3. Полімери - високомолекулярні сполуки, молекули яких
складаються з безлічі повторюваних структурних ланок
(білки, нуклеїнові кислоти, целюлоза, крохмаль, каучук та
інші органічні речовини).
4. Основні поняття
• Низькомолекулярні сполуки, з яких утворюються
полімери, називаються мономерами.
• Наприклад, пропілен СН2=СH–CH3 є мономером
поліпропілена:
• Група атомів, багаторазово повторювана в ланцюговій
макромолекулі, називається її структурною ланкою.
• ...-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-...
У формулі макромолекули цю ланку зазвичай виділяють
дужками:(-CH2-CHCl-)n
5. Основні поняття
• Ступінь полімеризації - це число, що показує скільки
молекул мономера поєдналося в макромолекулу.
• У формулі макромолекули ступінь полімеризації зазвичай
позначається індексом "n" за дужками, що включають в
себе структурну (мономерну) ланку:
• n >> 1
• Молекулярна маса макромолекули пов'язана зі ступенем
полімеризації співвідношенням: М (макромолекули) = M
(ланки) • n, де n - ступінь полімеризації, M - відносна
молекулярна маса
7. 1. Замісники R
розташовані по одну
сторону від площини
головного ланцюга:
Приклад відрізка ланцюга, що включає 4 ланки,
з'єднаних по типу "голова-хвіст".
2. Замісники R розташовані
по різні сторони від
площини головного
ланцюга:
11. Високомолекулярні сполуки
Особливу, дуже важливу, групу органічних
речовин складають високомолекулярні сполуки
(полімери).
Маса їх молекул досягає декількох десятків тисяч
і навіть мільйонів.
Яка роль цих сполук?
По-перше, полімерні речовини є основою життя
на Землі.Органічні природні полімери -
біополімери - забезпечують процеси
життєдіяльності всіх тварин і рослинних
організмів.
13. Структурна організація білків.
• Первинна структура -
певна послідовність α-
амінокислотних залишків
у поліпептидному
ланцюзі.
Вторинна структура - конформація
поліпептидного ланцюга, закріплена безліччю
водневих зв'язків між групами NH і С = О. Одна з
моделей вторинної структури - α-спіраль. Інша
модель - β-форма ("складчастий лист"), в якій
переважають межцепних (міжмолекулярні) Н-
зв'язку.
14. • Третинна структура - форма
закрученої спіралі в просторі,
утворена головним чином за
рахунок дисульфідних містків-
SS-, водневих зв'язків,
гідрофобних та іонних
взаємодій.
22.02.2016
Четвертинна структура -
агрегати кількох білкових
макромолекул (білкові
комплекси), утворені за
рахунок взаємодії різних
поліпептидних ланцюгів
Структурна організація білків.
15. Високомолекулярні сполуки
• Цікаво, що з безлічі можливих варіантів природа
"вибрала" всього 4 типи полімерів: По-друге, завдяки
особливим, тільки для них характерним властивостям,
полімери (синтетичні, штучні і деякі природні) широко
використовуються при виготовленні найрізноманітніших
матеріалів:
22.02.2016
П о л і м е р н і м а т е р і а л и
пластмаси каучуки плівкиволокна лаки клеї
16. Композиційні матеріали
• Полімери застосовуються для одержання композиційних
матеріалів, іонообмінних смол (поліелектролітів).
• ...Композиційний матеріал (композит) - це матеріал, в
якому поряд з основною речовиною містяться зміцнюючі
або модифікуючі компоненти.
• До складу композиту входять: сполучна речовина
(зазвичай полімер), наповнювач, пластифікатори,
світло-і термостабілізатори, барвники тощо.
• Міцність полімерних композицій, що містять
наповнювач, обумовлена додатковими силами, що
зв'язують наповнювач з полімером за рахунок адгезії
(прилипання).
17. • Ось деякі приклади наповнювачів у
композитах: сажа в гумі, тканина в
текстоліті, папір в гетинаксі, склотканина і
скловолокно в стеклопластиках, метали
(порошок або нитки) в металополімерів,
вибухові речовини (порох) в твердому
ракетному паливі, ниткоподібні
монокристали Al2O3, карбідів кремнію і
бору, графіту і т.д. в особливо міцних
матеріалах для космічної техніки.
Композиційні матеріали
18. 22.02.2016
Способи отримання
Поліконденсація
Це хімічний процес з'єднання
вихідних молекул мономера в
макромолекули полімеру, що йде з
утворенням побічного
низькомолекулярного продукту
(найчастіше води)
Полімеризація
Це хімічний процес з'єднання безлічі
вихідних молекул низькомолекулярної
речовини (мономеру) у великі молекули
(макромолекули) полімеру.
19. Гомополімеризація –
з'єднання молекул одного
мономера
Сополіконденсація– з'єднання молекул двох і
більше вихідних речовин
Гомополіконденсація –з'єднання
молекул одного мономера
Способи отримання
21. Каучуки
• Каучуки - натуральні або синтетичні матеріали, що
характеризуються еластичністю, водонепроникністю і
електроізоляційними властивостями, з яких шляхом
спеціальної обробки отримують гуму.
• Природний каучук отримують з рідини молочно-білого
кольору, званої латексом, - молочного соку каучуконосних
рослин.
• У техніці з каучуків виготовляють шини для
автотранспорту, літаків, велосипедів; каучуки
застосовують для електроізоляції, а також виробництва
промислових товарів і медичних приладів.
22. 22.02.2016
Відкриття натурального каучука
• Каучук існує стільки років, скільки і сама природа.
Скам'янілі залишки каучуконосних дерев, які були
знайдені, мають вік близько трьох мільйонів років. Каучук
мовою індіанців тупі-гуарані означає «сльози дерева».
• Каучукові кулі із сирої гуми знайдені серед руїн
цивілізацій інків і майя в Центральній і Південній
Америці, вік цих куль не менше 900 років.
• Перше знайомство європейців з натуральним каучуком
сталося п'ять століть тому.
• Власне, історія каучуку почалася, як не дивно, з дитячого
м'ячика і шкільної гумки.
23. 22.02.2016
• У 1770 році британський хімік Джозеф Прістлі (Joseph
Priestley) вперше знайшов йому застосування: він
виявив, що каучук може стирати те, що написано
графітовим олівцем.
• Тоді такі шматки каучуку називали гумміеластіком
(«смолою еластичної»).
• У 1791 році англійський фабрикант Самуель Пив
(Samuel Peal) запатентував спосіб зробити одяг
водонепроникної за допомогою обробки її розчином
каучуку в скипидарі.
• У Франції до 1820 навчилися виготовляти підтяжки і
підв'язки з каучукових ниток, сплетених з тканиною.
24. 22.02.2016
Перша гума
• У 1834 році німецький хімік Фрідріх
Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) і
американський хімік Натаніель Хейвард
(Nathaniel Hayward) виявили, що
додавання сірки до каучуку зменшує або
навіть зовсім усуває липкість виробів з
каучуку. Через деякий час він виявив
шкіроподібний матеріал - гуму. Цей
процес був названий вулканізацією.
Відкриття гуми призвело до широкого її
застосування: у 1919 році було
запропоновано вже більше 40 000 різних
виробів з гуми.
25. Склад і будова натурального каучука
• Натуральний (природний) каучук (НК) являє собою
високомолекулярний неграничний вуглеводень, молекули
якого містять велику кількість подвійних зв'язків; склад
його може бути виражений формулою (C5H8) n (де
величина n становить від 1000 до 3000); він є полімером
ізопрену:
26. 22.02.2016
Отримання синтетичного каучука
• У розробці синтезу каучуку Лебедєв пішов шляхом
наслідування природи.
• Оскільки натуральний каучук - полімер дієнового
вуглеводню, то Лебедєв скористався також дієновим
вуглеводнем, тільки більш простим і доступним -
бутадієном Сировиною для отримання бутадієну
служить етиловий спирт.
• Отримання бутадієну засноване на реакціях дегідрування і
дегідратації спирту.
27. Отримання синтетичного каучука
Ці реакції йдуть одночасно при пропущенні парів спирту над
сумішшю відповідних каталізаторів:
В якості каталізатора полімеризації 1,3-бутадієну С. В.
Лебедєв вибрав металевий натрій, вперше застосований
для полімеризації ненасичених вуглеводнів російським
хіміком А. А. Кракау.
28. Застосування гуми в промислових товарах
• Каучук має величезне
народно-господарське
значення. Найчастіше його
використовують не в
чистому вигляді, а у вигляді
гуми. Гумові вироби
застосовують у техніці для
ізоляції проводів,
виготовлення різних шин, у
військовійпромисловості, у
виробництві промислових
товарів: взуття, штучної
шкіри, медичних виробів...
• Найбільшими споживачами
гумових технічних виробів є
автомобільна промисловість
і сільськогосподарське
машинобудування.
29. Особлива роль відводиться наповнювачам, які додають до
полімерів. Вони підвищують міцність і жорсткість полімеру,
знижують його собівартість. Наповнювачами можуть бути
скляні волокна, цементний пил, папір, азбест та інші.
Тому такі пластмаси, як, наприклад, поліетилен,
полівінілхлорид, полістирол, фенолформальдегідні, широко
застосовуються в різних галузях промисловості, сільського
господарства, медицини,культури, побуту.
Пластмаси