План
Реакції полімеризації та поліконденсації лежать в основі синтезу високомолекулярних сполук (полімерів).
Високомолекулярні сполуки це речовин, які мають велику молекулярну масу — більше 5000 а.о.м.
Більшість високомолекулярних сполук є полімерами.
Полімери це речовинами, які складаються з великої кількості повторюваних угруповань, що мають однакову будову. Ці угруповання називають елементарними ланками, або структурними одиницями. Наприклад, елементарною ланкою поліетилену є угруповання атомів — СН2—СН2
Число елементарних ланок, що повторюються в макромолекулі, називається ступенем полімеризації (позначається n). Залежно від ступеня полімеризації з одних і тих самих мономерів можна добувати речовини з різними властивостями. Так, поліетилен з короткими ланцюгами (n = 20) є рідиною, що має властивості мастил. Поліетилен з довжиною ланцюга в 1500-2000 ланок — це твердий, але гнучкий пластичний матеріал, з якого можна виготовляти плівки, пляшки та інший посуд, еластичні труби тощо. Нарешті, поліетилен з довжиною ланцюга в 5-6 тис. ланок є твердою речовиною, з якої можна виготовляти литі вироби, тверді труби, міцні нитки.
Полімеризацією називають процес з'єднання молекул мономерів, що призводить до утворення високомолекулярних сполук, без виділення побічних продуктів. Будова елементарної ланки в цьому випадку ідентична будові вихідного мономера.
Поліконденсацією називають процес з'єднання молекул мономерів, що призводить до утворення високомолекулярних сполук з одночасним виділенням якого-небудь низькомолекулярного продукту (вода, галогеноводень, аміак, спирт і ін.). Будова елементарної ланки таких полімерів відрізняється від будови вихідних мономерів.
Ці визначення умовні, оскільки є приклади, коли за наведеною ознакою необхідно було б віднести реакцію до процесів полімеризації, тоді як насправді вона є поліконденсацією, і навпаки.
У реакцію полімеризації вступає велике число ненасичених і циклічних сполук у результаті розриву в них кратних зв'язків або розкриття циклу.
Полімеризацію, в яку вступають молекули однієї речовини, називають гомополімеризацією:
nА → (–А–)n
Якщо в реакцію полімеризації вступають різні молекули, її називають співполімеризацією:
nА + nВ → (–А–В–)n
Обов'язковими стадіями полімеризації є ініціювання мономера, ріст ланцюга, обрив ланцюга:
Механізм реакцій полімеризації розглядається в наступному відео:
Реакції поліконденсації визначаються наявністю в вихідних мономерах реакційноздатних функціональних груп. Так, наприклад, амінокислоти сполучаються між собою за за рахунок реакції аміногруп -NH2 і карбоксильних груп -СООН, яке супроводжується утворенням пептидного зв'язку і відщепленням молекули води.
Механізм реакцій поліконденсації розглядається в наступному відео:
За допомогою реакцій полімеризації добувають поліетилен, політетрафторетилен (тефлон), полістирол, синтетичні каучуки та ін.
Структурні формули полімерів коротко записують так: формулу елементарної ланки беруть у дужки і праворуч внизу ставлять букву n. Наприклад, структурна формула поліетилену (—СН2—СН2—)n.
Полівінілхлорид — продукт полімеризації хлористого вінілу (вінілхлориду) СН2=СНСl
Властивості: не горючий, стійкий до дії хімічних реагентів, легко забарвлюється.
З пластмас на основі полівінілхлориду виготовляють клейонку, плащі, портфелі, штучну шкіру для взуття тощо. Широко застосовується для ізоляції проводів і кабелю.
Тефлон — продукт полімеризації тетрафторетилену:
nCF2 = CF2 −> (—CF2—CF2—)n.
Це найінертніша органічна речовина (на неї впливають лише розплавлені калій і натрій). Має високу морозо- і теплостійкість.
Полістирол — добувають полімеризацією стиролу.
Тверда прозора пружна речовина.
Полістирол використовують як діелектрик в електро- і радіотехніці. Йде на виготовлення кислототривких труб, тари, а також побутових виробів — гребінців, іграшок та ін. З нього виготовляють легкі пористі матеріали — пінопласти.
Поліетилен — найпоширеніша пластмаса у світі.