21.5: Полімери

Цілі навчання

• Намалювати структури для мономерів, які можуть піддаватися полімеризації, і для чотиримономерних одиничних секцій з додаванням полімеру.

Найважливішими комерційними реакціями алкенів є полімеризації, реакції, в яких малі молекули, звані загалом як мономери (від грецького monos, що означає «один», і meros, що означає «частини»), збираються в гігантські молекули, які називаються полімерами ( від грецького poly, що означає «багато», і meros, що означає «частини»). Полімер настільки ж відрізняється від свого мономера, як довга нитка спагетті - від крихітної цятки борошна. Наприклад, поліетилен, знайомий восковий матеріал, який використовується для виготовлення поліетиленових пакетів, виготовляється з мономерного етилену - газу.

Існує два загальних типи реакцій полімеризації: додавання полімеризації і конденсаційна полімеризація. Крім полімеризації, мономери додають один до одного таким чином, що полімер містить всі атоми стартових мономерів. Молекули етилену з'єднуються між собою довгими ланцюгами. Полімеризація може бути представлена реакцією декількох мономерних одиниць:

Лінії зв'язку, що проходять на кінцях у формулі виробу, вказують на те, що структура поширюється на багато одиниць в кожному напрямку. Зверніть увагу, що всі атоми - два атоми вуглецю і чотири атоми водню - кожної молекули мономера включені в структуру полімеру. Оскільки дисплеї, такі як наведені вище, громіздкі, полімеризація часто скорочується наступним чином:

n СН ₂ = СН ₂ → [СН _{2 СН 2] п}

Багато природних матеріалів, таких як білки, целюлоза і крохмаль, а також складні силікатні мінерали - є полімерами. Штучні волокна, плівки, пластмаси, напівтверді смоли, каучуки також є полімерами. Більше половини сполук, що виробляються хімічною промисловістю, - це синтетичні полімери.

Деякі поширені добавки полімерів наведені в табл\(\PageIndex{1}\). Зауважимо, що всі мономери мають подвійні зв'язки вуглець-вуглець. Багато полімерів є повсякденними (наприклад, поліетиленові пакети, харчова упаковка, іграшки та посуд), але є також полімери, які проводять електрику, мають дивовижні адгезивні властивості або міцніші за сталь, але набагато легші за вагою.

Таблиця\(\PageIndex{1}\) : Деякі добавки полімерів

Мономер	Полімерні	Назва полімеру	Деякі види використання
СН 2 = СН 2	~СН 2 СН 2 СН 2 СН 2 СН 2 СН 2 ~	поліетилен	поліетиленові пакети, пляшки, іграшки, електроізоляція
СН 2 = ЧЧ 3		поліпропілен	килимове покриття, пляшки, багаж, одяг для вправ
СН 2 = ЧКЛ		полівінілхлорид	мішки для внутрішньовенних розчинів, труб, тюбінгів, підлогових покриттів
КФ 2 = КФ 2	~КФ 2 КФ 2 СФ 2 СФ 2 СФ 2 СФ 2 ~	політетрафторетилен	антипригарні покриття, електроізоляція

Медичне використання полімерів

Цікаве застосування полімерів - заміна хворих, зношених або відсутніх частин в організмі. Наприклад, близько 250 000 тазостегнових суглобів і 500 000 колін замінюються в лікарнях США щороку. Штучні кульово-розеткові тазостегнові суглоби виготовляються зі спеціальної сталі (кульової) і пластмаси (розетка). Люди, калічені артритом або травмами, отримують свободу рухів і позбавлення від болю. Пацієнтам з проблемами серця і кровообігу можна допомогти заміною зношених клапанів серця деталями на основі синтетичних полімерів. Це лише деякі з багатьох біомедичних застосувань полімерів.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Заміна кульшового суглоба. Синтетичні полімери є важливою частиною заміщення тазостегнового суглоба. Тазостегновий дуже схожий на кульово-розетковий суглоб, і тотальні заміни тазостегнового суглоба імітують це металевою кулькою, яка поміщається в пластикову чашку.

Ключ на винос

• Молекули, що мають подвійні зв'язки вуглець-вуглець, можуть піддаватися додатковій полімеризації.