Полимеры и мономеры

На этой странице вы узнаете 

• Какой вред природе наносят полимеры? 
• Из чего состоит жизнь?
• Как часто мы встречаемся с полимерами в повседневной жизни?

Тяжело переоценить вклад полимеров в жизнь человечества: наше тело состоит из них, улицы и дома также наполнены полимерами. Сегодня мы подробнее познакомимся с полимерами и разберем их значение в мире.

Общая характеристика полимеров

Мы встречаемся с названиями полимеров ежедневно: пакеты из полиэтилена, окна ПВХ (поливинилхлорид), полиуретановый клей и многие другие бытовые предметы относятся к полимерам. Разберемся, что же значит это слово.

Полимеры — соединения, состоящие из множества повторяющихся одинаковых элементов.

Такие повторяющиеся элементы называются мономерами. Большинство полимеров записываются через свои мономеры: например, мономером полиэтилена будет этилен CH₂=CH₂, тогда полимер мы запишем как (–CH₂–CH₂–)_n.

Как часто мы встречаемся с полимерами в повседневной жизни? Кроме приведенных выше примеров есть огромное множество других поли-соединений, которые окружают нас в быту. — Полиэтилен используется для пакетов и упаковки. — Из полиуретана создается изоляция зданий и бытовой техники. — Полиметилметакрилат — это оргстекло. — Полиэфирное волокно находит применение как наполнитель в игрушках, одеялах, мебели. — К полиамидам относятся нейлон, капрон, синтетические ткани. Но и это лишь малая часть областей применения полимеров! Возможности использования данного класса веществ безграничны: от строительных материалов до искусственных органов.

Рассмотрим, какие мономеры соответствуют полимерам и где они применяются.

А теперь настало время практики!

Закрепим знания о полимерах и мономерах, решив аналог задания №25 ЕГЭ.

Задание. Установите соответствие между формулами низкомолекулярных веществ и названием получаемых из них полимеров: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. 

Решение.

А) Под цифрой А нам дана акриловая кислота, а ее полимер — полиакриловая кислота, вариант ответа 4.
Б) Под Б дан бутадиен, его полимер — бутадиеновый каучук, вариант ответа 1.
В) Под В мы видим этилен, его полимер — полиэтилен, вариант ответа 3.

Ответ: 413

Разберем классификацию полимеров.

Полимеры можно разделить исходя из их пространственного строения.

По структуре можно разделить полимеры на аморфные, кристаллические и смешанные.

Аморфные	Кристаллические	Смешанные
Содержат не более нескольких процентов кристаллических структур	Содержат более 2/3 кристаллических структур	Содержат от 25 до 70% кристаллических структур
Акриловое стекло, полистирол и все сетчатые полимеры	Полиэтилен низкого давления, полипропилен, тефлон	Полиэтилен высокого давления

По химической группе полимеры можно разделить на органические и неорганические.

Органические	Неорганические
Полисахариды, белки и полинуклеотиды (ДНК и РНК), полиэфиры, нейлон и поликарбонат, натуральный каучук, лен, хлопок, шелк, пенька	Кварц, графит, алмаз, силикон,  полидиметилсилоксан и полифосфазены

О белках и углеводах можно подробнее узнать, прочитав статью «Биологически важные вещества».

Из чего состоит жизнь? Жизнь была бы невозможна без существования множества различных химических соединений, в том числе и полимеров: белков, углеводов, гормонов и нуклеиновых кислот. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) является фундаментом жизни, она отвечает за передачу наследственной информации, именно она определяет, как мы выглядим, чем болеем и как функционирует наш организм. Формирование множества тканей происходит за счет белков и их мономеров — аминокислот. Углеводы же необходимы нам для запасания и использования энергии.

По происхождению полимеры можно разделить на природные, синтетические и искусственные. 

Природные	Искусственные	Синтетические
Существуют в природе	Получаются в ходе модификаций природных	Создаются «с нуля» в ходе химических реакций полимеризации и поликонденсации
Растительные: хлопок, лен, пенька, джут Животные:  шерсть, натуральный шелк, натуральный каучук Минеральные: стекловолокно, асбест	Вискозное, ацетатное, триацетатное волокно, целлулоид	Капрон, нейлон, винол, лавсан, нитрон, хлорин, дивиниловый каучук, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, полиметилакрилат (акрил), фенолформальдегидная смола, эластан (лайкра), полиэстер

Также полимеры могут быть названы волокнами. Например, шерсть — это не просто природный полимер, это природное волокно.

Каким же образом ученые сами создают полимеры? Давайте разберемся в этом вопросе.

Способы получения полимеров

Чтобы понять, каким образом могут быть получены синтетические полимеры, разберем подробнее реакции полимеризации и поликонденсации.

1. Полимеризация

В реакцию полимеризации вступают углеводороды и их производные с кратными (двойными или тройными) связями. В данном случае образуется гомополимер.

Гомополимер — полимер, состоящий из одинаковых мономеров.

Закрепим материал на практике!

Разберем подробнее способы получения полимеров на примере задания №17 ЕГЭ.

Задание. Из предложенного перечня выберите два вещества, которые могут вступать в реакцию полимеризации.
1) метан;
2) этилен;
3) стирол;
4) фенол;
5) бензол.

Решение. Для того чтобы соединение вступило в реакцию полимеризации, в нем должна быть кратная связь. Именно поэтому метан нам не подойдет.

Бензол и фенол содержат кратные связи в бензольном кольце, однако в реакции полимеризации они не вступают.

Этилен и стирол содержат кратные связи, а также могут образовывать полимеры — полиэтилен и полистирол. Таким образом, нам подойдут варианты ответа под цифрами 2 и 3.

Ответ: 23

2. Сополимеризация

Похожа на полимеризацию, однако в данную реакцию вступают разные производные углеводородов, в результате чего образуется сополимер.

Сополимер — полимер, состоящий из разных мономеров.

3. Поликонденсация

Протекает за счет пи-связей в составе двойной или тройной связи, в ходе реакции происходит отщепление низкомолекулярных молекул (H₂O, NH₃, HCl и тд.)

Теперь, когда мы изучили способы получения полимеров, можем разобрать, какими свойствами обладают полученные соединения. 

Химические и физические свойства полимеров

Полимеры прежде всего ценятся своими физическими свойствами, такими как:

• легкость;
• прочность;
• водо- и газонепроницаемость;
• устойчивость к электрическому току;
• эластичность.

Некоторые полимеры способны сохранять свои свойства даже при влиянии температуры, другие же обратимо деформируются.

Термопласты — полимеры, которые после охлаждения возвращающиеся в исходное состояние без потери физических свойств (этими качествами обладают линейные и разветвленные полимеры.

Реактопласты — полимеры, которые после нагревания частично и необратимо разрушаются и не восстанавливают исходных свойств (сетчатые пространственные полимеры).

Эластомеры — полимеры, которые под воздействием температуры могут обратимо деформироваться.

Химические свойства полимеров характеризуются реакциями вулканизации и деструкции.

Деструкция — разрушение полимеров при химическом или физическом воздействии.

Вулканизация — пространственная «сшивка» молекул различных полимеров.

Какой вред природе наносят полимеры? Производство полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и многих других полимеров наносит немало вреда окружающей среде. Это использование различных токсичных мономеров и катализаторов, загрязнение сточных вод и газовых выбросов. Полимеры разлагаются много лет, поэтому очень важно разумно обращаться с пластиковыми отходами. В современном мире вред полимеров может быть снижен за счет вторичного использования и переработки, а вклад в этот процесс может внести каждый из нас. Достаточно сортировать мусор и выбрасывать пластиковые отходы в предназначенные для них контейнеры. Помните, в наших силах сделать мир чище и лучше!

Сегодня мы подробнее познакомились с полимерами и мономерами, что поможет нам в решении заданий первой части. Наше знакомство с органической химией продолжается, для дальнейшего погружения в данный раздел рекомендуем прочитать статью «Сложные эфиры и жиры».

Термины

Углеводороды — органические вещества, состоящие только из атомов водорода и углерода.

Фактчек

• Полимеры — вещества, состоящие из множества повторяющихся звеньев, мономеров.
• Полимеры можно классифицировать, исходя из пространственного строения, структуры, химической группы и происхождения.
• Полимеры могут быть получены в ходе реакций полимеризации, сополимеризации и поликонденсации.
• Полимеры обладают особыми физическими свойствами, а также вступают в реакции деструкции и вулканизации.

Проверь себя

Задание 1.
Какой мономер соответствует ПВХ?

1. Этилен
2. Хлоропрен
3. Хлорэтилен
4. Стирол

Задание 2.
Какой из полимеров относится к природным минеральным? 

1. Шелк
2. Капрон
3. Ацетатное волокно
4. Асбест

Задание 3.
Какой полимер может быть образован в ходе реакции сополимеризации? 

1. ПВХ
2. Бутадиен-стирольный каучук
3. Полистирол
4. Фенолформальдегидная смола

Задание 4.
Каким свойством не обладают полимеры?

1. Электропроводность
2. Газонепроницаемость
3. Легкость
4. Эластичность

Задание 5.
В какую реакцию вступают полимеры? 

1. Присоединения
2. Мягкого окисления
3. Полимеризации
4. Вулканизации

Ответы: 1. — 3; 2. — 4; 3. —2; 4. —1; 5. — 4.