Какво е полимеризационна реакция? Реакция на полимеризация: уравнение и примери

Дълго време хората се опитваха да разберат всички невероятни възможности, предлагани от химическата наука. Въпреки това, по-голямата част от много важните от техническа гледна точка реакции просто не могат да бъдат извършени поради липсата на необходимото оборудване, а просто още не е изградена.

Времето мина човешки мозък издават нови решения на проблема. Появиха се най-невероятните устройства, технически средства, които позволяват на химията да навлезе в нова ера, времето на продуктите, изработени от полимерни материали, които ни дава реакцията на полимеризация. Примери за такива предмети са изключително много: от канализационни тръби до дребни домакински консумативи (пластмасови торби, чинии, играчки, опаковки и др.).

История на откриването

До XIX век никой не е чувал за такива взаимодействия. Това се дължи на факта, че самите вещества, които могат да полимеризират, са неизвестни. До средата на този век обаче бяха получени:

• метакрилова киселина;
• изопрен;
• винилхлорид;
• стирен и др.

Стана ясно кои свойства могат да притежават тези съединения. Появиха се първите опити да се докаже емпирично, че някое от горепосочените вещества в реакцията на полимеризация навлиза много с готовност и се формира с тези ценни и необичайни продукти.

Оттогава тези процеси започнаха да се провеждат в голям мащаб, но тяхната същност все още не беше ясна. Учените са успели да хвърлят светлина върху загадката как се провежда реакцията на полимеризация.

Приносът на учените за развитието на знания за полимерите

Да назовем най-големите имена в историята на полимерните изследвания.

1. К. Циглер е германски химик, който е допринесъл огромно за развитието на познанията за полимерите, органометалните съединения, механизмите на реакционните процеси. Той става носител на най-известната награда в областта на науката.
2. G. Staudinger - немски учен, практикуващ химик. Той посочи естеството на химическите връзки в полимерите, откри една от реакциите, наречена на него.
3. Б. В. Бизов е местен учен. Първата разработи техника за синтез на каучук от нефтопродукти.
4. С. В. Лебедев - руски учен, химик-синтетика. Първото организирано училище за изучаване на органични съединения. Работейки в екип с колегите си, разработих метод за получаване на каучук в индустриален мащаб.

Какво е полимеризационна реакция, на какво се основава и как се провежда? Всички тези велики химици са изучавали и детайлизирали това. Оттогава, т.е. от 20-ти век, синтезите на полимерни съединения станаха широко разпространени и започнаха нова ера в развитието и развитието.

Реакция на полимеризация: обща концепция

Ако дадем обща характеристика на тези взаимодействия, то на първо място трябва да се отбележи способността на не всички съединения да влязат в такива синтези. От неорганични съединения реакцията на полимеризация е характерна за следните вещества:

• сяра от пластмаса;
• черен и червен фосфор;
• поликумулин и карбин;
• полифосфати;
• селен и телур със специална верижна структура;
• силициева киселина и неговия оксид;
• много естествени мрежови полимери, които съставляват кората.

Самите тези съединения са полимерни структури. Ако говорим директно за самите реакции, в резултат на което се получават продуктите на полимерната структура, тук първоначалните вещества са тези органични съединения, в структурата на които има поне една кратна връзка. Няма значение, двойни, тройни или две двойни и така нататък.

По този начин, вещество, уязвимо към многократна връзка, влиза в реакцията на полимеризация. Именно тази функция прави връзките бързо разрушаващи оригиналната структура и се трансформират в напълно нови комбинации. Изходни молекули от органични съединения може да бъде:

• алкени;
• алкини;
• алкадиени;
• алдехиди;
• халокарбони с множествена връзка;
• бензенови производни;
• кетони.

Всяка година има нови открития в тази област, а реакцията на полимеризация става възможна между огромен брой вещества.

Какво, по своята природа, са такива взаимодействия? Процесът се свежда до уплътняването на молекулата и до образуването на множество допълнителни въглеродни връзки между частиците. С други думи, реакцията на полимеризация е комбинация от по-прости изходни единици, наречени мономерни единици, в сложна макроструктура - полимер.

Всички по-горе органични и неорганични вещества - това са само мономери, които в резултат на взаимодействие под въздействието на определени условия се превръщат в полимерни, големи и дълги вериги. Молекулно тегло продуктът може да бъде наистина огромен, достигайки няколко десетки и стотици хиляди единици.

От описаните примери е очевидно, че реакцията на полимеризация на алкани е невъзможна, тъй като природата на тези въглеводороди не нарушава скъсването на свръзката и консолидацията на структурата.

Полимерни примери

Може да се разбере колко важни и значими са тези взаимодействия в природата и в човешкия живот, ако могат да се дадат примери за продукти, които дава реакцията на полимеризация. Те включват вещества като:

• нуклеинови киселини;
• протеини;
• полизахариди;
• каучуци;
• каучук;
• стъкло;
• керамика;
• влакна;
• пластмаси и много други.

Става ясно защо реакцията на полимеризация е толкова важна. Примерите ясно показват, че без него съществуването на самия живот е невъзможно. И ако говорим за комфорта, който обгражда човек, той би бил лишен от много неща без полимерни материали.

Класификация на реакцията

Разпределението на въпросните реакции в групи може да се основава на различни знаци. Помислете за класификацията на някои от тях.

По естеството на мономерните единици реакцията на полимеризация може да бъде два вида:

1. Хомополимеризация, когато същите начални единици, мономери, участват в синтеза. По този начин се произвеждат поливинилхлорид, полиетилен с различни налягания, полипропиленови материали.
2. Съполимеризацията се основава на използването на различни мономерни структури. Така се синтезират някои видове каучуци, каучук.

От вида на началото на реакцията, т.е. нейното иницииране, се открояват:

• photopolymerization;
• термичен;
• под действието на радиация.

За характеристиките на технологичния процес могат да се различат стереорегуларните реакции, както и тези, които се провеждат само при високо налягане.

Механизъм на потока

Същността на случващото се по време на процесите на превръщане на мономерите в полимери е доста сложна. Ще се опитаме да опишем основните моменти и етапи.

1. Първо, образуването на силно реактивни частици - радикали. Образуването им се дължи на специални катализатори - инициатори на процеса (водороден пероксид, органични хидропероксиди и т.н.).
2. Тогава радикалите са обвързани в точката на прекъсване на двойната връзка и започва растежа на цялата верига.
3. Крайният етап е прекъсването на структурата поради компенсирането на всички валенции на елементите в съединенията. Често, за да се контролират получените продукти, изкуствено се прави отворена верига. Така че можете да получите допълнителни вещества с ниско молекулно тегло, по-чист полимер.

Ето защо реакцията на полимеризация е характерна за съединения с многократни връзки.

Полимеризация на ненаситени въглеводороди

Тези съединения включват:

• алкени - двойна връзка;
• алкин - тройна връзка;
• алкадиени - два двойни;
• техните халогенни производни.

В зависимост от вида на продукта, който искате да получите, изберете оригиналния мономер. Първите и най-успешни бяха синтеза на каучуци и полиетилен. Съвременните хора използват пакети като контейнери за боклук, опаковъчни материали, филми за оранжерии и в много други области. Въпреки това, те дори не мислят за това как се получава тази невероятна субстанция и защо тя може да бъде толкова различна. Оказва се, че се основава на реакцията на полимеризация на етилена. Това означава, че първоначалният мономер е алкенов въглеводород, състоящ се от два въглеродни атома. Неговата емпирична (молекулна) формула е С2Н4. Именно той влиза в процеса на хомополимеризация с образуването на съответния продукт - полиетилен с различно качество.

Уравнението на реакцията изглежда така:

п (СН2 = СН2) → (-СН2-СН2-) _п , където

n е степента на полимеризация на мономера, посочващ броя на началните единици и след това техния брой в макроспира.

В зависимост от условията на реакцията, температурата, катализатора, могат да се получат полиетилени с високо и ниско налягане. По своите свойства те ще бъдат много различни.

Получаване на гуми

За първи път за получаване в нашата страна толкова важен и ценен полимер като каучук, говорихме в съветската епоха. Именно тогава С. В. Лебедев изобретява метод, който е станал легендарен - производството на синтетичен изомер от естествен каучук на базата на алкадиенов изопрен. В същото време, ученият сам намерил суровината, за да го синтезира от етилов алкохол, получен от растителната основа. По този начин, проблемите на високите разходи за производство бяха решени, стана възможно да се получи каучук в лабораторията.

Схематично, реакцията може да бъде представена като: изопрен → изопренов каучук. Друго име за изопрен е 2-метилбутадиен-1,3. Една от двете двойни връзки участва в образуването на каучукова макромолекула.

Получаване на каучук

Реакцията на полимеризация на етилен (изопрен, хлоризопрен) е много важна. Най-важната обаче е реакцията на омрежващия каучуков полимер със сяра по специален начин. Този процес се нарича "вулканизация". Резултатът е каучук, който е от голямо икономическо и индустриално значение.

Полимеризация на стирен

Бензолните производни, като например, стирола, също са способни да полимеризират (за разлика от екстремните съединения, които не са адаптирани към това). По този начин реакцията на полимеризация на алканите е невъзможна поради тяхната ниска химическа активност и стабилност на молекулата.

Стиренът, от друга страна, има множество връзки, така че лесно се превръща в полистирен. Този материал се използва за производство на опаковъчни материали, съдове за еднократна употреба, играчки, изолационни материали и други артикули.