Основные понятия химии полимеров

Полимеры - это природные и синтетические соединения, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок, соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные линейные или разветвленные цепи.

Группа атомов, с помощью которой можно описать строение полимера, называется составным или элементарным звеном.

Элементарное звено, которое многократно повторяется, называют повторяющимся звеном, а группы на концах цепи - концевыми группами.

Молекула полимера, состоящая из повторяющихся элементарных звеньев и концевых групп, называется макромолекулой.

Вещества, из которых образуется полимер, называют мономерами.

Если при получении полимера мономер полностью входит в его состав, то повторяющееся звено является мономерным звеном. Если же получение полимера сопровождается выделением низкомолекулярных продуктов, например, воды, газов, то строение составного звена будет отличаться от строения мономера и называть такое звено мономерным нельзя.

Полимеры, полученные из одного мономера, называют гомополимерами, а из двух и более - сополимерами.

Число повторяющихся звеньев (n) варьируется в широких пределах – от десятков единиц до десятков тысяч. Как правило, в одном полимере содержатся макромолекулы различной длины, т.е. с разным числом составных повторяющихся звеньев.

Переход от низкомолекулярного соединения к полимеру происходит в результате роста числа повторяющихся звеньев. При этом заметно изменяются физические и химические свойства, но при достижении определенного значения n они перестают изменяться, несмотря на дальнейшее увеличение числа звеньев. С этого момента соединение становится полимером.

Промежуточное положение между низкомолекулярными соединениями и полимерами занимают вещества, называемые олигомерами (олиго- малый, немного). Они проявляют свойства, характерные как для мономеров, так и для полимеров. При добавлении или удалении одного или нескольких повторяющихся звеньев наблюдается заметное изменение некоторых их свойств. Число повторяющихся звеньев у олигомеров невелико - несколько единиц или десятков.

Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-, а олигомеров - с приставкой олиго-. Химическая формула полимера или олигомера может быть изображена несколькими способами:

-СН₂–СН₂- ~СН₂–СН₂~ -[CH₂-CH₂]_n-

Особенности свойств полимеров

При одинаковом химическом строении низкомолекулярных соединений и полимеров полимеры обладают рядом особенностей:

1. полимер может существовать только в конденсированном твердом или жидком состоянии. Переход в газообразное состояние невозможен без разрыва макромолекулы;

2. растворы полимеров (даже разбавленные) имеют очень высокую вязкость, значительно превышающую вязкость концентрированных растворов низкомолекулярных веществ;

3. скорость растворения полимеров существенно меньше, и растворению, как правило, предшествует набухание. Существует ряд полимеров, которые вообще не растворяются, а только набухают;

4. при удалении растворителя полимер выделяется не в виде кристаллов, как низкомолекулярное соединение, а в виде пленки;

5. полимеры можно переводить в ориентированное состояние: например, продавливанием через фильеры можно получать волокна;

6. для некоторых полимеров (эластомеров) характерны большие обратимые деформации, во много раз превосходящие упругую деформацию низкомолекулярных веществ;

7. химические реакции полимеров отличаются скоростью и протеканием большого числа побочных реакций от аналогичных реакций низкомолекулярных веществ; свойства полимеров резко изменяются при действии очень небольших количеств реагента.