Sloučenina s vysokou molekulovou hmotností je... Definice, složení, vlastnosti, vlastnosti

Sloučenina s vysokou molekulovou hmotností jsou polymery, které mají velkou molekulovou hmotnost. Mohou to být organické a anorganické sloučeniny. Rozlišují se amorfní a krystalické látky, které se skládají z monomerních kruhů. Posledně jmenované jsou makromolekuly Spojené chemickými a koordinačními vazbami. Jednoduše řečeno, vysokomolekulární sloučenina je polymer, to znamená monomerní látky, které nemění svou hmotnost, když jsou k nim připojeny stejné "těžkého" látky. V opačném případě budeme hovořit o oligomeru.

Co studuje věda o sloučeninách s vysokou molekulovou hmotností?

Chemie polymerů s vysokou molekulovou hmotností je studium molekulárních řetězců složených z monomerních podjednotek. Zde se bere v úvahu obrovská oblast výzkumu. Mnoho polymerů má významný průmyslový a komerční význam. V Americe, spolu s otevřením zemního plynu, byl zahájen velký projekt výstavby závodu na výrobu polyethylenu. Ethan z zemní plyn převádí se na ethylen, monomer, ze kterého lze vyrobit polyethylen.

Polymer jako sloučenina s vysokou molekulovou hmotností je:

• Kterákoli ze třídy přírodních nebo syntetických látek složených z velmi velkých molekul nazývaných makromolekuly.
• Mnoho jednodušších chemických jednotek zvaných monomery.
• Polymery tvoří mnoho materiálů v živých organismech, včetně například proteinů, celulózy a nukleových kyselin.
• Kromě toho tvoří základ minerálů, jako je diamant, křemen a živce, jakož i umělých materiálů, mezi něž patří beton, sklo, papír, plast a kaučuky.

Slovo "polymer" označuje neurčitý počet monomerních jednotek. Když je počet monomerů velmi vysoký, sloučenina se někdy nazývá vysoce polymerní. Není omezen na monomery se stejným chemickým složením nebo molekulovou hmotností a strukturou. Některé přírodní organické sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností se skládají z jediného druhu monomeru.

Většina přírodních a syntetických polymerů je však vytvořena ze dvou nebo více různých typů monomerů; takové polymery jsou známé jako kopolymery.

Přírodní látky: jaká je jejich role v našem životě?

Organické organické sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností hrají klíčovou roli v životě lidí, poskytují základní konstrukční materiály a podílejí se na životně důležitých procesech.

• Například pevné části všech rostlin se skládají z polymerů. Patří mezi ně celulóza, lignin a různé pryskyřice.
• Celulóza je polysacharid, Polymer složený z molekul cukru.
• Lignin je vytvořen ze složité trojrozměrné sítě polymerů.
• Dřevěné pryskyřice jsou polymery jednoduchého uhlovodíku, isoprenu.
• Dalším známým isoprenovým polymerem je kaučuk.

Jiné důležité přírodní polymery zahrnují proteiny, které jsou polymery aminokyselin, a nukleové kyseliny. Jsou to druhy nukleotidů. Jedná se o komplexní molekuly složené z bází obsahujících dusík, cukrů a kyseliny fosforečné.

Nukleové kyseliny nesou genetickou informaci v buňce. Škroby, důležité zdroje potravinové energie získané z rostlin, jsou přírodní polymery složené z glukózy.

Chemie sloučenin s vysokou molekulovou hmotností uvolňuje anorganické polymery. Vyskytují se také v přírodě, včetně diamantu a grafitu. Oba jsou složeny z uhlíku. Stojí za to vědět:

• V diamantu jsou atomy uhlíku spojeny do trojrozměrné sítě, která dává materiálu tvrdost.
• V grafitu používaném jako mazivo a v tužkových "svodech" se atomy uhlíku vážou v rovinách, které se mohou navzájem klouzat.

Mnoho důležitých polymerů obsahuje atomy kyslíku nebo dusíku a atomy uhlíku v páteři. Mezi takové makromolekulární materiály s atomy kyslíku patří polyacetaly.

Nejjednodušší polyacetal je polyformaldehyd. Má vysokou teplotu tání, je krystalický, odolný proti oděru a působení rozpouštědel. Acetalové pryskyřice jsou více podobné kovu než jakékoli jiné plasty a používají se při výrobě částí strojů, jako jsou ozubená kola a ložiska.

Látky získané umělou cestou

Syntetické sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností se vyrábějí v různých typech reakcí:

1. Mnoho jednoduchých uhlovodíků, jako je ethylen a propylen, lze přeměnit na polymery přidáním jednoho monomeru za druhým do rostoucího řetězce.
2. Polyethylen složený z opakujících se ethylenových monomerů je aditivní polymer. Může mít až 10 000 monomerů Spojených do dlouhých spirálových řetězců. Polyethylen je krystalický, průsvitný a termoplastický, to znamená, že při zahřátí změkne. Používá se pro nátěry, obaly, tvarované díly a pro výrobu lahví a kontejnerů.
3. Polypropylen je také krystalický a termoplastický, ale tvrdší než polyethylen. Jeho molekuly se mohou skládat z 50 000-200 000 monomerů.

Tato sloučenina se používá v textilním průmyslu a pro výrobu tvarovaných předmětů.

Mezi další aditivní polymery patří:

• polybutadien;
• polyisopren;
• polychloropren.

Všechny jsou důležité při výrobě syntetických kaučuků. Některé polymery, jako je polystyren, jsou při pokojové teplotě sklovité a čiré a termoplastické:

1. Polystyren může být natřen v jakémkoli odstínu a používá se při výrobě hraček a jiných plastových předmětů.
2. Pokud je jeden atom vodíku v ethylenu nahrazen atomem chloru, vytvoří se vinylchlorid.
3. Polymeruje na polyvinylchlorid (PVC), bezbarvý, pevný, tuhý, termoplastický materiál, který lze vyrobit v mnoha formách, včetně pěn, filmů a vláken.
4. Vinylacetát získaný reakcí mezi ethylenem a kyselinou octovou polymerizuje na amorfní, měkké pryskyřice používané jako povlaky a lepidla.
5. Kopolymerizuje s vinylchloridem za vzniku velké rodiny termoplastických materiálů.

Lineární polymer charakterizovaný opakováním esterových skupin podél hlavního řetězce se nazývá polyester. Polyestery s otevřeným řetězcem jsou bezbarvé, krystalické, termoplastické materiály. Tyto syntetické sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností, které mají vysokou molekulovou hmotnost (10 000 až 15 000 molekul), se používají při výrobě filmů.

Vzácné polyamidy syntetického původu

Polyamidy zahrnují přirozeně se vyskytující kaseinové proteiny nacházející se v mléce a zeiny nacházející se v kukuřici, které vyrábějí plasty, vlákna, lepidlo a povlaky. Stojí za zmínku:

• Syntetické polyamidy zahrnují karbamidoformaldehydové pryskyřice, které jsou termosetové. Používají se k výrobě tvarovaných předmětů a jako lepidlo a povlak na textil a papír.
• Důležité jsou také polyamidové pryskyřice známé jako nylon. Jsou odolné, odolné vůči teplu a oděru, netoxické. Mohou být natřeny. Nejznámější směr použití je jako textilní vlákna, ale mají existuje mnoho dalších funkcí.

Další důležitá rodina syntetických chemických sloučenin s vysokou molekulovou hmotností se skládá z lineárních opakování uretanové skupiny. Polyuretany se používají při výrobě elastomerních vláken známých jako spandex a při výrobě základy pro povlak.

Další třídou polymerů jsou smíšené organické anorganické sloučeniny:

1. Nejdůležitějšími představiteli této rodiny polymerů jsou silikony. Sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností zahrnují střídavé atomy křemíku a kyslíku s organickými skupinami připojenými ke každému z atomů křemíku.
2. Silikony s nízkou molekulovou hmotností jsou oleje a maziva.
3. Druhy s vyšší molekulovou hmotností jsou univerzální elastické materiály, které zůstávají měkké i při velmi nízkých teplotách. Jsou také relativně stabilní při vysokých teplotách.

Polymer může být trojrozměrný, dvourozměrný a jediný. Opakující se jednotky se často skládají z uhlíku a vodíku a někdy z kyslíku, dusíku, síry, chloru, fluoru, fosforu a křemíku. Pro vytvoření řetězce je mnoho jednotek chemicky vázáno nebo polymerizováno společně, v důsledku čehož se mění charakterizace sloučenin s vysokou molekulovou hmotností.

Jaké vlastnosti mají látky s vysokou molekulovou hmotností?

Většina vyrobených polymerů je termoplastická. Jakmile je polymer vytvořen, může být znovu zahříván a reformován. Tato vlastnost umožňuje snadné zpracování. Další skupinu termosetových materiálů nelze roztavit: jakmile se vytvoří polymery, opětovné zahřátí způsobí rozklad, ale ne roztavení.

Charakteristiky polymerních sloučenin s vysokou molekulovou hmotností na příkladu obalů:

1. Mohou být velmi odolné vůči chemikáliím. Zvažte všechny čisticí kapaliny ve vašem domě, které jsou baleny v plastu. Jsou popsány všechny důsledky při kontaktu s očima, ale s pokožkou. Je to nebezpečná Kategorie polymerů, která rozpouští vše.
2. Zatímco rozpouštědla snadno deformují některé plasty, jiné druhy plastů jsou umístěny v nerozbitých obalech pro agresivní rozpouštědla. Nejsou nebezpečné, ale mohou poškodit pouze osobu.
3. Roztoky sloučenin s vysokou molekulovou hmotností se nejčastěji dodávají v jednoduchých plastových sáčcích, aby se snížilo procento jejich interakce s látkami uvnitř nádoby.

Obecně jsou polymery velmi lehké s významnou pevností. Zvažte řadu aplikací, od hraček po rámovou strukturu vesmírných stanic nebo tenké nylonové vlákno v punčochách až po Kevlar, který se používá v neprůstřelných vestách. Některé polymery plavou ve vodě, jiné se topí. Ve srovnání s hustotou kamene, betonu, oceli, mědi nebo hliníku jsou všechny plasty lehkými materiály.

Vlastnosti sloučenin s vysokou molekulovou hmotností se liší:

1. Polymery mohou sloužit jako tepelné a elektrické izolátory: spotřebiče, šňůry, elektrické zásuvky a kabeláž, která je vyrobena nebo potažena polymerními materiály.
2. Tepelná odolnost kuchyňských spotřebičů s držadly na hrnce a pánve z polymerů, držadly na kávu, pěnou z chladniček a mrazniček, izolovanými šálky, chladiči a mikrovlnným nádobím.
3. Termoprádlo, které nosí mnoho lyžařů, je vyrobeno z polypropylenu, zatímco vlákno v zimních bundách je vyrobeno z akrylu a polyesteru.

Sloučenina s vysokou molekulovou hmotností jsou látky s neomezeným rozsahem charakteristik a barev. Mají mnoho vlastností, které mohou být dále vylepšeny širokou škálou přísad pro rozšíření aplikace. Polymery mohou sloužit jako základ pro imitaci bavlny, hedvábí a vlny, porcelánu a mramoru, hliníku a zinku. V potravinářském průmyslu se používají k poskytování jedlých vlastností houbám. Například drahý modrý sýr. Může být konzumován bez obav díky polymernímu zpracování.

Zpracování a aplikace polymerních konstrukcí

Polymery mohou být zpracovány různými způsoby:

• Vytlačování umožňuje výrobu tenkých vláken nebo těžkých masivních trubek, filmů, lahví na potraviny.
• Vstřikování umožňuje vytvářet složité části, například velké části karoserie automobilu.
• Plasty mohou být odlity do sudů nebo smíchány s rozpouštědly, aby se staly lepidly nebo barvami.
• Elastomery a některé plasty se protahují, mají flexibilitu.
• Některé plasty se během zpracování rozšiřují, aby držely tvar, například lahve na pitnou vodu.
• Jiné polymery mohou být napěněny, například polystyren, polyuretan a polyethylen.

Vlastnosti sloučenin s vysokou molekulovou hmotností se mění v závislosti na mechanickém působení a způsobu výroby látky. To umožňuje jejich použití v různých průmyslových odvětvích. Hlavní sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností mají větší cílové spektrum než ty, které se vyznačují zvláštními vlastnostmi a technikou získávání. Univerzální a "rozmarný" "najdou se" v potravinářských a stavebních oborech:

1. Sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností se skládají z ropy, ale ne vždy.
2. Mnoho polymerů pochází z opakujících se jednotek vytvořených dříve ze zemního plynu, uhlí nebo ropy.
3. Některé stavební látky jsou vytvářeny z obnovitelných materiálů, jako je kyselina polymléčná (z kukuřice nebo celulózy a bavlněného vlákna).

Zajímavé je, že je prakticky nelze ničím nahradit:

• Polymery lze použít k výrobě předmětů, které nemají alternativu z jiných materiálů.
• Jsou přeměněny na průhledné vodotěsné fólie.
• PVC se používá k výrobě lékařských zkumavek a krevních sáčků, které prodlužují trvanlivost produktu a jeho derivátů.
• PVC bezpečně dodává hořlavý kyslík do nehořlavých ohebných trubek.
• A antitrombogenní materiál, jako je heparin, může být zařazen do kategorie flexibilních katétrů z PVC.

Mnoho zdravotnických prostředků k zajištění účinného fungování se zaměřuje na vlastnosti struktur sloučenin s vysokou molekulovou hmotností.

Roztoky látek s vysokou molekulovou hmotností a jejich vlastnosti

Protože velikost dispergované fáze je obtížné měřit a koloidy mají podobu roztoků, někdy identifikují a charakterizují fyzikálně-chemické a transportní vlastnosti.

Hydrokoloid je definován jako koloidní systém, ve kterém částice molekuly sloučenin s vysokou molekulovou hmotností jsou hydrofilní polymery dispergované ve vodě.

Dalšími hlavními hydrokoloidy jsou xanthanová guma, arabská guma, guarová guma, karobová guma, deriváty celulózy, jako je karboxymethylcelulóza, alginát a škrob.

Interakce látek s vysokou molekulovou hmotností s jinými částicemi

Následující síly hrají důležitou roli v interakci koloidních částic:

• Odpuzování bez ohledu na objem: to se týká nedostatečného překrývání mezi pevnými částicemi.
• Elektrostatická interakce: koloidní částice často nesou elektrický náboj, a proto se navzájem přitahují nebo odpuzují. Náboj kontinuální i disperzní fáze a fázová mobilita jsou faktory, které ovlivňují tuto interakci.
• Van der Waalsovy síly: to je způsobeno interakcí mezi dvěma dipóly, které jsou konstantní nebo indukované. I když částice nemají trvalý dipól, fluktuace hustoty elektronů vedou k dočasnému dipólu v částici.
• Entropické síly. Podle druhého zákona termodynamiky systém přechází do stavu, ve kterém je maximalizována entropie. To může vést k vytvoření účinných sil i mezi pevnými kuličkami.
• Sterické síly mezi povrchy potaženými polymerem nebo v roztocích obsahujících neadsorpční Analog mohou modulovat mezičásticové síly a vytvářet další sterickou odpudivou sílu, která má převážně entropický charakter, nebo sílu vyčerpání mezi nimi.

Posledně uvedený efekt se hledá pomocí speciálně navržených superplastifikátorů vytvořených za účelem zvýšení zpracovatelnosti betonu a snížení jeho obsahu ve vodě.

Polymerní krystaly: kde se setkávají, jak vypadají?

Mezi sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností patří i krystaly, které spadají do kategorie koloidních látek. Jedná se o vysoce uspořádané pole částic, které se tvoří ve velmi velké vzdálenosti (obvykle řádově několik milimetrů až jeden centimetr) a vypadá podobně jako jejich atomové nebo molekulární protějšky.

Tyto sférické částice se ukládají do vysoce křemičitých nádrží. Tvoří vysoce uspořádaná pole po letech sedimentace a komprese působením hydrostatických a gravitačních sil. Periodická pole sférických částic submikrometru poskytují podobná pole intersticiálních dutin, která fungují jako přírodní difrakční mřížka pro viditelné světelné vlny, zejména když je vzdálenost mezi injekcemi stejného řádu jako dopadající světelná vlna.

Bylo tedy objasněno, že v důsledku odpudivých Coulombových interakcí mohou elektricky nabité makromolekuly ve vodném médiu vykazovat korelace podobné krystalu s dlouhým dosahem se vzdálenostmi částic, které často výrazně přesahují průměr jednotlivých částic.

Ve všech těchto případech mají krystaly přírodní sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností stejnou lesklou duhovku( nebo hru barev), kterou lze připsat difrakci a konstruktivní interferenci viditelných světelných vln. Splňují Braggův zákon.

Velké množství experimentů ke studiu takzvaných "koloidních krystalů" vzniklo z relativně jednoduchých metod vyvinutých za posledních 20 let za účelem získání syntetických monodisperzních koloidů (jako polymerní, a minerálních). Prostřednictvím různých mechanismů je implementována a zachována formace dlouhého řádu.

Stanovení molekulové hmotnosti

Molekulová hmotnost je kritickou vlastností chemické látky, zejména pro polymery. V závislosti na materiálu vzorku jsou vybrány různé metody:

1. Molekulovou hmotnost i molekulární strukturu molekul lze určit hmotnostní spektrometrií. Pomocí metody přímé infuze mohou být vzorky injikovány přímo do detektoru, aby se potvrdila hodnota známého materiálu nebo aby se zajistila strukturální charakterizace neznámého.
2. Informace o molekulové hmotnosti polymerů lze určit pomocí metody, jako je vylučovací chromatografie podle viskozity a velikosti.
3. Pro stanovení molekulové hmotnosti polymerů je nutné pochopit rozpustnost daného polymeru.

Celková hmotnost sloučeniny se rovná součtu jednotlivých atomových hmotností každého atomu v molekule. Postup se provádí podle vzorce:

1. Určete molekulární vzorec molekuly.
2. Použijte periodickou tabulku k odhalení atomové hmotnosti každého prvku v molekule.
3. Vynásobte atomovou hmotnost každého prvku počtem atomů tohoto prvku v molekule.
4. Výsledné číslo je reprezentováno dolním indexem vedle symbolu prvku v molekulárním vzorci.
5. Spojte všechny hodnoty dohromady pro každý jednotlivý atom v molekule.

Příklad jednoduchého výpočtu nízké molekulové hmotnosti: nalezení molekulové hmotnosti NH₃, prvním krokem je nalezení atomových hmot dusíku (N) A vodíku (H). Takže H = 1,00794 N = 14,0067.

Poté vynásobte atomovou hmotnost každého atomu počtem atomů ve sloučenině. Existuje jeden atom dusíku (pro jeden atom není uveden dolní index). Existují tři atomy vodíku, jak je uvedeno v dolním indexu. Tedy:

• Molekulová hmotnost látky = (1 x 14,0067) + (3 x 1,00794)
• Molekulové hmotnosti = 14,0067 + 3,02382
• Výsledek = 17,0305

Příklad výpočtu komplexní molekulové hmotnosti Ca₃(PO₄)₂ - toto je složitější možnost výpočtu:

Z periodické tabulky atomové hmotnosti každého prvku:

• Ca = 40,078.
• P = 30,973761.
• O = 15.9994.

Složitá část zjistí, jaké množství každého atomu je ve sloučenině přítomno. Existují tři atomy vápníku, dva atomy fosforu a osm atomů kyslíku. Pokud je část spojení v závorkách, vynásobte dolní index bezprostředně za symbolem prvku dolním indexem, který uzavírá závorky. Tedy:

• Molekulová hmotnost látky = (40,078 x 3) + (30,97361 x 2) + (15,9994 x 8).
• Molekulová hmotnost po počítání = 120,234 + 61,94722 + 127,9952.
• Výsledek = 310,18.

Analogicky se počítají složité tvary prvků. Některé se skládají ze stovky hodnot, takže se nyní používají automatizované stroje s databází všech hodnot R / mol.