Химическое строение макромолекул

 

По химическому строению повторяющегося звена полимеры делят на классы: органические, неорганические и элементоорганические.

Органические полимеры в основной цепи содержат атомы углерода, а также кислорода, азота и серы. В боковые группы могут входить водород и галогены, соединенные непосредственно с углеродами или другие атомы, непосредственно не соединенные с углеродом в основной цепи.

 

 

Таблица 1 - Примеры органических гомоцепных полимеров

Алифатические предельные
ПП	-CH2-CH │ CH3	ПАА	-CH2-CH(CH3)- │ O=C-NH2
ПВХ	-CH2-CH(Cl)- │ Cl	ПВА	-CH2-CH(CH3)- │ OCO-CH3
ПВС	-CH2-CH(OH)- │ OH	ПАН	-CH2-CH(CH3)- │ C≡H
ПЭ	-CH2-CH2-	ПТФЭ	-CF2-CF2-
Ароматические
Полифенилен
Жирноароматические
Полиэтиленфенилен
Алифатические непредельные
Бутадиен -СН2-СН=СН-СН2-   Изопрен -СН2-С(СН3)=СН-СН2-   Хлоропрен -СН2-С(Сl)=СН-СН2-

Неорганические полимеры имеют основную цепь из неорганических элементов IV и VI групп и не имеют органических боковых групп (табл.2).

 

Таблица 2 - Примеры гомоцепных неорганических полимеров

Карбин	–С≡ С–С≡ С–
Кумулен	=С=С=С=
Полисилан	–SiH2–SiH2–SiH2–
Полигерман	–GeH2–GeH2–GeH2–
Полисера	–S–S–S–

 

Органические гетероцепные полимеры: в зависимости от природы функциональной группы, повторяющейся в основной цепи различают кислород-, азот- и серусодержащие соединения (табл. 3).

 

Таблица 3 - Примеры органических гетероцепных полимеров

Функциональная группа	Полимер
Название класса	Представители
Кислородсодержащие
Простая эфирная -СН2-О-	Простые полиэфиры	Полиэтиленоксид -СН2-СН2-О-
Сложноэфирная -С(О)-О-	Сложные полиэфиры	-О-(СН2)2-О-ОС-С6Н4-СО-
Азотсодержащие
Амидная -NH-C(O)-	Полиамиды	-NH-Rʹ-NH-C(O)-Rʹʹ-C(O)-
Мочевиновая -NH-C(O)-	Полимочевины	-NH-C(O)-NH-(CH2)9-
Уретановая -NH-C(O)-O-	Полиуретаны	-(CH2)6-NH-C(O)-O-(CH2)6-
Серусодержащие
Тиоэфирная	Полисульфиды	Полиэтиленсульфид -S-CH2-CH2-
Сульфоновая –R-SO2-	Полисульфоны	Полиоктэнсульфон -(CH2)8-SO2-

Неорганические гетероцепные полимеры построены из элементов III–VI групп Периодической системы.

 

Примеры:

Поликремневая кислота

 

Элементоорганические гетероцепные полимеры могут иметь основную цепь неорганическую и боковые органические группы (см. табл. 4).

Таблица 4 - Примеры элементоорганических гетероцепных полимеров

Полиорганосилоксаны	– SiR2 –O –
Полиалюмоорганосилоксаны	–SiR2–O–Al(R/)–O–SiR2–
Поликарбосиланы	–SiR2–CR2/–SiR2–
Поликарбосилоксаны	–SiR2–O–CR2/–O–SiR2–

Природа связей между звеньями в макромолекулах.

 

Повторяющиеся звенья в макромолекулах соединены между собой химическими ковалентными и координационными связями. Координационные связи осуществляются в результате донорно-акцепторного взаимодействия. При этом донорами являются атомы, способные отдавать электроны для образования связи (О, N, S, F, Cl), а акцепторами электронов являются металлы всех групп Периодической системы (кроме пятой). Полимеры, звенья которых соединены координационными связями, называются координационными, хелатными или клешневидными. Химические и координационные связи имеют малую длину 0,1-0,2 нм и высокую энергию (табл. 5).

 

Таблица 5 - Значения энергии σ – связей

Связь	Энергия связи, кДж/моль
С–С
С–Si
Si–Si

 

По величине энергия химической связи существенно превышает энергию других типов связей (табл. 6).

 

Таблица 6 - Энергии различных типов связей

Тип связи	Энергия связи,
	кДж/моль
Химическая: ионная	590-1050
ковалентная	До 710
металлическая	110-350
Водородная	До 50
Дисперсионная	До 40
Ориентационная	До 20
Индукционная	До 2

 

Полярность связей

 

Полярность является важной характеристикой полимеров, определяющей их эксплуатационные и диэлектрические свойства, устойчивость к высоким температурам и агрессивным средам. В зависимости от полярности связей полимеры делят на полярные и неполярные. Количественно степень полярности оценивается дипольным моментом (µ), равным произведению заряда (q) на расстояние (r) между зарядами. Дипольный момент макромолекулы равен векторной сумме дипольных моментов полярных групп в цепи.

К полярным относят полимеры, содержащие группы с полярными связями (С–ОН, С–СООН, С–СN, С–СОNH₂, С–Cl). Полярными полимерами являются ПВС, ПАК, ПАН, ПАА, ПВХ. Неполярными полимерами являются ПЭ, ПП, ПС, ПБ.