9. Высокомолекулярные вещества и методы их получения.
Существует класс соединений так называемые высокомолекулярные соединения (ВМС) или полимеры. В достаточно разбавленных растворах ВМС представляет собой однофазную гомогенную систему, однако эти растворы обладают свойствами мелкодисперсных систем: малое осмотическое давление, малая диффузия, способность к диализу, светорассеяние. В связи с этим в описание их свойств, как правило, включают в курс коллоидной химии, т.к. они обладают целым рядом свойств одинаковых с коллоидными системами.
ВМС называются такие вещества, молекулы (макромолекулы) которых состоят из нескольких (1000 или более) атомов. Обычно молекулярный вес более 100000. Молекулы полимеров построены путем повторения одних и тех же групп. По происхождению ВМС подразделяются на природные, искусственные и синтетические. К числу природных относятся белки, крахмал, клетчатка (желатин, натуральный каучук). Искусственные ВМС называют природные ВМС, подвергая химической обработке. Искуственные полимеры получают в виде производных целлюлозы: нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы.
Синтетические ВМС – полимеры получают химическим синтезом низкомолекулярных веществ – полиэтилен, капрон, синтетический каучук.
Синтетические методы получения полимера разделяют на 2 важные группы: метод полимеризации и метод поликонденсации.
Полимеризацией
называется реакция соединения молекул,
протекающая без побочных продуктов. N
– степень полимеризации.
– структурная единица полимера. Степенью
полимеризации N
называется число структурных единиц,
содержащихся в одной макромолекуле.
Полимеризация – самопроизвольный экзотермический процесс, протекающий с уменьшением энтропии. ∆G < 0, ∆ H<0.
Полимеризация протекает очень медленно, поэтому ее проводят при повышенной температуре в присутствии катализаторов и повышенном давлении, но главным фактором полимеризации является строение молекулы мономера. В реакцию полимеризации могут вступать не предельные (ненасыщенные) соединения, молекулы которых содержат двойные и тройные связи.
Поликонденсация – реакция образования полимеров, протекающая с выделением побочных продуктов. Исходные соединения должны содержать две или более функциональные группы. При конденсации рост цепи происходит постепенно: сначала взаимодействуют между собой исходные молекулы, затем образованные соединения поочередно взаимодействуют с молекулами тех же полимеров, образуя в итоге полимерное соединение.
Фенолформодельгидные смолы – далее полученное соединение взаимодействует с фенолом – затем полученное соединение взаимодействует с формадельгидом.
При конденсации, в отличии от полимеризации, элементные составы полимеров и исходных веществ не совпадают, поскольку высокомолекулярными полимерами образуются низкомолекулярные. Поликонденсация протекает по ступенчатому механизму, при этом промежуточные продукты являются стабильными, т.е. поликонденсация может остановиться на любой стадии.
В зависимости от степени поликонденсации получают различные физические свойства полимеров: при n<10, как правило, получают жидкости, используя как смазочный материал. При более высоких степенях полимеризации вещества имеют характер смол – изоляционные материалы.
Растворы ВМ веществ представляют собой истинные растворы, термодинамически устойчивы и не нуждаются в стабилизаторе.
Отдельные молекулы полимеров имеют относительно большие размеры. Причины, стабилизирующие растворы ВМС с коллоидными системами:
В ряде растворителей соединения содержат молекулы (или агрегаты молекул), свернутые в компактный клубок с явно выраженной межфазной поверхностью.
В концентрированных растворах ВМС возникают достаточно большые ассоциаты макромолекул, которые также можно рассматривать как вторую фазу.
Растворы ВМС, благодаря большим размерам их молекул, обладают рядом свойств золей: дисперсность, диффузия, способность рассеивать свет, седиментация, что позволяет рассматривать многие проблемы одновременно и для коллоидных растворов и для растворов ВМС.