Полимеры: строение и расчёты
Мономеры и звенья
linkОпора
- Урок 130. Полимеризация алкенов — записывать механизм и звено полимера
- Урок 263. Амиды и лактамы — получать и гидролизовать амиды
Полимер — это одно звено, повторённое тысячи раз. Найдите звено — и вы найдёте мономер.
Как связать полимер и мономер
- Цепная полимеризация: звено = мономер, двойная связь раскрылась: \(\ce{n CH2=CHX -> (-CH2-CHX-)_n}\).
- Поликонденсация: звено = сумма мономеров минус малые молекулы (вода, HCl, метанол).
- Найлон-6,6: \(\ce{H2N(CH2)6NH2}\) + \(\ce{HOOC(CH2)4COOH}\) → амидные связи; ПЭТ: этиленгликоль + терефталевая кислота → сложноэфирные связи.
- Диены: бутадиен даёт звено \(\ce{-CH2-CH=CH-CH2-}\) (1,4-присоединение) — двойные связи в цепи сшивают серой (вулканизация).
- Тактичность полипропилена: изо-, синдио- и атактический — разное расположение метильных групп вдоль цепи.
Примеры
1. ПВХ: звено \(\ce{-CH2-CHCl-}\), M = 62,5; полимер с M = 125 000 → n = 2000.
2. Найлон-6,6: звено \(\ce{-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-}\), M = 226 — два мономера минус две молекулы воды.
errorЗвено поликонденсата легче суммы мономеров
При образовании каждой связи уходит малая молекула: на звено найлона из диамина и дикислоты уходят две молекулы воды.
edit_noteПопробуйте сами
Какой мономер у полистирола?
expand_moreПоказать решение
Стирол (винилбензол).
Расчёты для полимеров
Средняя длина цепи — главное число полимера: от неё зависят прочность, вязкость, температура размягчения.
Как считать полимеры
- Степень полимеризации \(n = M/M_{\text{звена}}\).
- Поликонденсация (Карозерс): средняя длина цепи \(\bar{X}_n = 1/(1 - p)\), p — доля прореагировавших функциональных групп.
- Состав сополимера: запишите массовую долю элемента (Cl, N) через мольную долю звеньев и решите уравнение.
- Концевые группы: если на цепь приходится одна титруемая группа, \(M_n\) = масса образца / количество групп.
Примеры
1. p = 0,99 → \(\bar{X}_n = 100\); p = 0,999 → 1000: для высокого полимера нужна почти полная конверсия.
2. Сополимер винилхлорида и винилацетата с 80 % (мольн.) звеньев винилхлорида содержит 42,2 % хлора по массе.
errorСтехиометрия в поликонденсации
Избыток одного мономера обрывает рост: концы цепей оказываются одинаковыми и дальше не реагируют.
edit_noteПопробуйте сами
При какой конверсии групп средняя длина цепи равна 50?
expand_moreПоказать решение
\(p = 1 - 1/50 = 0{,}98\).
push_pinГлавное
Цепная полимеризация (радикальная, ионная, координационная Циглера — Натты) соединяет молекулы алкенов без побочных веществ: звено совпадает с мономером (этилен → полиэтилен, винилхлорид → ПВХ, стирол → полистирол, метилметакрилат → оргстекло, бутадиен → каучук с двойными связями в цепи, их сшивает сера при вулканизации). Поликонденсация идёт ступенчато с выделением малых молекул: гексаметилендиамин + адипиновая кислота → найлон-6,6 (звено \(\ce{C12H22N2O2}\), M = 226), этиленгликоль + терефталевая кислота → ПЭТ; капролактам даёт капрон раскрытием цикла. Степень полимеризации \(n = M/M_{\text{звена}}\). Поликонденсация по Карозерсу: средняя длина цепи \(\bar{X}_n = 1/(1 - p)\), p — доля прореагировавших функциональных групп; высокий полимер — только при p > 0,99 и точной стехиометрии. Состав сополимера находят по массовой доле элемента, \(M_n\) — титрованием концевых групп.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.