Класифікація високомолекулярних сполук

ВМС класифікують за різними ознаками.

1. За походженням ВМС поділяють на три групи:

• Природні, які утворюються в процесі біосинтезу (білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди, ізопреновий каучук тощо);

• Штучні, які одержують у результаті хімічної обробки природних полімерів (похідні целюлози);

• Синтетичні, які одержують із низькомолекулярних речовин за допомогою реакції полімеризації (напр., поліетилен, бутадієновий каучук) або поліконденсації (напр., капрон, найлон, фенол формальдегідні смоли та ін.).

2. За структурою полімерного ланцюга ВМС поділяють на такі групи:

• Лінійні – мають довгі ланцюги, товщина яких значно менша за довжину (напр., натуральний каучук, поліетилен, амілоза крохмалю).

• Розгалужені – атомні угрупування в макромолекулах розташовуються у формі довгого ланцюга з бічними відгалуженнями (напр., глікоген, амілопектин крохмалю);

• Сітчасті (просторові, зшиті) – довгі ланцюги з’єднані між собою у просторі поперечними хімічними зв’язками у вигляді сітки (фенол формальдегідна смола, вулканізований каучук, целюлоза).

3. За формою макромолекул полімери поділяють на глобулярні і фібрилярні.

Глобулярними є полімери, молекули яких згорнуті у сферичні клубки – глобули. До глобулярних білків належать розчинні у воді білки, наприклад, альбуміни і глобуліни яєчного білка, молока, сироватки крові, органів і тканин, гемоглобін крові, фермент шлункового соку пепсин. За зміни зовнішніх умов глобулярні структури можуть переходити у фібрилярні (денатурація білків).

У фібрилярних полімерів макромолекулами є лінійні або слабо розгалужені ланцюги, які легко утворюють надмолекулярні структури у вигляді асиметричних пачок молекул – фібрил, причому всередині кожної фібрили ланцюги молекул орієнтовані в одному напрямку. До цієї групи належать: міозин – білок м’язів, кератин – білок волосся і рогу, колаген і еластин – білки шкіри і сухожиль, фіброїн – білок природного шовку тощо.

4. За хімічною природою атомів, що входять у полімерні ланцюги макромолекул, полімери поділяють на кілька груп: карболанцюгові, гетероланцюгові, елементоорганічні та неорганічні.

Природні ВМС утворюються в процесі біосинтезу у клітинах організмів. А синтетичні полімери одержують із низькомолекулярних речовин (мономерів) реакціями полімеризації та поліконденсації. Штучні ж ВМС одержують методом хімічних перетворень, коли у готові високомолекулярні сполуки вводять нові функціональні групи.

Властивості високомолекулярних сполук

Фазові і фізичні стани ВМС. Усі полімери внаслідок великої молекулярної маси нелеткі. Вони розкладаються за перегонки навіть у найбільшому вакуумі. Температура їх розкладання значно нижча за температуру кипіння, що і пояснює неможливість переходу ВМС у газоподібний стан. З цієї причини для ВМС характерний тільки конденсований стан – твердий і рідкий. Твердому агрегатному стану полімеру відповідають два фазових стани: кристалічний та аморфний, що залежить від ступеня упорядкованості молекул. Кристалічними ВМС є, наприклад, поліетилен, поліаміди, а аморфними – целюлоза, каучуки.

Залежно від температури аморфні лінійні полімери можуть знаходитись у трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластичному, і в’язкотекучому

Переходи між ними відбуваються поступово в деякому інтервалі температур, супроводжуються зміною механічних властивостей полімеру і відображаються термомеханічними кривими.

За низьких температур для полімерів характерний склоподібний стан. Він характеризується малою здатністю до деформації.

При нагріванні починається коливальний рух цілих ланок, - це високоеластичний стан, для якого характерні великі оборотні деформації.

За достатньо високих температур полімер переходить у в’язкотекучий стан. Тут відбувається переміщення ланцюгів і всієї макромолекули як єдиного цілого, що супроводжується різким збільшенням необоротної деформації.

Фізико-хімічні властивості ВМС. Однією з специфічних властивостей полімерів є їх висока еластичність. Еластичність характерна для таких білків як еластин, абдиктин. Еластин складає значну частину стінки артерій, особливо поблизу серця. Подібно гумі він сильно розтягується. М’язова тканина має теж пружно еластичні властивості.

Морозостійкість полімерів визначається температурою силування: чим вона нижча, тим більш морозостійким є полімер.

За температур вищих від температури текучості виявляється ще одна властивість полімерів – пластичність, тобто властивість тіл необоротно змінювати свою форму і розміри під дією механічних навантажень. Пластичність полімеру можна збільшити додаванням до нього низькомолекулярних речовин – пластифікаторів.

Усі макромолекули ВМС мають ланцюгову будову. Головна відмінність лінійної ланцюгової молекули полягає в її гнучкості. Через гнучкість, макромолекули можуть набувати різної конформації. Так, внаслідок гнучкості ланцюгів молекули ДНК, довжина яких досягає кількох сантиметрів, можуть пакуватися і зберігатись у ядрі клітини розміром у мільйонні долі метру.

Тільки полімери з гнучкими макромолекулами здатні до великих оборотних деформацій. Зі здатністю ВМС до великих деформацій пов’язані еластичність шкіри, м’язів, тканин живих організмів.

Таким чином, полімери характеризуються цінними фізико-хімічними властивостями, що дозволяє використовувати їх у різних галузях народного господарства, науки і техніки, і, зокрема, у медичній практиці.