1. Полимерное состояние вещества
Высокомолекулярные соединения состоят из больших молекул, молекулярная масса которых превышает несколько тысяч, а иногда может достигать и многих миллионов. Молекулы таких соединений состоят из комбинаций малых молекул одинакового или разного строения.
В большинстве случаев высокомолекулярные соединения являются полимерами – веществами, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся структурных единиц. В одну молекулу полимера могут входить одна, две, а иногда три и больше повторяющихся структурные единицы.
Анализ строения двух типичных высокомолекулярных соединений – каучука и целлюлозы – показал, что их макромолекулы состоят в основном из одинаковых участков – составных повторяющихся звеньев. У натурального каучука такими звеньями являются остатки изопрена, у целлюлозы – остатки глюкозы. Такие высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых построены из большого числа одинаковых звеньев, по предложению одного из крупнейших химиков ХХ века Г.Штаудингера были названы высокополимерными соединениями. В настоящее время их называют просто полимерами. Низкомолекулярные вещества, способные к многократному соединению друг с другом с образованием макромолекул, называются мономерами.
Как правило, вещества, имеющие молекулярную массу до 500 углеродных единиц, считаются низкомолекулярными. При молекулярной массе 500....5000 вещества относятся к олигомерам, а при большей массе вещество считается высокомолекулярным веществом или полимером. Причем не всякое высокомолекулярное вещество будет являться полимером. Высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из одинаковых повторяющихся звеньев, последовательно связанных в виде цепи, называются полимерами.
-;
- небольшие воздействия (только одна сшивка каждой макромолекулы) приводят к значительному изменению свойств (дает трехмерную сшитую структуру);
- влияние соседних по цепи заместителей на реакционную способность функциональных групп (большая вероятность кооперативных процессов);
- возможность хранения информации с высокой плотностью (последовательности расположения пуриновых и пиримидиновых оснований в макромолекулах ДНК). В частности, как будет рассмотрено далее, полимеры сохраняют информацию о способе их получения (молекулярно-массовое распределение, композиционная неоднородность сополимеров) и переработке (ориентация, анизотропия свойств, степень кристалличности) - это не характерно для низкомолекулярных веществ !
В отличие от низкомолекулярных веществ полимеры обладают рядом специфических свойств.
Характерные особенности свойств полимеров:
Большая молекулярная масса, которая является определяющим показателем всех характеристик.
Полидисперсность. Если у всех низкомолекулярных веществ величина молекулярной массы является постоянной, то полимеры характеризуются средним значением этой величиныпоскольку все полимеры состоят из полимергомологических цепей. (Полимергомологическими цепями называются цепи, состоящие из одних и тех же мономерных звеньев, но отличающиеся друг от друга коэффициентом полимеризации. Полимер, состоящий только из полимергомологических цепей, называется химически чистым).
Нелетучесть.
Полимеры способны набухать с образованием систем со свойствами, промежуточными между жидкостью и твердым телом.
Повышенная вязкость растворов (из-за больших размеров молекулярных цепей).
Высокая прочность и большая обратимая деформация (при соответствующих условиях – кожа, хлопок, натуральный и синтетический каучук и т.д.). эластичность (цепное строение+гибкость) - способность к большим обратимым деформациям под действием малых нагрузок
Только для полимеров характерно наличие высокоэластической деформации.
Полимеры способны к образованию пленок и волокон, т.е. к проявлению анизотропии свойств.
Естественно, все эти свойства проявляются не одновременно для всех полимеров. Так, сетчатые полимеры, в большинстве случаев изотропны и не проявляют способности к образованию волокон. Не все полимеры имеют высокую прочность и т.д.
Эти особенности строения и свойств высокомолекулярных соединений свидетельствуют о качественном различии свойств высоко- и низкомолекулярных соединений и дают основания рассматривать полимерное состояние как особое состояние вещества.