Реферат: Высокомолекулярные соединения и поверхностно активные вещества
Химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов). В состав молекул В. с. (макромолекул)входят тысячи атомов, соединенных химическими связями.
Классификация. По происхождению В. с. делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), и синтетические (напр., полиэтилен, феноло-алъдегидные смолы). В зависимости от расположения в макромолекуле атомов и атомных групп различают: 1) линейные В.С., макромолекулы к-рых представляют собой открытую, линейную, цепь (напр., каучук натуральный) или вытянутую в линию последовательность циклов (напр., целлюлоза); 2)разветвленные В.С., макромолекулы к-рых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (напр., амилопектин); З) сетчатые В.с. - трехмерные сетки, образованные отрезками ВС, цепного строения (напр., отвержденные фенол-альдегидные смолы.
Полимеры, макромолекулы к-рых состоят из одинаковых стереоиэомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепивопределенной периодичности, наз. стереорегулярными. Полимеры, в к-рых каждый или нек-рые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, наз. стереоблоксополимеры.
По хим. составу макромолекулы различают гомополимеры (полимер образован из одного мономера, напр. полиэтилен) исополимеры (полимер образован, по меньшей мере, из двух разл. мономеров). В.С., состоящие из одинаковых мономерных звеньев, но различающиеся по мол, массе, наз. полимергомологами.
Сополимеры в зависимости от характера распределения разл. звеньев в макромолекуле делят на регулярные и нерегулярные. В регулярных макромолекулах наблюдается определенная периодичность распределения. Для нерегулярных сополимеров характерно случайное, или статистическое распределение звеньев; оно наблюдается у мн. синтетич. сополимеров. В белках нерегулярные последовательности звеньев задаются генетич. кодом. Сополимеры, в к-рых достаточно длинные непрерывные последовательности, образованные каждым из звеньев, сменяют друг друга в пределах макромолекулы, наз. блоксополимерами. Последние наз. регулярными, если длины блоков и их чередование подчиняются определенной периодичности. При уменьшении длины блоков различие между блоксополимерами и статистич. сополимерами постепенно утрачивается. К внугр. (неконцевым) звеньям макромолекулярной цепи одного хим. состава или строения м. б. присоединены одна или неск. цепей другого состава или строения; такие сополимеры наз. привитыми.
В зависимости от состава основной (главной) цепи макромолекулы все ВС, делят на два больших класса: гомоцепные, основные цепи к-рых построены из одинаковых атомов, и гетероцепные, в основной цепи к-рых содержатся атомы разных элементов, чаще всего С, N, Si, P. Среди гомоцепных В. с. наиб. распространены карбоцепные (главные цепи состоят только из атомов углерода), напр. полиэтилен, полиметилметакрилат, и др. Примеры гетероцепных В. С.- полиэфиры, полиамиды, кремнийорганические полимеры, белки, целлюлоза. В. С., в макромолекулы к-рых наряду с углеводородными группами входят атомы неорганогенных элементов, наз., элементоорганическими. В полимерах, содержащих атомы металла (напр., Zn, Mg, Cu), обычные ковалентные связи могут сочетаться с координационными.
В зависимости от формы макромолекулы В. с. делят на глобулярные и фибриллярные. У фибриллярных В. С. молекулы представляют собой линейные или слаборазветвленные цепи. Фибриллярные В. с. легко образуют надмолекулярные структуры в виде асимметричных пачек молекул — фибрилл. Глобулярными паз. В. С., макромолекулы к-рых имеют форму компактных шарообразных клубков — глобул, возможно также образование глобул из фибриллярных.
Свойства и важнейшие характеристики.
В. с. обладают специфич. комплексом физико-химич. и механич. свойств. Важнейшие из этих свойств: 1) способность образовывать высокопрочные анизотропные высоко- ориентированные волокна и пленки; 2) способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; З) способность в высокоэластич. состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость р-ров. Этот комплекс свойств обусловлен высокой мол. массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекули наиболее полно выражен у линейных В. с. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится все менее выраженным. Сильно сшитые В. С. нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластич. деформациям.
В. с. могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации — регулярность достаточно длинных участков макромолекулярной цепи. В кристаллич. полимерах возможно возникновение разнообразных кристаллич. форм (фибрилл, сферолитов, монокристаллов и др.), тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Незакристаллизированные полимеры могут находиться в трех физич. состояниях: стеклообразном, высокоэластич. и вязкотекучем. В. С. с низкой (ниже комнатной) темп-рой перехода из стеклообразного з высокоэластич. состояние наз. эластомерами, с высокой— пластиками. Свойства отдельных В. С. определяются химич. составом, строением и взаимным расположением макромолекул (надмолекулярной структурой) в конденсирозанной фазе. В зависимости от этих факторов свойства В. с. могут меняться в очень широких пределах. Большие различия в свойствах В. с. могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.
В. с. могут вступать в основном в след. реакции:
1)образование хнмич. связей между макромолекулами (т. и. сшивание); 2) распад макромолекулярных цепей на отдельные, более короткие фрагменты (см. деструкция);З) реакции боковых функциональных групп В. С. с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь и приводящие к образованию полимераналогов; 4)внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, напр. внутримолекулярная циклизации.
Некоторые свойства В. с напр. растворимость, способность к вязкому тёчению, стабильность и др., очень чувствительны к действию небольших количеств примесей ил и добавок. реагирующих с макромолекулами.
Важнейшие характеристики В. с.— химич. состав, мол. масса и молекулярно—массовое распределение, степень разветвленности макромолекулярных цепей, стереорегулярность и др.
Получение.
Природные В. с. образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов, могут быть выделены из растительного и животного сырья. Неорганические природные В. с. образуются в результате геохимических процессов, происходящих в земной коре. Синтетические В. с. получают путем реакций полимеризации и поликонденсации. Карбоцепные В. с. обычно получают полимеризацией мономеров с одной или несколькими кратными углерод — углеродными связями или мономеров, содержащих неустойчивые карбоциклические группировки. Гетероциклические В.С. получают в результате реакций поликонденсации, а также полимеризации мономеров, содержащих кратные связи углерод — элемент (напр. С—О, С—N, N—С—О) или же непрочные гетероциклич. группировки.
Применение.
Благодаря механической прочности, эластичности, электроизоляционным и др. ценным свойствам В.С. применяют в различных отраслях промышленности и в быту. Основные типы полимерных материалов — резины, волокна, пластмассы, пленки, лаки, эмали, краски и клеи. Биологическое значение В. С. определяется тем, что они составляют основу всех живых организмов и участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности.
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Введение
Поверхностно-активные вещества — вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела двух фаз (тел) и образующие на ней слой повышенной концентрации. Однако в понятие «поверхностно-активные вещества» (ПАВ) обычно вкладывают более узкий смысл, относя его лишь к группе органических соединений, адсорбция к-рых из их р-ров даже очень малой концентрации приводит к резкому снижению поверхностного (межфазного) натяжения на поверхности раздела р-ра с газом (паром), др. жидкостью или твердым телом. [Термин «поверхностное натяжение» принято употреблять по отношению к поверхности раздела конденсированной фазы с газом, а термин «межфазное натяжение» — по отношению к поверхности раздела двух конденсироваиньтх фаз]
Накопление и ориентация в адсорбционном слое молекул или ионов ПАВ — следствие их дифильности (двойственности свойств). Каждая молекула типичных ПАВ имеет олеофильную, или липофильную, часть (один или несколько углеводородвых радикалов) и гидрофильную часть (одну или несколько полярных групп). Т.е. поверхностная активность ПАВ, растворенных в углеводородных жидкостях, обусловлена гидрофильными группами, а растворенных в воде — олеофильными (гидрофобными) радикалами.
Классификация.
По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ионогенные, и неионные, или неионогенные.
Ионогенные ПАВ диссоциируют в р-ре на иовы, одни из к-рых обладают адсорбционной активностью, другие (противоионы) — адсорбционно це активны. Если адсорбцвонно активны анионы, ПАВ наз. анионными, или анионоактивными, в противоположном случае — катионными, или катионоактпвными.
Нек-рые ПАВ содержат как кислотные, так и основные группы; такие ПАВ обладают амфотерными свойствами, Их наз. амфотерными, или анфолитными, ПАВ.
Неионогенные ПАВ не диссоциируют при растворении на ноны; носителями гидрофильности в них обычно яаляются гидроксильные группы и полигликолевые цепи различяой длины.
Существуют также ПАВ, в к-рых нарялу с неионогенными гидрофильными атомными группами присутствуют ионогенные.
В отдельный класс выделяют фторуглеродные ПАВ — соединения с полным или частичным замещением атомов водорода в гидрофобных радикалах на атомы фтора. Кр. того, как отдельную группу следует рассматривать высокомолекулярные ПАВ — адсорбционно активные водорастворимые полимеры ионогенного (полиэлектролиты) и неионогенного типов.
Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем, образуеных ими при взаимодействии с растворителем. К одной категории относятся мицеллообразующие (полуколлоидные, мылоподобные) ПАВ, к другой — не образующие мицелл. ПАВ первой категории в р-ре выше нек-рой (определенной для каждого вещества) «критической» концентрации образуют мицеллы,т. е. молекулярные или ионные ассоциаты с числом молекул (ионов) от нескольких десятков до нескольких сотен. Ниже критической концентрации мицеллообразования (ККМ) вещество находится в истинно растворенном состоянии, а выше ККМ — как в истинно растворенном, так и в мицеллярном.
Мицеллы ПАВ находятся в обратимом термодинамич. равновесии с молекулами; при разбавлении р-ра они распадаются, а при увеличении концентрации вновь возникают. Обычно такие р-ры обладают моющей способностью. ПАП второй категории не образуют мицелл ни в р-рах, ни в адсорбционных слоях. При любой концентрации они находятся в истинно растворенном состоянии.
Молекулярное строение и получение
Ионогенные ПАВ. Анионоактивные вещества составляют большую часть мирового производства ПАВ. Промышленные ПАВ этого типа можно разделить на след. основные группы: карбоновые к-ты и их соли (мыла), алкилсульфаты (сульфоэфиры), алкилсульфонаты и алкиларилсульфонаты, прочие продукты.
В производстве мыл и многих ионо и неионогенных мылоподобных ПАВ используют карбоновые к-ты, получаемые гидролизом из растительных и животных жиров, и синтетические жирные к-ты. Промышленное значение имеют также смоляные и жирные к-ты таллового масла — побочного продукта целлюлозного производства — смоляные к-ты канифоли, среди которых преобладает абиетиновая.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--