Что такое полимеры и мономеры
Полимер — вещество, молекулы которого состоят из множества одинаковых повторяющихся групп атомов. Эти группы называют структурными звеньями. Мономер — маленькая молекула, из которой полимер получается.
Число звеньев в цепи обозначают буквой n, его называют степенью полимеризации. У полимеров оно измеряется сотнями и тысячами, поэтому молярная масса полимера огромная: от десятков тысяч и больше.
Полимеры бывают двух групп:
- природные: целлюлоза, крахмал, белки, природный каучук, ДНК;
- синтетические: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол, тефлон, капрон, лавсан.
Молекулы любого полимера в образце имеют разную длину. Поэтому молярная масса полимера всегда средняя, а не точная.
Основа полимеров: полимеризация и поликонденсация
Основа синтетических полимеров — два типа реакций.
Полимеризация. Молекулы мономера соединяются в цепь, ничего при этом не отщепляется. Мономер должен иметь кратную связь, обычно двойную C=C. Она раскрывается, и молекулы «сцепляются» друг с другом. Подробнее про такие вещества — в теме непредельные углеводороды.
n CH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)n
Так получают полиэтилен. Из пропилена CH₂=CH–CH₃ выходит полипропилен, из винилхлорида CH₂=CHCl — ПВХ, из тетрафторэтилена CF₂=CF₂ — тефлон.
Поликонденсация. Мономеры соединяются, а при каждом соединении выделяется маленькая молекула, чаще всего воды. Мономеры должны иметь по две функциональные группы. Так образуются белки из аминокислот, капрон и лавсан. Ход таких реакций связан с азотсодержащими соединениями.
Полезное правило: если в уравнении справа только полимер, это полимеризация. Если рядом с ним записана вода, это поликонденсация.
Состав полимеров и свойства
Состав полимера записывают как формулу звена в скобках с индексом n. Например, у крахмала и целлюлозы одинаковая формула (C₆H₁₀O₅)n, но цепи устроены по-разному, поэтому свойства разные. Об этих веществах подробнее в теме углеводы.
По поведению при нагревании полимеры делят на две группы:
- термопластичные размягчаются и плавятся, их можно переплавлять (полиэтилен, полистирол);
- термореактивные при нагревании затвердевают и после этого уже не плавятся (фенолформальдегидные смолы).
По строению цепи бывают линейные, разветвлённые и сетчатые. Линейные полимеры обычно эластичнее и растворимее, сетчатые твёрже и прочнее.
В клетках живых организмов тоже работают полимеры: белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды. Их мономеры — аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды.
Как решать: найти число звеньев в молекуле полимера
Задание. Средняя молярная масса полиэтилена равна 56 000 г/моль. Сколько звеньев –CH₂–CH₂– в молекуле? Запиши уравнение получения.
- Запиши уравнение полимеризации этилена: n CH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)n.
- Найди молярную массу звена. Оно совпадает по составу с мономером C₂H₄: M = 2 × 12 + 4 × 1 = 28 г/моль.
- Масса полимера равна массе звена, умноженной на n: M(полимера) = 28 × n.
- Выразим n: n = 56 000 ÷ 28 = 2000.
Ответ: в молекуле в среднем 2000 звеньев.
Проверка: 2000 × 28 = 56 000, всё сходится. Если задание про поликонденсацию, отнимай от общей массы массу выделившейся воды. Расчёты с молярными массами опираются на тему количество вещества.
Где ошибаются чаще всего
- Сохраняют двойную связь в полимере. При полимеризации она раскрывается. В звене остаётся одинарная связь: (–CH₂–CH₂–)n, а не (–CH=CH–)n.
- Путают мономер и структурное звено. У полиэтилена они совпадают по составу, а у капрона или лавсана нет: при поликонденсации часть атомов уходит в воду.
- Забывают про воду при поликонденсации. Если ты записываешь уравнение для белка или лавсана, продукты содержат воду, и её количество зависит от n.
- Пишут заместитель в цепи неверно. У пропилена звено выглядит так: –CH₂–CH(CH₃)–. Группа CH₃ отходит в сторону, а не встаёт в основную цепь.
- Считают молярную массу полимера точной. Это среднее значение, поэтому n тоже среднее.
Задания по полимерам и как пользоваться страницей
Типичные задания по теме: определить мономер по формуле полимера, составить уравнение полимеризации или поликонденсации, найти степень полимеризации по массе, сравнить природные и синтетические полимеры. Пока учеников с заданиями по этой теме на странице нет, но решения появятся в списке выше.
Если твоё задание похоже на одно из них, открой его и сверь ход решения со своим. Если не нашёл подходящее, сфотографируй условие и отправь, получишь решение с подробным ходом. Для общей картины пригодится тема химия и жизнь.