Неорганические полимеры – Химия

Химия 11 класс. Конспект урока “Полимеры” для самостоятельного изучения и подготовки к контрольным работам, экзаменам и ГИА.

ХИМИЯ

Back.gif   Menu.gif   For.gif

Если относительная молекулярная масса соединения больше 10 тыс., то такое соединение принято называть высокомолекулярным. Большинство высокомолекулярных соединений — полимеры.

Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Вы уже знаете два основных способа получения полимеров — реакции полимеризации и реакции поликонденсации.

Реакции полимеризации

Реакция полимеризации — это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

В реакцию полимеризации, как вы, очевидно, помните, могут вступать соединения, содержащие кратные связи, т. е. непредельные соединения. Это могут быть молекулы одного мономера или разных мономеров.

В первом случае происходит реакция гомополимеризации — соединение молекул одного мономера, во втором — реакция сополимеризации — соединение молекул двух и более исходных веществ.

К реакциям гомополимеризации относятся реакции получения полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и т. д., например:

0079.jpg

Выражение в скобках называют структурным звеном, а число n в формуле полимера — степенью полимеризации.

К реакциям сополимеризации относится, например, реакция получения бутадиен-стирольного каучука

0079.1.jpg

Реакции поликонденсации

Реакция поликонденсации — это химический процесс получения макромолекулы полимера, идущий с образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды).

В реакции поликонденсации вступают молекулы мономеров с функциональными группами.

Как и в случае полимеризации, процессы поликонденсации разделяют на две группы:

  1. реакции гомополиконденсации, если полимер образуется из молекул одного мономера. Например, из молекул моносахаридов (глюкозы) в клетках растений образуются полисахариды:

    0079.2.jpg

    а в промышленности получают синтетическое волокно — энант:

    0080.jpg

  2. реакция сополиконденсации — если полимер образуется из молекул двух и более исходных веществ. Например, к ним относятся синтезы белковых молекул из разных аминокислот или реакция получения фенолфор-мальдегидных смол, схема которой:

0080.1.jpg

С помощью реакций поликонденсации получают полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, полиакрил и т. д.

romb.jpg

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

Крахмал

 

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).

Полимеры

Ключевые слова конспекта: Полимеры, их получение: реакции полимеризации и поликонденсации. Пластмассы. Волокна. Неорганические полимеры.

Вначале вспомните, что такое полимеры (от греч. polimeres — состоящий из множества частей, многообразный).

Высокомолекулярные соединения, состоящие из множества повторяющихся структурных звеньев, соединённых между собой химическими связями, называются полимерами.

В предыдущем конспекте говорилось о важнейших представителях биополимеров — белках и нуклеиновых кислотах.

Структурными звеньями белков являются остатки аминокислот. У каждого организма на Земле свой индивидуальный набор белков (единственное исключение, вероятно, — однояйцевые близнецы). Тем не менее всё огромное многообразие белков построено всего из 20 α-аминокислот. Последовательность аминокислотных остатков в белковой молекуле называется первичной структурой белка. Бесконечное множество вариантов сочетаний аминокислот, соединённых между собой пептидными связями, обеспечивает белковую индивидуальность живых организмов. За счёт внутримолекулярных водородных связей формируется вторичная структура белка, т. е. происходит скручивание линейной полипептидной цепи в спираль. Расположение вторичной спирали в пространстве в виде клубочка (так называемые глобулярные белки) или волокон (так называемые фибриллярные белки) обусловливает третичную структуру белка.

Двойная спираль ДНК несёт информацию о первичной структуре белка. Участок ДНК с зашифрованной информацией о последовательности аминокислот в молекуле какого-либо белка называется геном. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) обеспечивают связь ген — белок — признак.

Вам известны и другие биополимеры, например полисахариды (крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин).

Огромную роль в жизни человека играют синтетические полимеры, т. е. созданные в результате деятельности человека и отсутствующие в природе: пластмассы, синтетические волокна, синтетические каучуки.

Пластмассы — это материалы на основе полимеров; при нагревании становятся пластичными, приобретают заданную форму и сохраняют её после охлаждения.

На примере получения из этилена наиболее известной в повседневной жизни пластмассы — полиэтилена — вспомним основные понятия химии полимеров.

В реакции полимеризации, т. е. в процессе соединения множества одинаковых молекул исходного вещества (мономера) в большую молекулу полимера, получают полипропилен, поливинилхлорид и другие пластмассы.

Вторым способом получения полимеров является реакция поликонденсации, которая сопровождается образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды). Так получают, например, фенолформальдегидные смолы.

Пластмассы не уступают по прочности металлам и сплавам, а иногда даже превосходят их, при этом характеризуются низкой стоимостью, лёгкостью переработки.

Электротехнику, транспорт, строительную индустрию, машиностроение, производство упаковочных материалов и товаров народного потребления невозможно представить без полимерных материалов, к которым, кроме пластмасс, относятся и волокна.

Полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления текстильных материалов (нитей, жгутов, тканей), называются волокнами.

Различают химические и природные волокна.

С химическими волокнами вы знакомились в 10 классе на уроках органической химии. Поэтому вкратце напомним основные группы таких волокон и их представителей:

  • искусственные, которые получают из природных полимеров или продуктов их переработки. Например, волокна из целлюлозы и её эфиров — вискозное, ацетатное и др.;
  • синтетические, которые получают из синтетических полимеров (капрон, лавсан, энант, нейлон).

Несмотря на всё многообразие химических волокон большинство людей предпочитают изделия из натуральных волокон.

Природные волокна по происхождению делят на растительные и животные.

Волокна растительного происхождения состоят в основном из целлюлозы. Это вещество труднорастворимо в воде и состоит из звеньев С6Н10О5.

Наиболее важное растительное волокно — это хлопковое, которое получают из волокон, формирующихся на поверхности семян хлопчатника, в особых плодовых коробочках. Это волокно обладает хорошими гигиеническими (умеренная гигроскопичность и газообмен) и механическими свойствами (износоустойчивость, термостабильность). Оно применяется в производстве различных тканей и трикотажа, швейных ниток, ваты и др.

Другое растительное волокно, издавна известное на Руси, — это лён. Он применяется для изготовления постельного белья, полотенец и декоративных тканей.

К волокнам животного происхождения относят шерсть и шёлк.

Шерстяное волокно обладает большой эластичностью, хорошо сохраняет тепло, впитывает влагу, не препятствует газообмену. Его используют для производства текстильных тканей, трикотажа, валенок.

Натуральный шёлк вырабатывает тутовый шелкопряд. Наиболее известен шёлк, который выделяют шелковичные черви Воmbyх mori.

Основные понятия химии полимеров являются универсальными и применимы также для неорганических соединений.

К неорганическим природным полимерам относят минеральное волокно асбест, издавна известное на Руси под названием «горный лён». Асбест используется для производства тепло- и огнезащитных химически стойких и других технических тканей.

Познакомимся с неорганическим полимером, который является одной из аллотропных модификаций серы, — серой пластической. Её легко получить из кристаллической (ромбической) серы, выливая расплав в холодную воду. Пластическая сера представляет собой резиноподобное вещество.

В качестве структурного звена в этом полимере выступают атомы серы: 

С другими неорганическими полимерами атомной структуры вы уже хорошо знакомы. Напомним, что к ним относятся все аллотропные видоизменения углерода (алмаз, графит, графен, фуллерены, нанотрубки, карбин), кристаллический кремний. Кремний обладает хорошими полупроводниковыми свойствами, а поэтому применяется для производства солнечных батарей.

Напомним, что наличие атомных кристаллических решёток у сложных веществ также позволяет отнести их к полимерам. Это, например, оксид кремния(IV), который образует многочисленное семейство замечательных минералов: кварц, кремнезём, агат, горный хрусталь.

Самый распространённый в литосфере металл алюминий образует огромное количество минералов и горных пород (например, алюмосиликаты, содержащие также атомы кремния, кислорода и других элементов). К семейству алюмосиликатов относятся белая глина (каолин) и полевые шпаты.

Минералы на основе оксида алюминия вам также хорошо знакомы: ярко-красные рубины, синие сапфиры, благородная шпинель, украшающая корону российской империи.

Таким образом, химия полимеров — это универсальное направление, изучающее как органические, так и неорганические вещества.

Конспект урока по химии «Полимеры». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

  • Вернуться к Списку конспектов по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии

Что такое неорганические полимеры

Более распространены неорганические полимеры природного происхождения, содержащиеся в земной коре

Чаще всего это продукт синтеза элементов III-VI группы периодической системы Менделеева. Неорганическими они называются потому, что в основе лежат неорганические главные цепи и не имеют органические боковые радикалы. Связи появляются в результате одного из двух процессов – поликонденсация или полимеризация.

Говоря обобщенно, неорганические полимеры – это искусственно синтезированные материалы, которые пришли на смену природным. При этом создатели преследовали цель сделать их дешевле. Современные полимеры превосходят имеющиеся природные аналоги по своим характеристикам. Были созданы материалы, которыми природа не обладает вовсе. Это обеспечивает их популярность и разнообразие.

виды неорганических полимеров

Классификация

Гомоцепные полимеры

Способностью к образованию гомоцепных неорганических полимеров обладают только углерод (аллотропная модификация карбин) и халькогены (пластическая модификация серы).

Гетероцепные полимеры

К образованию гетероцепных неорганических полимеров общей формулой [-X-Y-]n способны многие пары элементов, например кремний и кислород (силикон), ртуть и сера (киноварь).

Пример

Примером неорганического полимера является полимерное соединение висмута со фтором (BiF5)∞ (полимеризированный пентафторид висмута).Bismuth-pentafluoride-chain-from-xtal-1971-3D-balls.png

Основные характеристики

Более распространенными являются гетероцепные полимеры, в которых происходит чередование электроположительных и электроотрицательных атомов, например B и N, P и N, Si и O. Получить гетероцепные неорганические полимеры (НП) можно с помощью реакций поликонденсации. Поликонденсация оксоанионов ускоряется в кислой среде, а поликонденсация гидратированных катионов – в щелочной. Поликонденсация может быть проведена как в растворе, так и в твердых веществах при наличии высокой температуры.

Многие из гетероцепных неорганических полимеров можно получить только в условиях высокотемпературного синтеза, например, непосредственно из простых веществ. Образование карбидов, которые являются полимерными телами, происходит при взаимодействии некоторых оксидов с углеродом, а также при наличии высокой температуры.

Длинные гомоцепные цепи (со степенью полимеризации n>100) образуют карбон и p-элементы VI группы: сера, селен, теллур.

Неорганические полимеры примеры и применение

Физические свойства полимеров

Для полимеров характерны два агрегатных состояния – кристаллическое и аморфное и особые свойства – эластичность (обратимые деформации при небольшой нагрузке — каучук), малая хрупкость (пластмассы), ориентация при действии направленного механического поля, высокая вязкость, а также растворение полимера происходит посредством его набухания.

Классификация 

Пока еще не сформирован четкий перечень видов, но есть несколько основных групп неорганических полимеров, которые разнятся по своей структуре. Такие материалы бывают:

  • линейными;
  • плоскими;
  • разветвленными;
  • трехмерные и т.д.

Также различают по происхождению:

  • природные;
  • искусственные.

По образованию цепей:

  • гетероцепные;
  • гомоцепные.

В отдельную категорию выделяют полимерные сетки. По своей структуре это макромолекулы пространственного строения. Это позволило обеспечить нужды широкого круга производств.

Примечания

  1. 1 2 Alemán J. V., Chadwick A. V., He J., Hess M., Horie K., Jones R. G., Kratochvíl P., Meisel I., Mita I., Moad G., Penczek S., Stepto R. F. T. Definitions of terms relating to the structure and processing of sols, gels, networks, and inorganic-organic hybrid materials (IUPAC Recommendations 2007) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2007. — 1 January (vol. 79, no. 10). — P. 1801—1829. — ISSN 1365-3075. — doi:10.1351/pac200779101801. [исправить]

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимеры Полиамидные полимеры Элементоорганические
Содержат группу -СОО-

Лавсан (полиэтилентерефталат)

Содержат группу -СО-NH2—

Найлон, капрон

Содержат атомы других хим. элементов (кремний и др.).

Кремнийорганические полимеры

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH2-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Популярные темы сообщений

  • Витамины
    Для правильного развития организма человека, ему необходимы полезные вещества и витамины. Именно витамины стали главным элементом в образовании многих ферментов. Витамины играют важную роль в обмене веществ. Некоторые группы полезных
  • Дизельный двигатель
    Изобретатель Рудольф Дизель известен миру только одним творением – двигателем внутреннего сгорания, который, в честь своего создателя, так же называют дизельным двигателем. Своему творению гений посвятил всю жизнь. Его изобретение
  • Город Ижевск
    Столицей Удмуртской Республики является город Ижевск. Город этот многонациональный, численность населения которого около 648 тысяч человек. Здесь проживает более ста национальностей. Кроме русских, большинство населения составляют удмурты,

Что мы узнали?

Тема «Полимеры» является обязательной для изучения по химии. В данной статье дается определение этому понятию, раскрываются виды и типы полимеров.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 607.

obrazovaka.ru

Применение полимеров

Производство полимеров нашло широкое применение в различных областях жизни человечества — химической промышленности (производство пластмасс), машино – и авиастроении, на предприятиях нефтепереработки, в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве (производство гербицидов, инсектицидов, пестицидов), строительной промышленности (звуко- и теплоизоляция), производство игрушек, окон, труб, предметов быта.

Свойства полимеров

Свойства полимеров

В зависимости от того, имеют ли полимеры органический состав или являются производными неорганических соединений, проявляются их основные свойства:

  • имеют высокую прочность при механическом воздействии;

  • нет точно определенной температуры плавления;

  • основная часть не растворима в воде;

  • сохраняют способность к вязким течениям;

  • не меняют своих качеств после нагревания и охлаждения;

  • диэлектрики;

  • пластичны, легко формуются;

  • водостойкие.

Они могут быть мягкими, твердыми, гибкими, жесткими или прочными.

Композиционные материалы

Композиционный материал – это любой материал со структурой, состоящей минимум из двух фаз.

Свойства:

  • легкость
  • высокая удельная прочность
  • высокая усталостная прочность
  • высокая жёсткость
  • высокая износостойкость

Общий технологический процесс получения:

  • Подготовка армирующего наполнителя
  • Приготовление полимерного связующего
  • Совмещение матрицы с арматурой
  • Формообразование детали
  • Отверждение связующего
  • Механическая обработка

Технологии: прессовка, формообразование намоткой, вакуумное формование.

Примеры композиционных материалов:

  • Текстолит
  • Биметалл
  • Стеклопластик

Полимеры селена

Серый селен – полимер со спиралевидными линейными макромолекулами, вложенными параллельно. В цепях атомы селена связаны ковалентно, а макромолекулы связаны молекулярными связями. Даже расплавленный или растворенный селен не распадается на отдельные атомы.

Красный или аморфный селен тоже полимер цепной, но малоупорядоченной структуры. В температурном промежутке 70-90 ˚С он приобретает каучукоподобные свойства, переходя в высокоэластичное состояние, чем напоминает органические полимеры.

Карбид селена, или горный хрусталь. Термически и химически устойчивый, достаточно прочный пространственный кристалл. Пьезоэлектрик и полупроводник. В искусственных условиях его получили при реакции кварцевого песка и угля в электропечи при температуре около 2000 °C.

Прочие полимеры селена:

  • Моноклинный селен – более упорядоченный, чем аморфный красный, но уступает серому.
  • Диоксид селена, или (SiO2)n – представляет собой трехмерный сетчатый полимер.
  • Асбест – полимер оксида селена волокнистой структуры.
Какие неорганические полимеры вам известны

Будущее высокомолекулярных соединений

В ходе молекулярной эволюции сама природа создала новые вещества в виде различных молекулярных соединений. Двигаясь по этому пути, ученые не только разрабатывают новые соединения, но и стремятся разрешать проблемы по безопасной утилизации продукции, которая используется не только в быту. 

Гидрогель для суставов

Опираясь за законы биологии, ученые активно работают над созданием умных высокомолекулярных соединений, получение которых сможет изменять их структуру и свойства в зависимости от окружающей среды. Ведутся разработки:

  • биоразлагаемых пленок, в состав которых входит природный полимер – кукурузный крахмал;

  • упаковки, которая будет менять цвет в зависимости от срока годности товара, и разлагаться без вреда для экологии;

  • ведется разработка эко-почвы с гидрогелем для засушливых зон природного земледелия;

  • создаются полимерные жидкости, которые будут менять свои свойства в зависимость от среды, в которой находятся (для экономии воды в нефтедобывающей отрасли);

  • фармацевтической полимерной упаковки для доставки лекарственных средств непосредственно к больному органу внутри организма человека;

С помощью гидрогелей создаются лекарства пролонгированного (длительного) действия, которые реагируют на изменения состава крови при сахарном диабете.

Человечество уже не может развиваться без полимерной продукции. Сейчас стоит вопрос о ее безопасности для экологии и переходе на новый уровень взаимодействия.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...