Высокомолекулярные соединения (ВМС), или полимеры, — это вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев (мономеров), соединенных химическими связями. Молекулярная масса ВМС обычно составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц массы (а. е.м.).
Основные характеристики ВМС:
Состав: Состоят из повторяющихся структурных звеньев (мономеров).
Структура: Могут иметь линейную, разветвленную или пространственную (сетчатую) структуру.
Молекулярная масса: Характеризуются высокой молекулярной массой (от 10^4 до 10^7 а. е.м.).
Физические свойства: В отличие от низкомолекулярных веществ, не имеют четкой температуры плавления, обладают высокой вязкостью в расплавленном состоянии, способны образовывать пленки и волокна.
Классификация ВМС:
ВМС классифицируются по различным признакам:
1. По происхождению:
Природные (биополимеры): Синтезируются живыми организмами.
Белки: Выполняют множество функций в живых организмах (ферменты, структурные компоненты, транспортные белки, антитела и т. д.).
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК): Хранят и передают генетическую информацию.
Углеводы (полисахариды): Служат источником энергии и строительным материалом (крахмал, целлюлоза, гликоген).
Натуральный каучук: Полимер изопрена.
Синтетические: Получены в результате химических реакций.
Полиэтилен (ПЭ): Полимер этилена.
Полипропилен (ПП): Полимер пропилена.
Поливинилхлорид (ПВХ): Полимер винилхлорида.
Полистирол (ПС): Полимер стирола.
Синтетические каучуки: Полимеры бутадиена, изопрена, хлоропрена и др.
Синтетические волокна (полиамиды, полиэфиры): Нейлон, капрон, лавсан.
Искусственные: Получены путем химической модификации природных полимеров.
Целлулоза: Нитрат целлюлозы, ацетат целлюлозы.
2. По составу главной цепи:
Гомоцепные: Главная цепь состоит из атомов одного элемента (обычно углерода).
Полиэтилен
Полипропилен
Полистирол
Гетероцепные: Главная цепь содержит атомы разных элементов (например, углерод, кислород, азот, сера).
Полиэфиры
Полиамиды
Полиуретаны
3. По структуре макромолекул:
Линейные: Макромолекулы имеют вид длинных цепей.
Полиэтилен
Полипропилен
Полиамиды
Разветвленные: Макромолекулы имеют боковые ответвления.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД)
Гликоген
Сетчатые (пространственные): Макромолекулы соединены между собой химическими связями, образуя трехмерную сетку.
Фенолформальдегидные смолы
Эпоксидные смолы
Вулканизированный каучук
4. По отношению к нагреванию:
Термопластичные: При нагревании размягчаются и переходят в вязкотекучее состояние, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс можно повторять многократно. Имеют линейную или разветвленную структуру.
Полиэтилен
Полипропилен
Полистирол
Термореактивные (термосеты): При нагревании переходят в твердое неплавкое состояние в результате образования трехмерной сетчатой структуры. Этот процесс необратим.
Фенолформальдегидные смолы
Эпоксидные смолы
Получение ВМС:
Полимеризация: Соединение большого числа молекул мономера в макромолекулу без выделения побочных веществ.
Пример: Полимеризация этилена в полиэтилен.
Поликонденсация: Соединение молекул мономеров с выделением побочных веществ (например, воды, спирта).
Пример: Получение полиэфиров и полиамидов.
Свойства ВМС:
Высокая прочность: Некоторые ВМС обладают высокой прочностью на разрыв и удар.
Эластичность: Способность к обратимым деформациям.
Вязкость: Высокая вязкость расплавов и растворов.
Растворимость: Растворимость зависит от природы полимера и растворителя.
Термические свойства: Термопластичность или термореактивность.
Химическая стойкость: Стойкость к действию кислот, щелочей и других химических веществ.
Диэлектрические свойства: Многие ВМС являются хорошими диэлектриками.
Адгезионные свойства: Способность прилипать к различным поверхностям.
Применение ВМС:
ВМС широко используются в различных областях:
Производство пластмасс: Полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и др.
Производство волокон: Нейлон, капрон, лавсан, акрил.
Производство каучуков и резин: Синтетические каучуки, натуральный каучук.
Производство клеев и лаков: Фенолформальдегидные смолы, эпоксидные смолы.
Медицина: Шприцы, капельницы, протезы, лекарственные препараты.
Текстильная промышленность: Синтетические ткани.
Строительство: Трубы, изоляционные материалы, отделочные материалы.
Автомобильная промышленность: Детали автомобилей, шины.
Пищевая промышленность: Упаковка, тара.
Влияние на окружающую среду:
Синтетические полимеры, особенно пластмассы, представляют серьезную угрозу для окружающей среды из-за их медленного разложения и накопления в природе. Разрабатываются биоразлагаемые полимеры и методы переработки отходов полимерных материалов.
Заключение:
Высокомолекулярные соединения играют огромную роль в современной жизни. Они обладают уникальными свойствами, которые позволяют использовать их в самых разных областях. Однако, необходимо учитывать и негативное воздействие полимеров на окружающую среду и разрабатывать методы утилизации и переработки отходов.
