Շատերին հետաքրքրում է այն հարցը, թե ինչ կառուցվածք ունեն պոլիմերները: Դրա պատասխանը կտրվի այս հոդվածում։ Պոլիմերային հատկությունները (այսուհետ՝ P) սովորաբար բաժանվում են մի քանի դասերի՝ կախված գույքի որոշման մասշտաբից, ինչպես նաև դրա ֆիզիկական հիմքից։ Այս նյութերի ամենահիմնական որակը նրանց բաղկացուցիչ մոնոմերների նույնությունն է (M): Հատկությունների երկրորդ խումբը, որը հայտնի է որպես միկրոկառուցվածք, ըստ էության նշանակում է այս M-երի դասավորությունը P-ում մեկ Z մասշտաբով: Այս հիմնական կառուցվածքային բնութագրերը մեծ դեր են խաղում այս նյութերի հիմնական ֆիզիկական հատկությունների որոշման գործում, որոնք ցույց են տալիս, թե ինչպես է P-ն իրեն պահում մակրոսկոպիկ նյութ։ Քիմիական հատկությունները նանոմաշտաբում նկարագրում են, թե ինչպես են շղթաները փոխազդում տարբեր ֆիզիկական ուժերի միջոցով: Մակրո մասշտաբով նրանք ցույց են տալիս, թե ինչպես է հիմնական P-ն փոխազդում այլ քիմիական նյութերի և լուծիչների հետ:
Ինքնություն
Պ-ը կազմող կրկնվող հղումների ինքնությունը նրա առաջին ևամենակարեւոր հատկանիշը. Այս նյութերի անվանակարգը սովորաբար հիմնված է մոնոմերի մնացորդների տեսակի վրա, որոնք կազմում են P-ը: Պոլիմերները, որոնք պարունակում են միայն մեկ տեսակի կրկնվող միավոր, հայտնի են որպես homo-P: Միևնույն ժամանակ, երկու կամ ավելի տեսակի կրկնվող միավորներ պարունակող P-ները հայտնի են որպես համապոլիմերներ։ Տերպոլիմերները պարունակում են երեք տեսակի կրկնվող միավորներ։
Օրինակ,
Պոլիստիրոլը բաղկացած է միայն ստիրոլի M մնացորդներից և, հետևաբար, դասակարգվում է որպես Homo-P: Մյուս կողմից, էթիլեն վինիլացետատը պարունակում է մեկից ավելի տեսակի կրկնվող միավոր և, հետևաբար, համապոլիմեր է: Որոշ կենսաբանական P-ներ կազմված են բազմաթիվ տարբեր, բայց կառուցվածքով կապված մոնոմերային մնացորդներից. Օրինակ՝ պոլինուկլեոտիդները, ինչպիսին է ԴՆԹ-ն, կազմված են չորս տեսակի նուկլեոտիդային ենթամիավորներից։
Իոնացվող ենթամիավորներ պարունակող պոլիմերային մոլեկուլը հայտնի է որպես պոլիէլեկտրոլիտ կամ իոնոմեր:
Միկրոկառուցվածք
Պոլիմերի միկրոկառուցվածքը (երբեմն կոչվում է կոնֆիգուրացիա) կապված է հիմնական շղթայի երկայնքով M մնացորդների ֆիզիկական դասավորության հետ: Սրանք P կառուցվածքի տարրեր են, որոնք փոխելու համար պահանջում են կովալենտային կապի խզում։ Կառուցվածքը մեծ ազդեցություն ունի P-ի այլ հատկությունների վրա: Օրինակ, բնական կաուչուկի երկու նմուշները կարող են տարբեր ամրություն ցույց տալ, նույնիսկ եթե դրանց մոլեկուլները պարունակում են նույն մոնոմերները:
Պոլիմերների կառուցվածքը և հատկությունները
Այս կետը չափազանց կարևոր է հստակեցնելու համար: Պոլիմերային կառուցվածքի կարևոր միկրոկառուցվածքային առանձնահատկությունը նրա ճարտարապետությունն ու ձևն է, որոնք կապված են ինչպեսճյուղային կետերը հանգեցնում են պարզ գծային շղթայից շեղման: Այս նյութի ճյուղավորված մոլեկուլը բաղկացած է հիմնական շղթայից՝ մեկ կամ մի քանի կողային շղթաներով կամ փոխարինող ճյուղերով։ Ճյուղավորված P-ների տեսակներն են աստղային P-ները, սանր P-ները, խոզանակ P-ները, dendronized P-ները, ladder P-ները և dendrimers-ը։ Կան նաև երկչափ պոլիմերներ, որոնք բաղկացած են տոպոլոգիապես հարթ կրկնվող միավորներից։ Մի շարք տեխնիկա կարող է օգտագործվել P-նյութը սինթեզելու համար տարբեր սարքերի տեսակների հետ, օրինակ՝ կենդանի պոլիմերացում:
Այլ որակներ
Պոլիմերների բաղադրությունը և կառուցվածքը պոլիմերային գիտության մեջ կապված է այն բանի հետ, թե ինչպես է ճյուղավորումը հանգեցնում խիստ գծային P-շղթայից շեղման: Ճյուղավորումը կարող է պատահականորեն առաջանալ, կամ ռեակցիաները կարող են նախագծված լինել հատուկ ճարտարապետություններ թիրախավորելու համար: Սա կարևոր միկրոկառուցվածքային հատկանիշ է: Պոլիմերի ճարտարապետությունը ազդում է նրա ֆիզիկական հատկություններից շատերի վրա, ներառյալ լուծույթի և հալման մածուցիկությունը, լուծելիությունը տարբեր կոմպոզիցիաներում, ապակու անցման ջերմաստիճանը և լուծույթում առանձին P-կծիկների չափը: Սա կարևոր է պարունակվող բաղադրիչները և պոլիմերների կառուցվածքը ուսումնասիրելու համար։
մասնաճյուղ
Ճյուղերը կարող են ձևավորվել, երբ պոլիմերային մոլեկուլի աճող ծայրը միանում է կա՛մ (ա) ետ իրեն, կա՛մ (բ) մեկ այլ P-շղթա, որոնք երկուսն էլ, ջրածնի հեռացման միջոցով, կարող են ստեղծել աճի գոտի միջին մասի համար: շղթա.
ճյուղավորման էֆեկտ - քիմիական խաչաձև կապում -շղթաների միջև կովալենտային կապերի ձևավորում. Crosslinking-ը հակված է բարձրացնել Tg-ն և բարձրացնել ուժն ու ամրությունը: Ի թիվս այլ օգտագործման, այս գործընթացը օգտագործվում է կաուչուկների ամրացման համար, որը հայտնի է որպես վուլկանացում, որը հիմնված է ծծմբի խաչմերուկի վրա: Ավտոմեքենաների անվադողերը, օրինակ, ունեն բարձր ամրություն և խաչաձև կապ՝ օդի արտահոսքը նվազեցնելու և դրանց ամրությունը մեծացնելու համար: Մյուս կողմից, ռետինը խաչաձեւ կապակցված չէ, ինչը թույլ է տալիս ռետինին թեփոտել և կանխել թղթի վնասումը: Մաքուր ծծմբի պոլիմերացումը բարձր ջերմաստիճաններում նաև բացատրում է, թե ինչու է այն ավելի մածուցիկ դառնում հալված վիճակում բարձր ջերմաստիճաններում:
Ցանց
Խիստ խաչաձեւ կապակցված պոլիմերային մոլեկուլը կոչվում է P-ցանց: Բավականաչափ բարձր խաչաձև կապի և շղթայի հարաբերակցությունը (C) կարող է հանգեցնել այսպես կոչված անսահման ցանցի կամ գելի ձևավորմանը, որտեղ յուրաքանչյուր այդպիսի ճյուղ կապված է առնվազն մեկ այլ ճյուղի հետ:
Կենդանի պոլիմերացման շարունակական զարգացման հետ մեկտեղ ավելի հեշտ է դառնում այս նյութերի սինթեզը կոնկրետ ճարտարապետությամբ: Հնարավոր են այնպիսի ճարտարապետություններ, ինչպիսիք են աստղը, սանրը, վրձինը, դենդրոնիզացվածը, դենդրիմերները և օղակային պոլիմերները: Բարդ ճարտարապետությամբ այս քիմիական միացությունները կարող են սինթեզվել կա՛մ հատուկ ընտրված մեկնարկային միացությունների միջոցով, կա՛մ նախ՝ սինթեզելով գծային շղթաներ, որոնք ենթարկվում են հետագա ռեակցիաների՝ միմյանց հետ կապվելու համար: Հանգույց P-ները բաղկացած են բազմաթիվ ներմոլեկուլային ցիկլացումիցհղումներ մեկ P-շղթայի (PC):
մասնաճյուղ
Ընդհանուր առմամբ, որքան բարձր է ճյուղավորման աստիճանը, այնքան ավելի կոմպակտ է պոլիմերային շղթան: Նրանք նաև ազդում են շղթայի խճճվածության վրա, միմյանց կողքով սահելու ունակության վրա, որն իր հերթին ազդում է հիմնական ֆիզիկական հատկությունների վրա: Երկար շղթայական շտամները կարող են բարելավել պոլիմերային ուժը, ամրությունը և ապակու անցման ջերմաստիճանը (Tg)՝ միացության մեջ կապերի քանակի ավելացման պատճառով: Մյուս կողմից, Z-ի պատահական և կարճ արժեքը կարող է նվազեցնել նյութի ուժը շղթաների՝ միմյանց հետ փոխազդելու կամ բյուրեղանալու ունակության խախտման պատճառով, ինչը պայմանավորված է պոլիմերային մոլեկուլների կառուցվածքով։
Ֆիզիկական հատկությունների վրա ճյուղավորման ազդեցության օրինակ կարելի է գտնել պոլիէթիլենում: Բարձր խտության պոլիէթիլենը (HDPE) ունի ճյուղավորման շատ ցածր աստիճան, համեմատաբար կոշտ է և օգտագործվում է, օրինակ, զրահաբաճկոնների արտադրության մեջ։ Մյուս կողմից, ցածր խտության պոլիէթիլենը (LDPE) ունի զգալի քանակությամբ երկար և կարճ թելեր, համեմատաբար ճկուն է և օգտագործվում է այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են պլաստիկ թաղանթները: Պոլիմերների քիմիական կառուցվածքը նպաստում է հենց այդպիսի կիրառություններին:
Դենդրիմեր
Դենդրիմերները ճյուղավորված պոլիմերի հատուկ դեպք են, որտեղ յուրաքանչյուր մոնոմեր միավոր նույնպես ճյուղավորվող կետ է: Սա ձգտում է նվազեցնել միջմոլեկուլային շղթայի խճճվածությունը և բյուրեղացումը: Հարակից ճարտարապետությունը՝ դենդրիտային պոլիմերը, կատարյալ ճյուղավորված չէ, բայց ունի դենդրիմերների նման հատկություններնրանց ճյուղավորման բարձր աստիճանի պատճառով։
Կառուցվածքային բարդության աստիճանը, որը տեղի է ունենում պոլիմերացման ժամանակ, կարող է կախված լինել օգտագործվող մոնոմերների ֆունկցիոնալությունից: Օրինակ՝ ստիրոլի ազատ ռադիկալների պոլիմերացման ժամանակ դիվինիլբենզոլի ավելացումը, որն ունի 2 ֆունկցիոնալություն, կհանգեցնի ճյուղավորված P-ի առաջացմանը։
Ինժեներական պոլիմերներ
Ինժեներական պոլիմերները ներառում են բնական նյութեր, ինչպիսիք են ռետինը, սինթետիկները, պլաստմասսա և էլաստոմերները: Դրանք շատ օգտակար հումք են, քանի որ դրանց կառուցվածքը կարող է փոխվել և հարմարեցվել նյութեր արտադրելու համար:
- մի շարք մեխանիկական հատկություններով;
- գույների լայն տեսականիով;
- տարբեր թափանցիկ հատկություններով:
Պոլիմերների մոլեկուլային կառուցվածքը
Պոլիմերը կազմված է բազմաթիվ պարզ մոլեկուլներից, որոնք կրկնում են կառուցվածքային միավորները, որոնք կոչվում են մոնոմեր (M): Այս նյութի մեկ մոլեկուլը կարող է բաղկացած լինել հարյուրից միլիոնավոր M-ից և ունենալ գծային, ճյուղավորված կամ ցանցային կառուցվածք։ Կովալենտային կապերը միասին պահում են ատոմները, իսկ երկրորդական կապերը, այնուհետև պահում են պոլիմերային շղթաների խմբերը, որպեսզի ձևավորեն բազմանյութը: Համապոլիմերներն այս նյութի տեսակներն են, որոնք բաղկացած են երկու կամ ավելի տարբեր տեսակի M.
Պոլիմերը օրգանական նյութ է, և ցանկացած տեսակի նյութի հիմքը ածխածնի ատոմների շղթան է: Ածխածնի ատոմն ունի չորս էլեկտրոն իր արտաքին թաղանթում: Այս վալենտային էլեկտրոններից յուրաքանչյուրը կարող է ձևավորել կովալենտկապ մեկ այլ ածխածնի ատոմի կամ օտար ատոմի հետ։ Պոլիմերի կառուցվածքը հասկանալու բանալին այն է, որ երկու ածխածնի ատոմները կարող են ունենալ մինչև երեք ընդհանուր կապ և դեռևս կապվել այլ ատոմների հետ: Այս քիմիական միացության մեջ առավել հաճախ հանդիպող տարրերը և դրանց վալենտային թվերն են՝ H, F, Cl, Bf և I 1 վալենտային էլեկտրոնով; O և S 2 վալենտային էլեկտրոններով; n 3 վալենտային էլեկտրոններով և C և Si 4 վալենտային էլեկտրոններով։
Պոլիէթիլենի օրինակ
Մոլեկուլների երկար շղթաներ ձևավորելու ունակությունը կենսական նշանակություն ունի պոլիմեր պատրաստելու համար: Դիտարկենք պոլիէթիլեն նյութը, որը պատրաստված է էթան գազից՝ C2H6: Էթանի գազը շղթայում ունի երկու ածխածնի ատոմ, և յուրաքանչյուրն ունի երկու վալենտային էլեկտրոն մյուսի հետ: Եթե երկու էթանի մոլեկուլները միացված են միմյանց, ապա յուրաքանչյուր մոլեկուլում ածխածնի կապերից մեկը կարող է կոտրվել, և երկու մոլեկուլները կարող են միանալ ածխածին-ածխածին կապով: Երկու մետրի միացումից հետո ևս երկու ազատ վալենտային էլեկտրոն մնում է շղթայի յուրաքանչյուր ծայրում՝ մյուս մետրերը կամ P-շղթաները միացնելու համար: Գործընթացը կարող է շարունակել միացնել ավելի շատ մետրեր և պոլիմերներ, մինչև այն դադարեցվի մեկ այլ քիմիական նյութի (տերմինատորի) ավելացմամբ, որը լրացնում է հասանելի կապը մոլեկուլի յուրաքանչյուր ծայրում: Սա կոչվում է գծային պոլիմեր և հանդիսանում է ջերմապլաստիկ միացությունների շինանյութ:
Պոլիմերային շղթան հաճախ ցուցադրվում է երկու չափսերով, սակայն պետք է նշել, որ դրանք ունեն եռաչափ պոլիմերային կառուցվածք։ Յուրաքանչյուր օղակ գտնվում է դեպի 109° անկյան տակհաջորդը, և, հետևաբար, ածխածնային ողնաշարը անցնում է տարածության միջով, ինչպես TinkerToys-ի ոլորված շղթան: Լարման կիրառման դեպքում այս շղթաները ձգվում են, և P երկարացումը կարող է հազարավոր անգամ ավելի մեծ լինել, քան բյուրեղային կառուցվածքներում։ Սրանք պոլիմերների կառուցվածքային առանձնահատկություններն են։
