для отримання полімерів. Білки відіграють вирішальну роль в живих організмах.

    Вуглевод - це з'єднання, яке має загальну формулу C n (H 2 O) n. Багато вуглеводів є відносно невеликими молекулами, такими як глюкоза:

    Зв'язування сотень молекул глюкози разом робить відносно поширений матеріал, відомий як крохмаль:

    Крохмаль є важливим джерелом енергії в раціоні людини. Зверніть увагу, як з'єднуються окремі одиниці глюкози. Їх також можна з'єднати іншим способом, ось так:

    Цей полімер відомий як целюлоза. Целюлоза є основним компонентом клітинних стінок рослин. Цікаво, що незважаючи на схожість будівельних блоків, деякі тварини (наприклад, люди) не можуть перетравлювати целюлозу; ті тварини, які можуть перетравлювати клітковину, зазвичай покладаються на симбіотичні бактерії в травному тракті для фактичного травлення. Тварини не мають належних ферментів, щоб розщеплювати одиниці глюкози в клітковині, тому вона проходить через травний тракт і вважається харчовими волокнами.

    ДНК

    Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК) також є полімерами, що складаються з довгих, трискладових ланцюгів, що складаються з фосфатних груп, цукрів з атомами 5 С (рибоза або дезоксирибоза), і N-містять кільця, що називаються основами. Кожна комбінація з трьох частин називається нуклеотидом; ДНК і РНК по суті є полімерами нуклеотидів, які мають досить складні, але інтригуючі структури (рис.\(\PageIndex{2}\)). ДНК є основним матеріалом в хромосомах і безпосередньо відповідає за спадковість, тоді як РНК є важливою речовиною в синтезі білка.

    604PX-ДНА_структура+ключ+мітки.pn_nobb.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): ДНК наших клітин - це полімер нуклеотидів, кожен з яких складається з фосфатної групи, цукру і азотовмісної основи. (CC BY-SA 3.0 Unported; Зефіріс через Вікіпедію)

    Ключові виноси

    • Полімери - це довгі молекули, що складаються з ланцюжків одиниць, званих мономерами.
    • Кілька важливих біологічних полімерів включають білки, крохмаль, целюлозу та ДНК.
    Вправа\(\PageIndex{2}\)
    1. Поясніть взаємозв'язок між мономером і полімером.
    2. Чи повинен мономер мати подвійний зв'язок, щоб зробити полімер? Наведіть приклад, щоб проілюструвати свою відповідь.
    3. Намалюйте полімер, виготовлений з цього мономера. CH2 подвійний пов'язаний з CH (C2H5).
    4. Намалюйте полімер, виготовлений з цього мономера. ChBr подвійний скріплений ChBr.
    5. Чим відрізняється добавка полімеру від конденсаційного полімеру?
    6. Чим відрізняється конденсаційний полімер від сополімера?
    7. Перерахуйте три властивості полімерів, які сильно різняться залежно від складу.
    8. Перерахуйте три варіанти застосування полімерів.
    9. Намалюйте силікон, зроблений з цього мономера. Січ3х подвійно скріплені на СіЧ3х.
    10. Намалюйте силікон, зроблений з цього мономера. Два атоми силікону подвійно скріплені між собою, кожен з яких має дві циклопропанові групи на них.
    11. Поясніть, як крохмаль є полімером.
    12. У чому різниця між крохмалем і целюлозою?
    13. Поясніть, як білок є полімером.
    14. Які частини складають ДНК?

    Відповіді
    1. Полімер - це багато мономерів, скріплених між собою.
    2.  
    3. Чергування повторюваних одиниць С і С (СН3).
    4.  
    5. У додатковому полімері жодна мала молекула не виділяється як продукт; тоді як в конденсаційному полімері дрібні частини кожного мономера відриваються як невелика молекула.
    6.  
    7. розчинність в H 2 O та інших розчинниках, температура плавлення, горючість, колір, твердість, прозорість, товщина плівки, змочуваність, поверхневе тертя, формуваність та розмір частинок (відповіді будуть змінюватися)
    8.  
    9. Повторювані одиниці Si (CH3).
    10.  
    11. Крохмаль складається з багатьох мономерних одиниць глюкози.
    12.  
    13. Білки - це полімери амінокислот, які виконують роль мономерів.