Полимер — определение, виды, свойства¶

Полимер (от греч. πολύ — много и μέρος — часть) — это вещество, молекулы которого состоят из огромного числа повторяющихся звеньев, соединённых в длинную цепь. Простыми словами, полимер — это «сверхдлинная молекула», собранная из одинаковых модулей-«бусин», как бусы на нитке. Молекулярная масса полимеров обычно составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц массы.

¶Откуда взялось слово

Термин «полимер» ввёл немецкий химик Германн Штаудингер в 1920-х годах. До этого химики считали, что полимеры — это просто агрегаты обычных молекул, удерживаемые силами сродства. Штаудингер предположил, что это настоящие молекулы с ковалентными связями, и его гипотеза была подтверждена экспериментально. За эту работу он получил Нобелевскую премию по химии в 1953 году.

¶Как устроен полимер

Любой полимер состоит из трёх элементов:

• Мономер — исходная маленькая молекула, из которой собирается цепь (например, этилен C₂H₄).
• Звено — фрагмент мономера, повторяющийся в цепи无数次 (например, –CH₂–CH₂–).
• Полимерная цепь — последовательность тысяч звеньев.

По типу цепи различают:

¶Классификация

¶По происхождению

• Природные полимеры — созданные природой: целлюлоза (древесина, хлопок), белки, натуральный каучук, ДНК, крахмал, хитин.
• Синтетические полимеры — полученные человеком: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, нейлон, полиэстер.
• Полусинтетические — природные полимеры, изменённые химически: ацетат целлюлозы, вискоза.

¶По химическому составу

• Органические — на основе углеродных цепей (большинство пластиков).
• Неорганические — на основе цепей из кремния, фосфора, азота (силикатные полимеры, полифосфазены).
• Гибридные органо-неорганические — с элементами обоих типов.

¶По способу получения

• Полимеризация — соединение мономеров без выделения побочных продуктов (полиэтилен из этилена).
• Поликонденсация — с выделением воды, спирта или других малых молекул (нейлон из капролактама).
• Полиаддитивное — мономеры присоединяются друг к другу.

¶Свойства полимеров

Полимеры обладают набором свойств, отличающих их от низкомолекулярных веществ:

• Высокая вязкость растворов и расплавов — из-за длинных цепей, переплетённых между собой.
• Эластичность — способность к большим обратимым деформациям (каучуки).
• Стеклование — при понижении температуры полимер переходит из эластичного состояния в стеклообразное. Температура стеклования (Tg) — важнейшая характеристика.
• Кристаллизуемость — часть цепей может укладываться упорядоченно, образуя кристаллические области (полиэтилен до 80–90 % кристалличности).
• Полиэлектролитное поведение — ионогенные полимеры в растворе ведут себя как электролиты.

¶Где применяются

Полимеры — один из самых массовых классов материалов. Основные области:

• Пластмассы и пластик — упаковка, трубы, корпуса приборов, детали автомобилей.
• Резина — шины, прокладки, медицинские перчатки.
• Синтетические волокна — нейлон, полиэстер, акрил (ткани, верёвки, фильтры).
• Лаки и краски — плёнкообразующие полимеры.
• Биополимеры — белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, структурные компоненты живых организмов.
• Высокомолекулярные соединения в медицине — протезы, швы, гидрогели, системы доставки лекарств.

В России крупнейшими производителями полимеров являются «СИБУР», «Нижнекамскнефтехим», «Казаньоргсинтетик» и «Полиэфир». Объём производства полиэтилена в стране превышает 3 млн тонн в год.

¶Экология

Проблема синтетических полимеров — их неразлагаемость в природных условиях. Пластик разрушается на частицы (микропластик) в течение десятилетий и столетий, накапливаясь в почве, воде и организмах. В ответ развиваются технологии биоразлагаемых полимеров (полилактат, полигидроксибутират) и переработки вторсырья.

¶Интересные факты

• Самый распространённый полимер на Земле — целлюлоза.
• ДНК и РНК — природные полимеры, кодирующие генетическую информацию.
• Первый синтетический полимер — бакелит (1907 год), получённый Лео Бекеландом.

Источники:

• «Большая советская энциклопедия», статья «Полимеры»
• Р. Х. Мюллень, В. Кнаус «Полимеры: химия, физика, технология»
• Г. Е. Зуев «Синтетические полимеры и полимерные материалы на их основе»
• С. М. Каванов, В. А. Кабанов «Высокомолекулярные соединения»
• Статья «Полимер» в «Брокгаузе и Ефроне»