Задачи для самостоятельного решения*

2. Классификация и структурные формулы основных полимеров

2.1 Классификация полимеров

Вопросы2501 – 2502, 2403 – 2406, 2307

2.2. Структурные формулы основных полимеров

Вопросы 3501, 3402, 3303 – 3309

*Здесь и в дальнейшем задачи приведены из « Сборника тестовых заданий для тематического и итогового контроля по дисциплине «Химия и физика полимеров», Прокопов Н. И., Гервальд А. Ю., Зубов В. П., Литманович Е. А.,М.,МИТХТ, 2009г.

Раздел №3. Основные характеристики макромолекул

Макромолекулы характеризуются 4 основными параметрами:

1. Молекулярная масса (ММ), молекулярно- массовое распределение (ММР);

2. Конфигурация макромолекулы;

3. Конформация макромолекулы;

4. Топология (линейные, разветвленные).

   • ММ позволяет определить длину, размеры макромолекул;

   • Конфигурация определяет химическое строение макромолекул;

   • Конформация определяет форму макромолекул.

3.1. Молекулярная масса (мм), молекулярно-массовое распределение (ммр)

Основные отличия понятия ММ для ВМС и НМС:

ММ является мерой длины молекулы для линейных полимеров и может быть выражена через ММ низкомолекулярных составных повторяющихся звеньев:

M _n = m₀·P_n (3.1.1.)

m ₀ – молекулярная масса составного повторяющегося звена;

P_n – степень полимеризации

Большинство синтетических полимеров не являются индивидуальными соединениями, а состоят из смеси молекул разного размера, но одинакового состава.

Это приводит к тому, что:

• у полимеров эффективная молекулярная масса представляет собой среднюю величину из-за полидисперсности – разброса макромолекул по величине ММ;

• у большинства полимеров концевые группы отличаются от состава звеньев полимерной цепи;

• в макромолекулах могут существовать определенные боковые ответвления, это также различает макромолекулы друг от друга;

• большинство биополимеров – индивидуальные соединения (каждый конкретный полимер – уникален по составу, строению и молекулярной массе).

Причины полидисперсности:

1. из-за статистического характера процесса получения полимера: в процессе синтеза получаются макромолекулы различной длины;

2. из-за протекания процессов частичной деструкции макромолекул, например, в ходе эксплуатации материала;

3. из-за различия концевых групп у молекулы полимера;

4. из-за наличия у некоторых полимеров ответвлений в различных местах и различной химической структуры.

3.1.1. Способы усреднения молекулярных масс

1) Усреднение по числу молекул

Среднечисловая ММ:

М_n=∑(N_i ·M_i)/∑N_i (3.1.1.1)

Учитывается число молекул данной молекулярной массы.М_n определяют, используя криоскопию, эбулиоскопию, осмометрию, хроматографию, метод концевых групп.

2) Усреднение по весу

Средневесовая ММ:

М_w=∑(N_i M_i²)/∑(N_iM_i) (3.1.1.2)

Учитывается масса фракции данной молекулярной массы.

M_w определяют при помощи методов хроматографии, ультрацентрифугирования, светорассеивания.

M _n<M_w - в подавляющем большинстве случаев

Коэффициент полидисперсности:

K_n=M_w/M_n (3.1.1.3)

Для монодисперсных (биологических) полимеров K_n=1.

При узком распределении K_n=1,01÷1,05.

В промышленности чаще всего получают полимеры с K_n=3÷10.

3) Средневязкостная ММ:

M_ŋ=((∑N_iM_i)^1+α/∑(N_iM_i))^1/α, 0<α<1 (3.1.1.4)