Синтетичні високомолекулярні речовини. Полімери. 

Синтетичні високомолекулярні сполуки становлять основу пластмас, волокон, гуми. 

За деякими властивостями ці матеріали переважають традиційні — дерево, кераміку, скло, металічні сплави. Синтетичні матеріали набули широкого використання у промисловості, будівництві, медицині, засобах зв’язку, на транспорті, а також у нашому повсякденному житті, на роботі, відпочинку.

Серед синтетичних високомолекулярних сполук — поліетилен, поліпропілен, полістирол. Загальна назва цих та інших подібних речовин — полімери. (Часто полімерами називають усі високомолекулярні сполуки.)

Склад і будова. Високомолекулярні сполуки складаються з дуже довгих молекул, які називають макромолекулами. У цих частинках багаторазово повторюється певна група атомів — елементарна ланка. Кількість таких ланок у макромолекулі називають ступенем полімеризації. При написанні формули полімеру або його макромолекули елементарну ланку поміщають у дужки, за якими зазначають ступінь полімеризації n:

(–СН2–СН2–)n. поліетилен.

Сполуку, від молекули якої походить елементарна ланка полімеру, називають мономером.

Мономер для поліетилену — етен СН2=СН2.

У кожному полімері містяться макромолекули різної довжини, а отже, й різної маси. Тому для характеристики полімеру використовують середню відносну молекулярну масу.

Її позначають так само, як і відносну молекулярну масу, й обчислюють за формулою

Мr(полімеру) = n · Мr(ел. ланки),

де n — середньоарифметичне значення ступеня полімеризації для даного полімеру. Середня молекулярна маса для різних полімерів здебільшого становить від кількох тисяч до десятків мільйонів. 

Залежно від будови макромолекул розрізняють лінійні, розгалужені та сітчасті (просторові) полімери. Елементарні ланки в макромолекулі лінійного полімеру сполучені в нерозгалужений ланцюг. Таку будову мають молекули природного полімеру целюлози і синтетичних — поліетилену, поліпропілену. Макромолекули розгалуже/них полімерів1 містять бокові відгалуження, які складаються з багатьох елементарних ланок. У сітчастих полімерів — тривимірна будова. Ланцюги в них «зшиті» окремими атомами чи групами атомів за допомогою ковалентних зв’язків; уся речовина є однією гігантською молекулою. До сітчастих полімерів належать фенолоформальдегідні смоли.

Фізичні властивості полімерів значною мірою визначаються масою макромолекул, їх довжиною, розгалуженістю, упорядкованим чи хаотичним розміщенням у твердій речовині. Як правило, полімери нерозчинні у воді, а ті, що мають сітчасту будову, — ще й в органічних розчинниках. Полімери з лінійними макромолекулами повільно розчиняються в деяких органічних розчинниках з утворенням в’язких розчинів. Полімери сітчастої будови мають більшу міцність, ніж лінійні полімери.

Для більшості полімерів не існує певних температур плавлення і кипіння. Лінійні полімери при нагріванні спочатку розм’якшуються, потім плавляться в певному температурному інтервалі з утворенням в’язких рідин, а при подальшому нагріванні розкладаються. Полімери сітчастої будови починають розкладатися ще до плавлення.

Чимало полімерів після нагрівання й подальшого охолодження не зазнають хімічних перетворень і зберігають свої фізичні властивості. Ці речовини можна багато разів розплавляти і заливати у форми, де вони приохолодженні тверднуть. Полімери з такимb властивостями називають термопластичними. Серед них — поліетилен, поліпропілен. Із термопластичних полімерів за допомогою пресування, лиття виготовляють вироби різного призначення.

Існують також полімери, які під час нагрівання втрачають здатність плавитися, а також пластичність. Це — результат необоротних хімічних змін у речовинах, пов’язаних з утворенням додаткових ковалентних зв’язків і формуванням сітчастої будови. Такі полімери називають термореактивними. До них належать фенолоформальдегідні смоли.

Хімічні властивості полімерів залежать від наявності в їхніх макромолекулах кратних зв’язків, різних функціональних груп. Багато полімерів реагує з окисниками, концентрованими розчинами кислот і лугів. Значну хімічну інертність виявляють поліетилен і поліпропілен.

Полімери — термічно нестійкі сполуки.

Реакцію розкладу поліетилену

t (–CH2–СН2–)n → nCH2=СН2↑

використовують у лабораторії для добування етену.