Высокомолекулярные соединения. Применение органических веществ

Высокомолекулярные соединения, или полимеры, представляют собой органические соединения с очень большой молекулярной массой, которая может достигать несколько миллионов. Состоят макромолекулы полимеров из повторяющихся структурных звеньев.

По способам получения различают природные высокомолекулярные соединения (биополимеры), которые имеют растительное и животное происхождение. К ним относятся полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ, хитин и лигнин. Вторая группа высокомолекулярных соединений – это химические соединения. Среди них выделяют искусственные, которые получают при переработке природных высокомолекулярных соединений. Например, триацетилцеллюлоза, вискоза. Синтетические высокомолекулярные соединения получают путём синтеза их низкомолекулярных веществ. К ним относятся полиэтилен, тефлон, полистирол, капрон, лавсан и другие.

По функциональным свойствам различают следующие высокомолекулярные соединения. Это пластмассы, которые представляют собой материалы на основе природных и синтетических высокомолекулярных соединений, способных под действием температуры и давления принимать любую форму и сохранять её после охлаждения. Каучуки, или эластомеры, представляют собой природные или синтетические высокомолекулярные соединения с высокоэластичными свойствами. Волокна – это природные или синтетические высокомолекулярные соединения, перерабатываемые в нити.

По расположению атомов и атомных групп в пространстве различают линейные высокомолекулярные соединения, разветвлённые и сетчатые.

По отношению к нагреванию различают термопластичные высокомолекулярные соединения, которые обратимо размягчаются при нагревании и застывают при охлаждении. К таким соединениям относятся полиэтилен, полистирол, полиэфиры и другие. Термореактивные высокомолекулярные соединения при повышении температуры за счёт химических реакций образуют трёхмерную сетку, необратимо переходят в твёрдое неплавкое состояние. К таким соединениям относятся полиуретаны, фенолформальдегидные смолы.

По чередованию структурных звеньев различают стереорегулярные высокомолекулярные соединения, структурные звенья которых повторяются в определённой периодической последовательности; у стереонерегулярных высокомолекулярных соединений структурные звенья повторяются хаотически.

Для получения высокомолекулярного соединения необходимо исходное низкомолекулярное соединение, которое называется мономер. Полимером является конечный продукт реакции полимеризации. Многократно повторяющиеся звенья полимера называются мономерным звеном, структурным или элементарным звеном, а число мономерных звеньев в полимере называется степенью полимеризации, которое обозначается буквой «эн». Степень полимеризации вычисляется по формуле: молярная масса полимера, делённая на молярную массу мономерного звена.

Для получения высокомолекулярного соединения используют реакции полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. В реакции полимеризации вступают вещества с кратными связями. Например, алкены, диены. В реакции сополимеризации вступают различные мономеры, содержащие кратные связи. В реакции поликонденсации вступают вещества, содержащие карбоксильные группы, аминогруппы и гидроксогруппы. Причем, помимо полимера, в данных реакциях ещё образуется низкомолекулярный продукт – вода, аммиак или хлороводород.

В реакции полимеризации этилена образуется полимер, который называется полиэтилен. Полиэтилен используют в производстве труб, шприцев, игрушек, плёнок и пакетов.

В реакции полимеризации винилхлорида образуется поливинилхлорид. Поливинлхлорид – сырьё в производстве искусственной кожи, клеёнки, дверей, окон, труб.

При полимеризации тетрафторэтилена образуется тефлон. Тефлон используется как покрытие утюгов, сковород, в атомной промышленности.

При полимеризации пропена образуется полипропилен, который необходим в получении труб, вентилей, медицинских приборов, упаковочной плёнки.

В результате полимеризации стирола образуется полистирол. Полистирол используют в производстве посуды, игрушек, облицовочных плит, деталей радиоаппаратуры.

Мономером в получении полиметилметакрилата является метилметакрилат. Его используют для получения органического стекла, плёнки, протезов, лаков и клея.

Сырьём для получения поливинилацетата является винилацетат, который необходим при изготовлении клея, шпаклёвки, обоев, водоэмульсионной краски.

Фенол и формальдегид – основа получения такого полимера, как

фенолформальдегидная смола. Она используется для изготовления бытовых приборов, корпуса различной аппаратуры, лаков и клея.

Каучуки – высокоэластичные полимеры. Для получения резины каучук нагревают с серой. Для получения натурального каучука берут изопрен. Натуральный каучук необходим при производстве обуви, шин, игрушек, шлангов и транспортёрных лент.

Гуттаперча – это натуральный каучук транс-строения. Гуттаперчу используют при производстве мячей для гольфа.

Дивинил, или бутадиен-1,3 – основа получения синтетического каучука. Синтетический каучук необходим в производстве шин, резиновой обуви, транспортёрных лент и шлангов.

Волокна бывают природные и химические. К природным волокнам относят волокна растительного происхождения, такие как хлопок, лён, конопля, джут. А также животного происхождения, такие как шерсть и шёлк.

Среди химических волокон различают искусственные, как ацетатное волокно и вискозное. В искусственных волокнах основу составляет природное вещество, например целлюлоза. Синтетические волокна бывают полиэфирные, которые содержат группу -СОО, например волокно лавсан, а также полиамидные, содержащие группу -СОNH, как например волокно капрон.