Высокомолекулярные соединения, их свойства и применение

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

Ва

Ва

Ва

Оглавление

Ва

Введение.

Органические и неорганические ВМС.

Общие свойства ВМС.

Молекулярный вес полимеров.

Дробное поведение макромолекул.

Геометрическая форма макромолекул.

Особенности реакций полимеров.

Полиминералогичные превращения.

Роль ВМС в природе.

Значения ВМС в технике.

Использованная литература.

Ва

Введение

ВаВаВаВаВаВаВаВа Среди многочисленных веществ, встречающихся в природе, резко выделяется группа соединений, отличающихся от других особыми физическими свойствами, высокой вязкостью растворов, способностью образовывать волокна, пленки и т.д. К этим веществам относятся целлюлоза, лигпин, пентозаны, крахмал, белки и нуклеиновые кислоты, широко распространенные в растительном и животном мире, где они образуются в результате жизнедеятельности организмов.

ВаВаВаВаВаВаВаВа Высокомолекулярные соединения получили свое название вследствие большой величины их молекулярного веса, отличающие их от низкомолекулярных веществ, молекулярный вес которых лишь сравнительно редко достигает нескольких сотен. В настоящее время принято относить к ВМС вещества с молекулярным весом более 5000.

ВаВаВаВаВаВаВаВа Молекулы ВМС называют макромолекулами, а химию ВМС тАУ химией макромолекул и макромолекулярной химией.

ВаВаВаВаВаВаВаВа В результате многочисленных соединений, осуществленных огромной армией химиков, физиков и технологов, было установлено не только строение некоторых природных ВМС, но и найдены пути синтеза их заменителей из доступных видов сырья. Возникли новые виды промышленности, началось производство синтетического каучука, искусственных синтетических волокон, пластических масс, лаков и красок, заменителей кожи и т.д. На первых парах синтетические материалы носили характер заменителей природных материалов. В настоящее время в результате успехов в химии и физике ВМС и усовершенствования технологий их производства, благодаря принципиальной возможности сочетать в одном веществе любые желаемые свойства, синтетические ВМС постепенно проникают во все области промышленности, где они становятся совершенно незаменимыми конструкционными и антикоррозийными материалами.

Органические и неорганические ВМС

Органические ВМС являются основой живой природы входящие в состав растений, - полисахариды, лигпин, белки, пектиновые вещества тАУ высокомолекулярны. Ценные механические свойства древесины, хлопка, льны обусловлены значительным содержанием в них высокомолекулярного полисахарида тАУ целлюлозы. Главной составной частью картофеля, пшеницы, ржи, овса, риса, кукурузы, ячменя являются другой высокомолекулярный полисахарид тАУ крахмал. Торф, бурый уголь, каменные угли представляют собой продукты геологического превращения растительных тканей, главным образом целлюлозы и лигнина, а также должны быть отнесены к высокомолекулярным соединениям.

В основе живого мира также лежат ВМС тАУ белки, являющиеся главной составной частью почти всех веществ животного происхождения. Мышцы, соединительные ткани, мозг, кровь, кожа, волосы, шерсть, рог состоят в основном из высокомолекулярных белковых веществ.

Неорганические высокомолекулярные соединения играют такую же большую роль и так же распространены в минеральном мире, как органические ВМП в живой природе.

Основная часть земной коры состоит из окислов кремния, алюминия и других многовалентных элементов, соединенных, по-видимому, в макромолекулы. Наиболее распространен среди этих окислов кремниевый ангидрид [ SiO 2 ] n , являющийся, бесспорно, высокомолекулярным соединением. Более 50% всей массы земного шара состоит из кремниевого ангидрида, а в наружной части земной коры содержание его достигает 60%. Наиболее распространенной модификацией кремниевого ангидрида является кварц тАУ важнейшая составная часть большинства горных пород и песка.

Ва

Общие свойства ВМС

Для ВаВа высокомолекулярных ВаВа соединений ВаВа характерны ВаВа некоторые общие свойства, которые позволяют Ва выделить Ва химию Ва высокоВнмолекулярных ВаВаВа соединений ВаВаВа в ВаВаВа самостоятельную ВаВаВа науку. ВаВа Эти свойства ВаВа не ВаВа могут Ва быть ВаВа описаны Ва с Ва помощью ВаВа представлений классической химии. Для рассмотрения свойств высокомолекулярных соединений необходимо ввести принципиально новые понятия, общие для всего класса соединений.

Ва

Молекулярный вес полимеров

Первой особенностью химии высокомолекулярных соединений является совершенно новое понятие молекулярного веса.

Для низкомолекулярных соединений величина молекулярного веса тАФ это константа, характеризующая индивидуальность химичеВнского соединения. Изменение молекулярного веса всегда свидетельВнствует о переходе к другому веществу и сопровождается заметным изменением свойств. С переходом от одного представителя гомоВнлогического ряда к другому (т. е. с изменением величины молекуВнлярного веса) физические свойства веществ изменяются настолько, что, пользуясь этим изменением, удается отделить гомологи друг от друга.

Рис. 1. Кривые распределения по молекулярным весам.

Молекулярный Вес

На рис. 1 показаны кривые распределения по молекулярному весу двух полимеров с одинаковой средней степенью полимеризации, но с различной полидисперсностью. Полимер, который характериВнзуется кривой 1, более однороден по молекулярному весу, чем полиВнмер с кривой распределения 2 .

Степень полидисперсности является не менее важной характеВнристикой полимера, чем средний молекулярный вес.

С изменением физических свойств по мере увеличения молекулярВнного веса непосредственно связана еще одна особенность высокомоВнлекулярных соединений. С увеличением молекулярного веса давление паров химических соединений уменьшается и задолго до достижеВнния значений молекулярных весов, характерных для высокомолекуВнлярных соединений, падает практически до нуля. При нагревании высокомолекулярных соединений не наблюдается заметной летучести, а при определенной температуре наступает термическое разложение вещества с разрывом химических связей и перегруппировкой атомов. Высокомолекулярные соединения практически нелетучи и не могут быть переведены в газообразное состояние.

В отличие от низкомолекулярных соединений, для которых извеВнстны три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость, газ, тАФ для высокомолекулярных соединений известны только два агрегатных состояния: твердое тело, жидкость.

Ва

Дробное поведение макромолекул

Характерной особенностью химии высокомолекулярных соедиВннений является то, что наименьшей ВлчастицейВ», участвующей в реакВнции или физико-химическом процессе, является не молекула, как в классической химии, а элементарное звено (при химических реакциях) или участок цепи (при физико-химических и физико-механических процессах).

Такое поведение молекул высокомолекулярных соединений в физико-химических и физико-механических процессах связано с гибкостью макромолекул. Молекулярные цепи разных полимеВнров обладают различной гибкостью, которая определяется величиВнной потенциального барьера свободного вращения атомов относиВнтельно друг друга. Величина потенциального барьера в свою очередь зависит от химического строения полимера и характера функВнциональных групп, имеющихся в цепи.

Макромолекулы линейных полимеров характеризуются высокой степенью асимметрии. Поэтому отдельные участки вытянутой молеВнкулярной цепи настолько удалены друг от друга, что взаимное влияВнние становится ничтожно малым. Вследствие этого некоторые участВнки молекулярной цепи при растворении (когда подвижность и гибВнкость цепи возрастает) и в процессах деформации полимеров ведут себя как кинетически самостоятельные единицы. Такие участки молеВнкулярной цепи называют сегментами. Величина участка молеВнкулярной цепи, проявляющего кинетическую независимость (сегменВнта), не является постоянной и зависит от условий, в которых находится полимер (температура и концентрация раствора, природа растворителя, температура, величина и скорость приложения наВнгрузки при деформации). Это приводит к появлению некоторых осоВнбенностей в свойствах растворов и в процессах деформации полиВнмеров.

Простейшей ВлчастицейВ», самостоятельно участвующей в химичеВнских реакциях, является элементарное звено макромолекулы полиВнмера. Следовательно, реакции функциональных групп полимеров тАФ это химические реакции элементарных звеньев.

Следует отметить, что под функциональными группами полимеВнра обычно подразумевают функциональные группы, входящие в соВнстав элементарных звеньев цепи. В макромолекулах большинства полимеров имеются также концевые функциональные группы, как правило отличающиеся от функциональных групп элементарВнных звеньев. Однако при большом молекулярном весе полимера и малом числе концевых групп реакциями концевых групп в подавляюВнщем большинстве химических превращений полимеров можно преВннебречь.

В классической химии полноту протекания химической реакции обычно характеризуют числом молей превращенного вещества или выходом продуктов реакции, причем под ВлмолемВ» понимают вполне определенную величину тАФ молекулярный вес вещества, выраженный в конкретных весовых единицах.

Иначе обстоит дело в химии высокомолекулярных соединений. Так, при этерификации поливинилового спирта один моль уксусного ангидрида расходуется на одно элементарное звено полимера, и понятие ВлмольВ» становится условным. В химии высокомолекулярных соединений молем* называют молекулярВнный вес элементарного звена полимера, выраженный в конкретных весовых единицах.

Соответственно полноту химической реакции характеризуют числом прореагировавших элементарных звеньев. Поскольку эти звенья находятся в одной молекулярной цепи, число элементарных звеньев, участвующих в реакции, показывает не выход конечного продукта реакции, как в реакциях низкомолекулярных соединений, а степень химического превращения высокомолекулярВнного соединения. К тому же исходные и конечные продукты реакВнции объединены в одной молекулярной цепи, что меняет представлеВнния ВлклассическойВ» химии о чистом веществе. Поэтому результаты химических превращений высокомолекулярных соединений прихоВндится оценивать статистически.

В тех случаях, когда в результате реакции достигнута исчерпыВнвающая полнота превращения всех функциональных групп, полученный продукт, согласно понятиям классической химии, все равно не является чистым веществом вследствие неоднородности полимера по молекулярному весу. Таким образом, вводятся новые понятия: однородность вещества по молекулярному весу и однородность вещества по химическому составу.

Наряду с реакциями элементарных звеньев очень важное значеВнние имеют макромолекулярные реакции полимеров. В этих реакциях макромолекула ведет себя как единое целое и поэтому стехиометрические соотношения реагирующих веществ резко отлиВнчаются от стехиометрических соотношении веществ в реакциях элеВнментарных звеньев полимеров.

К макромолекулярным реакциям полимеров относятся межмоВнлекулярные реакции, в результате которых между макромолекулами образуются химические связи и линейные полимеры превращаются в пространственные, а также реакции химической деструкции полиВнмеров, протекающие под влиянием химических реагентов.

В реакциях элементарных звеньев полимера, вследствие соизмеВнримости молекулярных весов элементарного звена и реагирующего с ним низкомолекулярного вещества, участвуют обычно соизмеримые количества полимера и низкомолекулярного соединения. При обраВнзовании же межмолекулярных связей в реакции участвует, с одной стороны, макромолекула полимера, а с другой тАФ молекула низко* молекулярного соединения, молекулярный вес которого в сотни или тысячи раз меньше молекулярного веса полимера. Например, для обраВнзования химической связи между двумя макромолекулами полиакриловой кислоты достаточно одного атома двухвалентного металла:

При этом макромолекулы полиакриловой кислоты теряют свою кинетическую самостоятельность, полимер приобретает пространстВнвенное строение, в результате чего резко изменяются физические свойства системы.

Весовая доля низкомолекулярного вещества, участвующего в макромолекулярной реакции, ничтожно мала, так как она опредеВнляется соотношением молекулярных весов низкомолекулярного соВнединения и полимера. Этим обусловлена одна из важных особенноВнстей высокомолекулярных соединений тАФ резкое изменение свойств под влиянием малых добавок некоторых веществ.

При реакциях химической деструкции полимеров на разрыв одВнной связи в полимере расходуется одна молекула низкомолекулярВнного вещества. Например, при гидролизе полиамидов для омыления одной амидной связи требуется одна молекула воды:

Ва Геометрическая форма макромолекул

Третья особенность химии высокомолекулярных соединеВнний тАФ это резкая зависимость свойств полимеров от геометрической формы макромолекул. В химии низкомолекулярных соединений от геометрии молекулы зависят лишь свойства отдельных ее атомов. Физико-химические свойства низкомолекулярных соединений, как правило, не рассматриваются в связи с формой молекулы.

В химии высокомолекулярных соединений форма макромолекулы приобретает очень важное значение. Так, макромолекула линейВнного полимера в зависимости от геометрии элементарных звеньев и порядка их чередования (если они различаются по химическому соВнставу и стереометрии) может по своей форме приближаться к жестВнкой палочке (полифенилены, полиацетилены), свертываться в спираль (амилоза, нуклеиновые кислоты, пептиды) или в клубок (глобулярВнные белки). В зависимости от формы макромолекулы линейные полимеры могут значительно различаться по свойствам. Но в то же время они имеют ряд общих свойств, характерных именно для тАвлинейных полимеров, которые отличают их от полимеров с иной геоВнметрической формой молекул.

Все линейные полимеры принципиально могут быть переведены в раствор. Растворы линейных полимеров даже при относительно небольших концентрациях обладают высокой вязкостью, в десятки и сотни раз превышающей вязкость соответствующих растворов низкоВнмолекулярных соединений. Многие линейные полимеры могут плаВнвиться без разложения, причем их расплавы также обладают очень высокой вязкостью. Линейные полимеры, отличаются хорошими физиВнко-механическими свойствами: большой прочностью и эластичВнностью. Гибкость макромолекулы линейных полимеров способствует их растворению и плавлению, а способность гибкой макромолекулы изменять форму под влиянием внешних усилий обусловливает высоВнкие эластические свойства. Значительная разрывная прочность лиВннейных полимеров объясняется главным образом тем, что линейные макромолекулы могут достигать высокой степени ориентации отноВнсительно друг друга и иметь большую плотность упаковки, что приводит к возникновению многочисленных межмолекулярных связей с высокой суммарной энергией.

Эти особенности свойств линейных полимеров вытекают из их строения. Наличие двух типов связей (химических валентных свяВнзей и физических межмолекулярных взаимодействий), различающихся по энергетической характеристике, определяет возможность растворения и плавления линейных полимеров. Высокой степенью асимметрии макромолекул обусловлена высокая вязкость растворов и расплавов линейных полимеров.

Разветвленные полимеры также могут быть переведены в расВнтвор, причем при одинаковом химическом составе и молекулярном весе растворимость разветвленных полимеров выше растворимости линейных полимеров.

Прочность разветвленных полимеров и вязкость их растворов зависят от степени и типа разветвления. Полимеры, имеющие относительно небольшое число боковых цепей, очень близки по свойствам к линейным полимерам. Сильноразветвленные полимеры, вследствие значительно меньшей степени асимметрия молекул, образуют растворы пониженной вязкостью. Прочность таких полимеров ниже прочности соответствующих линейных полимеров той же природы.

Сетчатые полимеры резко отличаются по свойствам от линейных и разветвленных полимеров. Они не плавятся без разложения и не могут быть переведены в раствор. Это связано с тем, что в сетчатых полимерах преобладают прочные химические связи между макромоВнлекулами. Физические и физико-механические свойства этих полиВнмеров зависят от числа межмолекулярных химических связей и от регулярности их расположения. С увеличением числа межмолекулярных связей твердость вещества увеличивается, повышается моВндуль упругости и уменьшается величина относительной деформации, т.е. свойства сетчатого (пространственного) полимера приближаютВнся к свойствам кристалла (примером кристаллического полимера с правильной пространственной решеткой является алмаз).

Ва

Особенности реакций полимеров

Химические превращения полимеров дают возможность создаВнвать многочисленные новые классы высокомолекулярных соедиВннений и в широком диапазоне изменять свойства и области применения готовых полимеров.

Лучше всего изучены химические свойства природных высокоВнмолекулярных соединений (целлюлозы, крахмала, белков), которые были известны за много десятков лет до появления синтетических полимеров. Наибольшее внимание уделялось химическим превращеВнниям целлюлозы, обладающей ценными техническими свойствами .и являющейся наиболее широко распространенным природным органиВнческим полимером. Путем химических превращений целлюлозы полуВнчают ацетаты целлюлозы, применяемые для производства волокна, лаков, пленок, пластмасс; нитраты целлюлозы для производства пластмасс, пленок, лаков и бездымного пороха; многочисленные проВнстые эфиры целлюлозы, имеющие весьма разнообразное применение для производства лаков, пленок, электроизоляционных материалов, в качестве отделочных средств в текстильной промышленности, а такВнже присадок при бурении нефтяных скважин.

Когда появились синтетические полимеры, единственным спосоВнбом изменения их состава и свойств был подбор новых исходных иономеров. Однако, как выяснилось впоследствии, некоторые полимеры нельзя получить непосредственным синтезом из низкомолекулярных соединений вследствие неустойчивости этих мономеров. Так,

например, поливиниловый спирт, используемый для производства синтетического волокна, а также в качестве эмульгатора, для шлихВнтовки тканей и в пищевой промышленности, не может быть поВнлучен полимеризацией мономера. Его получают омылением готового полимера тАФ поливинилацетата. Ацеталированием поливинилового спирта получают различные поливинилацетали, используемые в проВнизводстве лаков и покрытий. Только путем взаимодействия природВнных и синтетических каучуков с серой и другими полифункциональВнными соединениями (вулканизация) могут быть получены различные сорта резины и эбонита. Дубление белков, обеспечивающее возможВнность их технического использования, также основано на химическом взаимодействии белков с альдегидами или другими бифункциональВнными соединениями. Наконец, к химическим превращениям отноВнсится направленная деструкция полимеров, часто применяемая для регулирования молекулярного веса полимеров, перерабатываемых в различных отраслях промышленности. На полном гидролизе целлюВнлозы основан Процесс получения гидролизного спирта. Механическая деструкция полимеров используется в промышленном масштабе для изменения физико-химических свойств полимеров, а также для синВнтеза новых типов сополимеров.

Несмотря на широкое промышленное использование химических превращений полимеров, до сих пор не проводилось достаточно сиВнстематических исследований их химических свойств, и в химии высокомолекулярных соединений главное внимание уделялось методам синтеза полимеров лишь в последние годы реакции высокомолекулярных соединений становятся предметом большого числа исследоваВнний, которые должны открыть новые возможности синтеза полимеров с ценными свойствами, а также помочь в выяснении механизма превращений высокомолекулярных соединений в живой природе.

Химические реакции высокомолекулярных соединений не отличаются от реакций классической органической химии, но большая величина и сложность строения макромолекул вносят в эти превраВнщения свои особенности.

В химии высокомолекулярных соединений различают реакции звеньев полимерной цепи и макромолекулярные реакции. Реакции звеньев полимерной цепи приводят к изменению химического состава полимера без существенного изменения степени полимеризации. Такие реакции называются полимераналогичными превращениями:

Это внутримолекулярные химические превращения полимера и реакции его функциональных групп и атомов с низкомолекулярными соединениями.

Макромолекулярные реакции всегда приводят к измеВннению степени полимеризации, а иногда и структуры основной цепи полимера. К этим реакциям относятся реакции деструкции полимеВнров, сопровождающиеся уменьшением молекулярного веса, и межВнмолекулярные реакции, в результате которых образуются пространВнственные структуры и резко возрастает молекулярный вес полимера.

Особое место среди макромолекулярных реакций занимают реакции концевых групп полимеров, которые, вследствие малого числа этих групп при достаточно большом молекулярном весе полимера, практически не сказываются ни на составе и строении полимера, ни на степени его полимеризации.

Ва

Полиминералогичные превращения

Реакции этого типа были использованы Штаудингером для доказательства макромолекулярного строения природных, а затем и синтетических полимеров. Поливинилацетат был превращен им в поливиниловый спирт, а последний тАФ снова в поливинилацетат:

При этом оказалось, что степень полимеризации продуктов преВнвращения не отличается (в пределах ошибки измерения) от степени полимеризации исходных полимеров.

Нитраты целлюлозы также можно получить без деструкции макроВнмолекулы, если нитровать целлюлозу смесью азотной и фосфорной кислот и фосфорного ангидрида при 0В°С. Этот метод нитрования целВнлюлозы используют для последующего определения ее молекулярного веса.

При полимераналогичных превращениях реакционная способВнность функциональных групп и атомов не зависит от молекулярВнного веса полимера. Так, например, реакции щелочного гидролиза протекают практически с одинаковой скоростью и одинаковой энерВнгией активации (28 и 27,5 ккал/моль). Константы скорости гидролиза поливинилацетата и винилацетата одинаковы и т. д.

Свойства функциональных групп при переходе от мономера к полимеру изменяются не больше, чем при переходе от одноатомных низкомолекулярных соединений к многоатомным.

Реакция дегидратации одноатомных спиртов под действием серВнной кислоты или ее солей является классическим методом получения простых эфиров. В образовании молекулы эфира участвуют две молеВнкулы спирта. Реакция дегидратации гликолей в аналогичных услоВнвиях протекает в двух направлениях: с образованием линейных полигликолей или с внутримолекулярной циклизацией (если возможно образование ненапряженных пяти- или шестичленных циклов). Этиленгликоль под действием серной кислоты образует полигликоли или шестичленный циклический эфир 1, 4-диоксан:

Гликоли, у которых гидроксильные группы разделены двумя или тремя метиленовыми группами, дегидратируются с образованием пяти- или шестичленных циклических соединений с эфирной связью.

Роль ВМС в природе

Живая природа представляет собой форму существования Ва высокомолекулярных соединений. Она развивается в окружении и действии с неорганическим миром, построенным в основном из ВМС. Только вода и воздух распространены на земном шаре так же широко, как ВМС.

Человечество для удовлетворения своих нужд так же создает и использует высокомолекулярные материалы. По своей значимости для человечества с высокомолекулярные материалами конкурируют лишь металлы, как конструкционные материалы, топливо как источник энергии и пищевые продукты. Такое широкое распространение и необычайно высокое значение ВМС вытекает из их общих свойств, обусловленных громадной величиной и сложностью макромолекул.

ВаВаВаВаВаВаВаВаВа Как известно из огромного опыта, накопленного химией, с увеличением молекулярного веса химических соединений подвижность молекул уменьшается. Полезно подчеркнуть, что устойчивость ВМС, особенно органических, является следствием не низкого термодинамического потенциала, а малой подвижности громоздких макромолекул и малой скорости диффузионных процессов. Всякие же физико-химические изменения тел тАУ плавление, растворение, кристаллизация, испарение, деформация тАУ неизбежно связаны с перемещением молекул. Для химических превращений, которые невозможны без непосредственного контакта между молекулами реагирующих веществ, тем более требуется перемещение, диффузионное проникновение одного компонента в массу другого. Естественно, что небольшие молекулы низкомолекулярных соединений, будучи значительно подвижнее макромолекул, гораздо легче подвергаются химическим и физико-химическим превращениям. Долговечность объектов живой и мертвой природы была бы ничтожной, если бы он состояли из низкомолекулярных соединений. Органические высокомолекулярные соединения легче подвергаются изменениям, чем неорганические, а поэтому развитие и эволюция живой природы протекают интенсивней развития и эволюции мертвой. Стабильность неорганических высокомолекулярных тел столь велика, что заметные изменения неживой природы требуют огромных периодов времени, составляющих геологические эры.

ВаВаВаВаВаВаВаВаВа Благодаря большому числу атомов в макромолекуле, высокомолекулярные соединения могут иметь невообразимое число изомеров даже при простейшем элементарном составе. Так, для предельного углеводорода, содержащего 14 углеродных атомов, число только структурных изомеров равно 1558, а для углерода с 20 углеродными атомами оно достигает 366314, хотя эти углеводороды еще не являются ВМС.

ВаВаВаВаВаВаВаВаВа Многообразие ВМС неограниченно. Отсюда вытекает еще большее многообразие явлений природы, особенно жизненных явлений, т.к. подавляющее большинство природных процессов представляют собой процессы образования, изменения и превращения высокомолекулярных тел. Характеризуя значения многообразия органических ВМС, один из создателей макромолекулярной химии тАУ Герман Штаудингер в 1932г. указывал, что для понимания жизненных процессов биологическая химия требует бесконечного числа органических веществ, и, соответственно, бесконечного ряда возможных реакций.

ВаВаВаВаВаВаВаВаВа Устойчивость к физико-химическим превращениям и многообразие ВМС являются теми фундаментальными принципами, которые определяют их роль и распространение в природе.

В условиях земного шара непрерывно протекают разнообразные взаимные превращения низко- и высокомолекулярных соединений. Чередование процессов образования и распада ВМС является чрезвычайно важной специфической особенностью конкретного выражения химического движения материи в температурных условиях земного шара. При более высоких температурах должны преобладать взаимные превращения атомов и простейших молекул или процессы в которых наиболее сложные частицы будут свободные атомы.

Низкомолекулярные соединения благодаря своей подвижности легко перемещаются в пространстве, быстро вступают в соприкосноВн вение и взаимодействие друг с другом или с высокомолекулярными соединениями, образуя, видоизменяя или расщепляя последние. Они являются, таким образом, переносчиками макромолекул в природе. Сложность и малая подвижность макромолекул обусловливают длиВнтельное существование высокомолекулярных тел и их многообразие.

Конкретные пути образования, изменения и распада высокомоВн лекулярных соединений очень сложны и специфичны. Вместе с тем в природе наблюдается поразительная воспроизводимость процесВн сов образования и превращения сложнейших высокомолекулярных соединений, например белков.

Ответственная роль в биохимическом синтезе белков принадлеВн жит нуклеиновым кислотам, которые определяют его специфичность. В самой структуре нуклеиновых кислот заключены основы точного их воспроизведения и направленного синтеза белковых молекул, а также передачи наследственных признаков организма. В то же время белок-фермент способствует синтезу нуклеиновых кислот, пол исахаридов и других высокомолекулярных соединений. Сложный комплекс веществ тАФ белков, нуклеиновых кислот, углеводов и регу ляторов их химических превращений тАФ ферментов, гормонов, витамиВн нов тАФ составляет основу жизненного цикла организма.

Значение высокомолекулярных соединений в технике

ВысокомоВн лекулярные соединения являются основной составной частью больВн шого числа конструкционных материалов, применение которых свяВн зано с, выполнением тех или иных механических функций. Такие маВнтериалы должны обладать высокой прочностью, эластичностью, тверВн достью, и в этом отношении с высокомолекулярными соединениями могут соперничать лишь металлы.

Только немногие отрасли промышленности перерабатывают выВн сокомолекулярные природные материалы без применений каких-либо химико-технологических процессов, методами чисто механической технологии. Такова, например, деревообделочная промышленность. Гораздо многочисленнее отрасли промышленности, где при перераВнботке природных высокомолекулярных материалов сочетаются проВн цессы механической и химической технологии. При этом, например, в производстве хлопчатобумажных, шерстяных и льняных текстильных волокон, натурального шелка, в меховой и кожевенной промышленВн ности преобладают процессы механической технологии, однако для выпуска готового изделия необходимы и такие важные химико- технологические процессы, как крашение волокон, тканей, меха, окраска и дубление кожи и т. д. В целлюлозно-бумажной промыш ленности, частично в резиновой (на основе натурального каучука), в производстве эфироцеллюлозных и белковых пластических масс, кинопленки, искусственного волокна, наоборот, преобладают химико технологические процессы обработки.

Некоторые отрасли промышленности занимаются расщеплением природных высокомолекулярных веществ с целью получения ценных пищевых продуктов и технических низкомолекулярных материалов. Сюда относятся гидролизная промышленность (производство этилоВнвого спирта гидролизом древесины), крахмалопаточное, пивоваренВн ное и другие производства, использующие процессы брожения.

ВаВаВа С каждым годом возрастает производство синтетических полиВн меров, т.е. высокомолекулярных соединений, получаемых из низко молекулярных исходных продуктов. Быстро развиваются такие отВн расли промышленности, как промышленность пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, лаков (лакокрасочВн ная промышленность) и .клеев, электроизоляционных материалов и др. Промышленность пластических масс располагает в настоящее время большим количеством синтетических полимерных материалов с разнообразными свойствами. -Некоторые из них превосходят по химической стойкости золото и платину, сохраняют свои механичеВн ские свойства при охлаждении до -50В°С и при нагревании до +500В°С. Другие не уступают по прочности металлам, а по твердости приближаются к алмазу. Из синтетических полимеров получают ис ключительно легкие и прочные строительные материалы, прекрасную электроизоляцию, непревзойденные материалы для химической аппаВн ратуры. Резиновая промышленность располагает теперь материалаВн ми, превосходящими по многим показателям .натуральный каучук, например газонепроницаемыми, устойчивыми к бензину и маслам, не теряющими эластических свойств при температуре от -80В°С до +300В°С. Новые синтетические волокна во много раз прочнее приВн родных, из них получаются красивые, несминаемые ткани, прекрасВн ные искусственные меха. Технические ткани из синтетических воло кон пригодны для фильтрования, кислот и щелочей.

К отраслям промышленности, использующим высокомолекулярВн ные соединения, можно также отнести стекольную, керамическую, промышленность силикатных строительных материалов. ВысокомоВн лекулярные соединения используются в ракетной технике.

Разрыв любой связи в макромолекуле полимера приводит к обВнразованию двух кинетически самостоятельных молекул и уменьшеВннию вдвое средней величины молекулярного веса. В этом случае веВнсовая доля низкомолекулярного соединения, принимающего участие в реакции, также очень мала.

Использованная литература

Ва

А.А. Стрепихеев тАУ Основы химии ВМС. Изд. ВлХимияВ». М-1967г.

Ю.С. Липатов тАУ Физико-химические свойства и синез ВМС. Изд. ВлНаукова ДумкаВ» Киев тАУ 1976г.

А.М. Шур тАУ Высокомолекулярные соединения. Изд. ВлВысшая ШколаВ» М-1966г.

Г.Г. Элиас тАУ Мегамолекулы. Изд. ВлХимияВ» Ленинград тАУ 1990г.

Вместе с этим смотрят:

Газовая хроматография
Галлий и его соединения
Геохимия океана
Гетерогенные реакции