Полимерлер туралы негізгі ұғымдар, мономер, буын, тізбек, макромолекула. Полимерлену дәрежесі.
Үлкен молекулалық массасы және өзіне тән бірқатар қасиетті бар қосылыстарды
жоғары молекулалық қосылыстар немесе полимерлер деп атайды.
Бір немесе бірнеше типті құраушы буындары еселеніп тізбектеліп жалғанған молекуланы полимер деп атаймыз. Полимердің құрамынан бір немесе бірнеше құраушы буындарды алғанда немесе қосқанда физика-химиялық қасиеттер жиыны өзгермейді.
И.Берцелиус 1833 ж. “полимерия” терминін ғылымға енгізген.
Алғашқы синтетикалық полимерлер 1838 (поливинилиденхлорид) және 1839 (полистирол) жылдары алынған. Полимерлер химиясы А.М.Бутлеровтың химиялық құрылым теориясын шығарғаннан кейін ғана туындады Г.Бушарда, У.Тилден, неміс ғалымы К Гарриес, И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев және т.б.
30-шы жылдары бос радикалдар және ионды механизмді полимерлеудің негізін салған У.Карозерс болған.
Г.Штаудингер – ЖМҚ үлкен молекулалық массадан тұратынын дәлелдеген.
Жоғары молекулалы қосылыс немесе полимер деп бір немесе бірнеше түрлі буындардан құралған, буындары бір бірімен химиялық байланыс арқылы жалғанған, үлкен молекулалық массасы және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар қосылыстарды атайды.
Полимерлердің ішіндегі ең қарапайымы полиэтилен:
nСН2 = СН2 → -[СН2 – СН2] n -
Буындардан құралған үлкен молекула макромолекула деп аталады.
Макромолекула – полимердің молекуласы
Құраушы буын – макромолекула құрамындағы ең кіші қайталанатын атомдар тобы.
Полимерлену дәрежесі – макромолекула құрамындағы құраушы буындардың саны.
Р=М/м
Олигомерлер – молекулалық массасы полимерлерден төмен мономерлерден құралған қосылыстар.
Полимердің молекулалық массасы полимерлену дәрежесімен байланысқан
М(макромолекула) = M(буын) • n,
мұндағы n – полимерлену дәрежесі, M – салыстырмалы молекулалық масса
Полимерлер үшін орташа молекулалық масса ұғымы қолданылады.
Морт(макромолекула) = M(буын) • nорт
.Жоғары молекулалы қосылыстардың классификациясы / табиғаты бойынша, құрылымы бойынша, термопластар, термореактивті полимерлер/.
полимерлер химиялық табиғаты бойынша органикалық, бейорганикалық және элементорганикалық болып тағы бөлінеді.
Органикалық полимерлер көміртегінен, сутектен, оттектен, күкірттен және азоттан тұрады.
Бейорганикалық – кремний, алюминий, стронций, германий т.б. элементтерінен тұрады және оларда органикалық қосымша тізбектер болмайды.
Элементорганкалық полимерлердің негізгі тізбегінің табиғаты бейорганикалық болады да, қосалқы тізбегінің табиғаты органикалық болады, немесе керісінше.
Полимерлерді табиғаты бойынша классификациялау. Негізгі тізбегі көміртегі (С) атомынан тұратын полимер - органикалық деп аталады:
Бейорганикалық полимерлердің молекулалары, әдетте, өздерінің негізгі тізбегінде көміртегі атомын құрамайды:
Макромолекула тізбектерінің құрылымына байланысты. Сызықты тармақталған торланған
Полимерлі материалдар қыздырғандағы өзгерістеріне байланысты термопластар және термореактивті болып екіге бөлінеді.
Термопласты полимерлер қыздырғанда қасиеттері біртіндеп, баяу өзгереді және белгілі бір температураға жеткенде тұтқыраққыш күйге ауысады. Балқыған термопласты суытқан кезде полимер алғашқы қалпына келеді және де мұндай өзгерістердің нәтижесінде полимердің химиялық табиғаты өзгермейді, сондықтан бұл процесті бірнеше рет қайталауға болады. Термоплаты полимер болып полиэтилен, полистирол, поликапролактам сияқты полимерлер есептеледі.
Термореактивті полимерлерге қыздырып артынша суытқанда бастапқы қалпына келмейтін полимерлер жатады. Мұндай полимерлердің тізбегінде бос функционалды топрары болады немесе қанықпаған байланыстары болады, сондықтан олар қыздырғанда макромолекулалар арасында химиялық байланыстар пайда болады да, олар торланған құрылымды полимер түзеді. Мұндай полимерлерге фенолформальдегидті, мочевинальдегидті полимерлер жатады.
.Жоғары молекулалы қосылыстардың номенклатурасы.
Табиғи және кейбір синтетикалық полимерлердің атаулары көптен бері қалыптасқан танымалы тривиалды номенклатура бойынша аталады. Мысалы: целлюлоза, лигнин, капрон, лавсан, каучук, тефлон т.б.
Номенклатураның екінші түрі – рационалды номенклатура. Бұл номенклатура бойынша полимер мономердің алдына «поли» деген сөз қосу арқылы аталады. Мысалы, стиролдан алынған полимер полистирол деп аталады. Егер полимер әр түрлі мономерлерден алынса, онда оның атауында екі мономердің аты білінуі қажет. Мысалы, поли-(гексаменленадипамид).
ИЮПАК ұсынған номенклатура жүйелі деп аталады. Бұл полимер тізбегіндегі қайталанып келетін бөлікті құрайтын құрылымның атымен байланысты. Бұл жүйе бойынша да полимердің аты «поли» деген сөзден басталады.
1-сұрақ.Полимерлердің табиғаттағы орны және олардың өндірістік материал ретіндегі маңызы(пластмасс каучуктер талшықтар және жабқыштар)
Қазіргі кезде адамзат ғарыштық биіктер мен өте терең бүрғылау ұңғымаларын бағындыра отырып, күрделі электронды есептегіш машиналардың микроскопиялық тетіктерінен бастап, үлкен каналдар мен су қоймаларының гидрооқшаулағыштарын жасауға дейінгі барлық жағдайда полимер бұйымдарымен жұмыс істейді. Сондықтан қолданылатын орнына, мақсатына, жұмыстың түріне қарай полимер материалдарын қасиеттеріне сай пайдалану қажет. Қазіргі кезде қолданылып жүрген полимер бұйымдарын жалпы қасиеттері мен олардан жасалатын заттардың түріне, сондай-ақ өндіру әдісіне қарай төрт типке бөледі:
Конструкциялық пластиктер. Оларды көбіне пластмассалар деп атайды. Пластмассаға кейін толығырақ тоқталамыз. Басқа полимерлерден айырмашылығы мынадай: пластиктер — бөліну беріктігі 50—200 кг/см2 болатын қатты заттар.
Эластомерлер. Оған каучук, резеңке және осыларға ұқсас материалдар жатады. Эластомерлерге атына сәйкес жоғары (эластикалық) иілімділік, созылғыштық тән, деформациялығы қайтымды.
Талшықтар мен жіптер. Бұларға осы талшықтардан тоқылған маталар жатады. Бұл материалдардың қасиеттері молекулаларының үш өлшемінің қайсысын негізге алуға байланысты бір-бірінен айқын ерекшеленеді. Талшықты материалдардың беріктігі, иілімділігі, қаттылығы, кейде тіпті тығыздығы да анизотропиялық (дененің барлық немесе бірқатар физикалық қасиеттері әр бағытта әр түрлі) болады. Бұл бастапқы полимердің химиялық құрылымы мен жалпы қасиеттеріне байланысты.
Қабыршақтар, лактар, бояулар және басқа қорғағыш, әсемдегіш жабындар (пленкалар). Бұл заттарда қасиеттердің анизотропиялығы өте айқын байқалады. Лак, бояу материалдарының олар жабатын негізбен берік байланысында — адгезияның да маңызы зор. Сондай-ақ бұл типтегі материалдардың тағы бір ерекшелігі — алдын ала пішін жасауға болмайды. Оларды қорғалатын заттың бетіне жұқа қабатпен жағып, қолма-қол пайдаланады.
Полимер материалдарының осы негізгі төрт типінен басқа да қосымша түрлері бар. Мысалы, желімдеу, тығыздау үшін құйылатын қоспалар, газ толтырылған материалдар, т.б. Олардың барлығының да өзінің қолданылатын жері бар.
2.Жоғарғы молекулалық қосылыстар,полимер,олигомер,мономер түсініктері
Полимер(грек сөзінен ‘поли’-көп, ‘meros’-бөлшекдеген мағынаны білдіреді)-қайталанып келетін буындардың көптеген санынан тұратын молекула немесе зат.
Мономер-полимерді синтездеп алатын төмегі молекулалы қосылыс.
Олигомер-бір немесе бірнеше түрлі атомдар немесе атомдар тобынан (буындардан,молекулалардан)тұратын зат.
ЖМҚ немесе полимер деп бір немесе бірнеше түрлі буындардан құралған,буындары бірі-бірімен химиялық байланыстар арқылы жалғанған,үлкен молекулалық массасы және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар және осы қасиеттері буындардың санын кеміткеннен немесе көбейткеннен өзгермейтін қосылыстарды айтамыз.
Полимерлердің ішіндегі ең қарапайым түрі полиэтилен:
nCH2=CH2→[CH2-CH2]n
Қайталанып келетін буындардан құралған молекула макромолекула деп,n≤100 болса,олигомер деп аталады.Макромолекуланың құрамына кіретін буындар санының полимерлену дәрежесі:
P=M/m
деп аталады. M-макромолекуланың массасы,m-буынның молекулалық массасы.
Біркелкі мономерден құралған полимерлер гомополимер деп,бірнеше мономер буындарынан құралған полимерлік қосылыстар сополимерлер деп аталады.
3.Макромолекула, құрамдық қайталанатын буын. Полимерлену дәрежесі.
Жоғары молекулалы қосылыс немесе полимер деп бір немесе бірнеше түрлі буындардан құралған, буындары бір бірімен химиялық байланыс арқылы жалғанған, үлкен молекулалық массасы және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар, және де осы қасиеттері буындардың санын кеміткеннен немесе көбейткеннен өзгермейтін қасылыстарды атайды.
Полимерлердің ішіндегі ең қарапайымы полиэтилен:
nСН = СН → [СН - СН] n
Көп рет қайталанатын мономерлерден немесе мономерлердің негізгі бөлігінен тұратын топтар құраушы буындар деп, ал буындардан құралған үлкен молекула макромолекула деп аталады . Полимерлік тізбектің ең соңында тұратын топтар соңғы топтар деп аталады. Макромолекуланың құрамына кіретін буындар саны жоғары молекулалық қосылыстардың полимерлену дәрежесін көрсетеді. Ол Р әрпімен өрнектеледі. Полимерлену дәрежесі полимердің молекулалық массасымен Мn төмендегідей байланыста: Р =Мn/m
Біркелкі мономерден құралған полимерлер гомополимерлер деп, ал бірнеше түрлі мономер буындарынан құралған полимерлік қосылыстар сополимерлер деп аталады.
Олигомерлер – молекулалық массасы полимерлерден төмен мономерлерден құралған қосылыстар.
10)Конфигурациялық негізгі буын. Этилендер мен диендердің стереореттелген полимерлері, макромолекулалардың құрылымдық түрлері.
Конфигурация деп молекула құрайтын атомдардың немесе атомдық топтардың кеңістікте нақты орналасуын және жылулық қозғалыстың әсерінен өзгермеуін айтады.Бір конфигурациядан екінші конфигурацияға химиялық байланыстарды үзбей өтуге болмайды. Полимерлер бірнеше конфигурация деңгейлерін түзеді: буындар конфигурациясы,буындардың тізбекке қосылу конфигурациясы, үлкен блоктардың тіркелу конфигурациясы және тізбек конфигурациясы.
Буындар конфигурациясы
Бұл конфигурация негізгі тізбегінде қос байланыс бар полимерлерге тән және орынбасарлардың қос байланысқа салыстырмалы түрде орналасуымен анықталады:
-CH2-CH= CH-CH2-CH2 –CH = CH –CH2 – цис-1,4-поибутадиен
-CH2-CH=CH –CH2-CH2 –CH=CH –CH- транс-1,4 полибутадиен
Цис изомерде орынбасарлар қос байланыс кеңістігінің бір жағында, ал транс изомерде кеңістіктің екі жағында орналасқан.
Стереоизомерлер .Бұл изомерлер мынадай синтетикалық винил полимерлеріне
-( СНХ-CH2)-n
Және кейбір полимерлерге ( белоктар, полисахаридтер, нуклейн қышқылдары тән)
Стероизомерлердің болуы Х орынбасарлары бар көміртегі атомының тетраэдрлік конфигурациясының әртүрлі болуында.
Буындардың немесе орынбасарларының кеңістікте ретті орналасуы полимерлердің конфигурациялық изомерлерін береді, оларға d және l(оптикалық) изомерлер жатады.Буындары мен орынбасарлары кеңістікте белгілі бір ретпен орналасқан полимерлер стереоретті немесе стереоарнаулы деп аталады.
Изотактикалық полимерлерде макромолекланың негізгі тізбегіне кіретін әрбір қарапайым буындарда кем дегенде бір асимметриялы атом болуы тиіс.Молекулалық тізбектің жеткілікті ұзын бөлігінде қайталанатын бір типті асимметриялы атомдар бірдей кеңістіктік конфигурацияда болуы керек. Изотактикалық полимердің жазық ирек конформациясындағы бір типті орынбасарлар (R) негізгі тізбек жататяын жазықтықтың бәр жағында, ал екінші типті орынбасарлар (Н) екінші жағында болады.
-HCR-HCR-HCR-HCR-HCR-
Cидотактикалық полимерлердің макромолекуласының негізгі тізбегіне кіретін әрбәр қарапайым буындарда кем дегенде бір стереоизомерлік орталығы немесе псевдоассимметриялы атомы болуға тиіс, ол өте ұзын молекулалық тізбекте болады, ал әрбір типті псевдоассимметриялы атомдар жүйелі конфигурацияда орналасады.
Синдиотактикалық полимерлердің жазық ирек конфармациясындағы бір типті орынбасарлар (R) негізгі тізбек жататын жазықтықтың жан жағына кезек кезек орналасады:
-HCH-HCR-HCH-RCH-HCH-HCR-
Егер поимер тізбегінде орынбасарлардың орналасуында ешқандай заңдылық болмаса, онда атактикалық құрылым болады:
HCH-HCR-RCH-HCH-HCH-HCH-RCH-