Полимеры

Определения и обозначения

Полимер — вещество, состоящее из очень больших молекул, построенных из повторяющихся звеньев. Проще говоря, это длинная молекулярная цепь, в которой похожие части идут одна за другой. Это понятие нужно, чтобы объединять разные материалы с похожим строением.

Макромолекула — одна очень крупная молекула полимера. Она состоит из множества одинаковых или закономерно чередующихся повторяющихся частей, соединённых между собой. Макромолекула помогает понять, почему маленькие части вещества образуют целый материал.

Мономер — небольшая молекула, из которой при соединении с такими же или другими молекулами образуется полимер. Мономер можно представить как одно звено будущей цепи. Знание этого термина помогает объяснить, из каких исходных частиц получают полимер.

Пластмасса — материал на основе полимеров. Кроме самого полимера, в пластмассу могут входить красители, наполнители и вещества, которые делают её более гибкой или прочной. Поэтому пластмасса — не обязательно чистое вещество одного вида.

Как это устроено

Множество небольших молекул-мономеров может соединиться в длинную цепь. При этом между мономерами образуются связи, и отдельные части уже нельзя рассматривать как прежние независимые молекулы. Так возникает одна макромолекула, а множество макромолекул образует полимерное вещество.

Повторяющиеся звенья задают длину и форму цепи, а значит, влияют на строение полимера. Если цепи прямые, разветвлённые или связаны между собой, материал ведёт себя по-разному. Разные мономеры дают разные звенья, поэтому из них получаются разные полимеры.

Природные полимеры образуются в живых организмах или природных процессах. Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, а белки построены из повторяющихся частей и выполняют важные функции в организме. Искусственные и синтетические полимеры получают с участием человека из подготовленного сырья.

Строение цепей связано со свойствами материала. Если цепи легко смещаются, полимер может быть гибким, а если они прочно удерживают друг друга, материал становится прочнее. Особенности цепей и добавки позволяют получать водостойкие, лёгкие или устойчивые к износу материалы.

Полимеры окружают нас дома и в природе. Пластмассы используют для упаковки и посуды, резину — для шин и подошв, волокна — для одежды и верёвок, а природные полимеры встречаются в древесине, хлопке и организмах. Выбор изделия зависит от того, какое свойство требуется: гибкость, прочность, лёгкость или защита от воды.

Полимеры вокруг нас

Сначала найдите в таблице происхождение материала, а затем сравните его строение и свойства. Так можно увидеть, почему природные и синтетические полимеры применяют в разных областях.

Разбор задач

Задача 1

Ученик видит на упаковке надпись «полиэтилен». Нужно определить, относится ли этот материал к полимерам, и назвать признак. Одного названия недостаточно: проверять следует строение вещества.

1. Вспомним признак полимера: его молекулы являются макромолекулами.
2. Макромолекула полиэтилена построена из множества повторяющихся звеньев, соединённых в цепь.
3. Значит, материал соответствует определению полимера.

Ответ: полиэтилен — полимер, потому что его макромолекулы состоят из множества повторяющихся звеньев.

Задача 2

Нужно сравнить целлюлозу и полиэтилен и определить их происхождение. Для этого сопоставим каждый пример с тем, где и как он образуется.

1. Целлюлоза образуется в растениях и входит в состав древесины и хлопка.
2. Полиэтилен получают человеком химическим соединением исходных молекул.
3. Следовательно, целлюлоза относится к природным, а полиэтилен — к синтетическим полимерам.

Ответ: целлюлоза — природный полимер, полиэтилен — синтетический.

Задача 3

Для лёгкой водонепроницаемой упаковки нужно выбрать бумагу, полиэтилен или хлопчатобумажную ткань. Сравним сначала требуемые свойства, а затем свойства каждого материала.

1. Упаковка должна мало весить и не пропускать воду.
2. Полиэтилен лёгкий и водостойкий, поэтому лучше соответствует обоим условиям.
3. Бумага и хлопчатобумажная ткань могут впитывать воду, если их специально не обработать.

Ответ: подходит полиэтилен, потому что он лёгкий и устойчивый к воде.

Типичные ошибки

Ошибка — считать мономер и полимер одним и тем же. Так думают, потому что оба связаны с одной цепью, но мономер является небольшой исходной молекулой, а полимер содержит много звеньев. Проверьте себя вопросом: «Это одно звено или вся длинная цепь?»

Нельзя называть любое большое скопление вещества макромолекулой. Макромолекула — отдельная крупная молекула, а кусок пластмассы или резины состоит из множества молекул. Чтобы не ошибиться, различайте одну молекулу и видимый образец материала.

Ошибка — считать все полимеры искусственными. Такое представление возникает из-за частых примеров вроде пакетов и пластмассовых деталей, но целлюлоза и белки существуют в природе. Проверка проста: выясните, образуется вещество в организме или производится человеком.

Пластмассу иногда принимают за чистый полимер одного вида. На самом деле в ней могут быть добавки, изменяющие цвет, гибкость, прочность или другие свойства. Спросите себя, говорится ли о веществе или о готовом материале для изделия.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что вещества состоят из частиц, а молекулы могут соединяться в более сложные структуры. Это помогает представить мономеры как исходные части, из которых образуются макромолекулы.

Знания о полимерах пригодятся при изучении материалов и их свойств, химических превращений и переработки отходов. Понимание происхождения и свойств полимеров помогает бережнее относиться к природе и выбирать способы утилизации изделий.

Что запомнить

• Полимер состоит из очень больших молекул — макромолекул.
• Макромолекула построена из повторяющихся звеньев.
• Мономеры могут соединяться, образуя полимер.
• Полимеры бывают природными и полученными человеком.
• Строение полимера связано со свойствами материала.
• Полимеры используют в природе, быту и промышленности.