Что такое элементарное звено в химии кратко

Обновлено: 04.07.2024

Глоссарий по теме:

Мономер – элементарное звено полимера, группа атомов, повторяющаяся в структуре полимера.

Степень полимеризации – число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера.

Эластичность – это способность полимеров к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).

Органические полимеры – это полимеры, которые содержат органические звенья.

Элементоорганические полимеры – это полимеры, которые содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы. Не встречаются в природе.

Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – С. 135-140.

2. Тагер А. А., Физико-химия полимеров. – М.: Научный мир, 2007. – С. 347-356.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Современный этап человеческой цивилизации – это одновременно и этап активного развития химических веществ и различных материалов. Многие из современных материалов, созданных человеком, разработаны по аналогии и на основе природных структур. В число таких соединений, наиболее часто используемых в повседневной жизни человеком, входят высокомолекулярные соединения – полимеры.

Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.

В строении всех полимеров присутствует повторяющийся структурный фрагмент – мономерное звено, включающий несколько атомов. Полимеры, молекулы которых содержат не одну, а несколько видов повторяющихся групп, называют гетерополимерами. Полимер формируется из мономеров в ходе реакций полимеризации или поликонденсации.

По происхождению полимеры делят на природные и синтетические. Природные полимеры возникают естественным путём. Например, к их числу относятся нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), а также белки, полисахариды. В большинстве случаев природные полимеры – это органические соединения, но существуют и природные неорганические полимеры.

За счет того, что полимеры обладают рядом важных для хозяйственной деятельности характеристик, их используют в промышленности и быту.

Основными характеристиками полимеров являются следующие:

1. Эластичность – это способность полимерам к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).

2. Малая хрупкость кристаллических и стекловидных полимеров (например, органическое стекло, пластмассы).

3. Способность макромолекул полимеров к ориентации в пространстве под действием механического поля. Эта характеристика полимеров применяется при промышленном изготовлении плёнок и волокон.

Важными для хозяйственной деятельности человека являются и свойства растворов полимеров, в частности:

1. Значительная вязкость раствора при сравнительно небольшой концентрации полимера.

2. Образование раствора полимера через стадию набухания.

Кроме того, полимеры могут резко менять свои физико-механические свойства под влиянием небольших количеств реагента (это свойство полимера используется при вулканизации каучука, в процессе дубления кож и т. п.).

Свойства полимеров обусловлены как их большой молекулярной массой, так и цепным строением и гибкостью молекул. В промышленности полимеры используют в качестве композитных материалов.

По химическому составу полимеры классифицируют на органические, неорганические и элементоорганические.

Органические полимеры содержат органические звенья, например, это полипептиды, которые содержат пептидную группу из атомов кислорода, азота, углерода, водорода (О=С-N-Н). Пептидная связь – основа белков.

Элементоорганические полимеры не встречаются в природе и являются синтетическими. Элементоорганические полимеры содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы (например, кремний, алюминий). Искусственно полученное вещество, которое можно отнести к данной группе – это кремнийорганические соединения.

Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.

По форме и пространственной ориентации макромолекул полимеры разделяют на линейные, разветвлённые, плоские, ленточные, гребнеобразные, сеточные и т.д.

Кроме того, полимеры классифицируют по полярности, которая влияет на растворимость полимера. Полярность отдельных мономерных звеньев полимера определяется присутствием диполей в их составе – молекул с разобщенными положительными и отрицательными зарядами.

У гидрофильных полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются гидрофобными, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине). Полимеры, которые содержат полярные и неполярные звенья, являются амфифильными.

Полимеры, по реакции на нагревание разделяют на термореактивные и термопластичные. Термопластичные полимеры (к которым относится полипропилен, полиэтилен, полистирол) при нагреве обратимо плавятся, а при охлаждении затвердевают. Термореактивные полимеры при нагреве разрушаются без плавления и необратимо.

Природные полимеры формируются в живых организмах. Ключевыми для жизни из них являются белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты. Решающим этапом возникновения жизни на Земле стало формирование из простых органических молекул высокомолекулярных соединений.

Человек изначально использовал природные полимеры в своей жизни. Например, это кожа, шерсть, меха, шёлк, в их состав входят природные биополимеры. Промышленное производство полимеров началось в первой четверти XX века. Промышленное производство полимеров практически сразу развивалось в двух направлениях – это переработка полимеров природного происхождения и синтез искусственных полимеров.

Производство синтетических полимеров начато в 1906 году, когда Лео Бакеланд создал бакелитовую смолу – путем конденсации фенола и формальдегида, который при нагревании превратился в трёхмерный полимер. В течение десятилетий этот полимер использовали для изготовления аккумуляторов, корпусов электрических приборов, телевизоров, электрических розеток.

Благодаря своим физическим и химическим свойствам полимеры используются в машиностроении, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, медицине, авиастроении и широко применимы в быту (пластик, посуда, резина, клей и лаки). Все живые ткани живых организмов – это также высокомолекулярные соединения.

Наука о полимерах с 30-х годов XX века развивается как самостоятельная область знаний. Эта наука тесно связана с физикой, коллоидной, физической и органической химией. Сегодня выделяют и отдельные области знаний – например, химия полимеров, физика полимеров.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Правильный ответ: 1. Полимеры.

2. Вставьте пропущенные слова в текст:

Для характеристики высокомолекулярных соединений необходимо рассмотреть следующие основные структурные понятия.

Мономер

Мономеры — низкомолекулярные вещества, из которых образуются молекулы полимеров.

Молекулы полимеров являются макромолекулами.

Например, пропилен СН₂=СH–CH₃ является мономером полипропилена:

а такие соединения, как α-аминокислоты, служат мономерами при синтезе природных полимеров – белков (полипептидов):

Полимер, макромолекула

Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH₂=CH₂:

Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц массы.

Структурное звено полимера (мономерное звено)

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

. -CH₂-CHCl- CH₂-CHCl -CH₂-CHCl-CH₂-CHCl-CH₂-CHCl- .

поливинилхлорид

В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:

По строению структурного звeна макромолекулы можно сказать о том, какой мономер использован в синтезе данного полимера и, наоборот, зная формулу мономера, нетрудно представить строение структурного звeна.

Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.

Степень полимеризации

n >> 1

Для синтетических полимеров, как правило, n ≈ 10 2 -10 4 ; а самые длинные из известных природных макромолекул – ДНК (полинуклеотидов) – имеют степень полимеризации n ≈ 10 9 -10 10 .

Молекулярная масса макромолекулы и полимера

Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением:

М(макромолекулы) = M (звена) × n,

где n - степень полимеризации,
M - относительная молекулярная масса
(подстрочный индекс r в обозначении относительной молекулярной массы М_r в химии полимеров обычно не используется).

Для полимера, состоящего из множества макромолекул, понятие молекулярная масса и степень полимеризации имеют несколько иной смысл. Дело в том, что когда в ходе реакции образуется полимер, то в каждую макромолекулу входит не строго постоянное число молекул мономера. Это зависит от того, в какой момент прекратится рост полимерной цепи.

Поэтому в одних макромолекулах мономерных звеньев больше, а в других — меньше. То есть, образуются макромолекулы с разной степенью полимеризации и, соответственно, с разной молекулярной массой (так называемые полимергомологи).

Следовательно, молекулярная масса и степень полимеризации полимера являются средними величинами:

M_ср(полимера) = M (звена) × n_ср

Геометрическая форма макромолекул

Геометрическая форма макромолекулы — пространственная структура макромолекулы в целом.

В зависимости от строения углеродной цепи, различают линейные (неразветвленные), разветвленные и пространственные (сетчатые, сшитые) полимеры.

Линейная форма (структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим) — натуральный каучук, целлюлоза, амилоза (составная часть крахмала), поливиниловый спирт, полистирол, полиэтилен низкого давления, капрон, найлон и др. полимеры:

Разветвленная форма (макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями) — полиэтилен высокого давления, амилопектин (компонент крахмала):

Пространственная форма (сетчатая, сшитая), при которой длинные линейные молекулы соединены между собой поперечными химическими связями – шерсть, вулканизованный каучук (резина), фенолформальдегидные смолы:

Геометрическая форма макромолекул в значительной степени влияет на свойства полимеров.

Рубрики: Высокомолекулярные соединения

Наличие в элементарном звене макромолекулы атома фтора , обладающего высокой электроотрицательностью при относительно небольших размерах, обеспечивает большую плотность структуры таких полимеров. Значительная энергия связи С-F и ее полярность определяют высокую стойкость фторсодержащих полимеров к действию агрессивных сред и высоких температур. Соответственно для волокон из фторполимеров характерна прежде всего исключительно высокая химическая стойкость, которая дополняется в случае волокна из политетрафторэтилена ( ПТФЭ) сравнительно высокими термостойкостью и термостабильностью. [3]

Гидроксильные группы в элементарном звене макромолекулы находятся у 2-го, 3-го и 6-го атомов углерода. [4]

Как известно, в элементарном звене макромолекулы как природной, так и регенерированной целлюлозы со держится один тип функциональных групп - спиртовые ОН-группы, первичные и вторичные, несколько отличающиеся по реакционной способности. [5]

Как известно, в элементарном звене макромолекулы как природной, так и регенерированной целлюлозы содержатся функциональные группы одного типа - спиртовые ОН-группы, первичные и вторичные, несколько различающиеся по реакционной способности. [6]

В связи с тем, что в элементарном звене макромолекулы политрифторхлорэтилена ( ПТФХЭ) имеется один атом хлора, он менее термостабилен ( Tso 653 К) [9], чем ПТФЭ и деструктиру-ет по иному механизму. [7]

Наиболее легко окисляются метиленовые группы, находящиеся в элементарном звене макромолекулы рядом с группой NH. Это подтверждается тем, что в среде инертного газа ( N2, CO2) скорость фотохимической деструкции полиамидов очень невелика. [8]

Наиболее легко окисляются метиленовые группы, находящиеся в элементарном звене макромолекулы рядом с группой NH. Это подтверждается тем, что в среде инертного газа ( N2, COz) скорость фотохимической деструкции полиамидов очень невелика. [9]

Наименьшей частицей, участвующей в химических процессах, является элементарное звено макромолекулы полимера с его функциональными группами. Эти группы мономера участвуют в образовании полимеров. [10]

Характерной особенностью привитой сополимеризации целлюлозы является использование реакционноспособных ОН-групп элементарного звена макромолекулы . [11]

Благодаря гибкости простой эфирной связи и асимметрическому строе нию элементарного звена макромолекулы полиэфира гибки , что способствует диффузии дисперсных красителей. Волокно А-Телл окрашивается некоторыми дисперсными красителями без давления ( рис. 10.3) или под небольшим да влением и при температуре до 110 СС. Волокно А-Телл хорошо смешивается с шерстью, хлопком и вискозным волокном. Ткани, содержащие волокне А-Телл, обладают небольшим пиллингом. Нити А-Телл могут быть тек стурированы всеми известными методами. По-видимому, это связано с общей экономической депрессией в капиталистических странах и с конкуренцией волокна из полиэтилентерефталата, прочно завоевавшего рынок. [12]

Простейшей частицей, самостоятельно участвующей в химических реакциях, является элементарное звено макромолекулы полимера . [13]

Простейшей частицей, самостоятельно участвующей з химической реакции, является элементарное звено макромолекулы полимера . [14]

Получены производные целлюлозы, содержащие до 30 сульфогрупп на 100 элементарных звеньев макромолекулы . [15]

- классификация полимеров по основным признакам: происхождение, химический состав, структура макромолекулы, пространственная структура макромолекулы, физические свойства (аморфное или кристаллическое строение, отношение к нагреванию);

- основные методы синтеза ВМС - полимеризация и поликонденсация;

- особенности строения ВМС и зависимость свойств полимеров от их строения;

- вещества и материалы, широко используемые в практике: искусственные волокна, каучуки, волокна.

Мономер– исходное низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер.

Элементарное (структурное) звено – одинаковые многократно повторяющиеся звенья в макромолекуле полимера. Макромолекула– молекула полимера.

макромолекула

Степень полимеризации (n)– число элементарных звеньев в молекуле полимера.

степень полимеризации

структурное звено

nCH₂=CH₂ p, t, кат -(– CH₂ – CH₂–)-_n

После изучения этой темы вы должны знать:

- общие понятия химии высокомолекулярных соединений: мономер, полимер, структурное звено, степень полимеризации, средняя молекулярная масса;

- основные методы синтеза ВМС - полимеризация и поликонденсация;

- особенности строения ВМС и зависимость свойств полимеров от их строения;

- вещества и материалы, широко используемые в практике: искусственные волокна, каучуки, волокна.

Мономер– исходное низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер.

Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.

Например , полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH₂=CH₂:

…-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-… или (-CH₂—CH₂-)_n

Соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами.

Например , пропилен (пропен) СН₂=СH–CH₃ является мономером полипропилена

Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера.

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH₂–CHR–)_n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Классификация по происхождению

По способу получения полимеры делятся на: природные, синтетические и искусственные.

Природные полимеры непосредственно существуют в природе (крахмал, целлюлоза и др.).

Синтетические полимеры получают полностью химическим путем в реакциях полимеризации и поликонденсации (полиэтилен, полихлорвинил, фенол-формальдегидные смолы, метилметакрилат и т.д.). Не имеют аналогов в природе.

Искусственные – получают модификацией натуральных полимеров (вискоза –модифицированная целлюлоза, резина –модификация натурального каучука).

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Полиэфирные полимеры — содержат группу сложных эфиров -СОО-.

Полиамидные полимеры — содержат пептидную связь -СО-NH₂-.

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Классификация по способу получения

Полимеры получают либо реакциями полимеризации, либо поликонденсацией.

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярного вещества(полимера) путём многократного присоединения молекул мономера к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Например , образование полиэтилена происходит по механизму полимеризации:

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (обычно это вода).

Например , образование капрона протекает по механизму поликонденсации:

Свойства полимеров

По свойствам полимеры можно разделить на: термореактивные, термопластичные и эластомеры.

Термореактивные полимеры — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

Например , фенолформальдегидные смолы, полиуретан.

Термопластичные полимеры — меняют форму в нагретом состоянии и сохраняют её после охлаждения.

Например , полиэтилен, полистирол, полихлорвинил и т.д.

Эластомеры – обладают высокоэластичными свойствами в широком интервале температур.

Например , натуральный каучук.

Полимеризация

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

В основе полимеризации лежит реакция присоединения.
Полимеризация – цепная реакция, включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи.
Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.

Катализаторами полимеризации могут быть: металлический натрий, пероксиды, кислород, металлоорганические соединения, комплексные соединения.

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Например , схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Важнейшие синтетические полимеры

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и области их применения:

Метиловый эфир метакриловой кислоты

Термопластичный (t = 260-320 0 C)

Мономер: бутадиен-1,3 (дивинил)

Поликонденсация

В основе поликонденсации лежит реакция замещения.
Поликонденсация – процесс ступенчатый, т.к. образование макромолекул происходит в результате последовательного взаимодействия мономеров, димеров или n-меров как между собой, так и друг с другом.
Помимо высокомолекулярного соединения, в реакции поликонденсации образуется второе, низкомолекулярное вещество (обычно это вода).

Важнейшие синтетические полимеры, получаемые реакцией поликонденсации, и области их применения:

Читайте также: