ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНІ СПОЛУКИ

Серед великої кількості речовин, що зустрічаються у природі, виділяється група сполук, які відрізняються від інших своїми властивостями: здатністю утворювати плівки, волокна, розм’якшуватися при нагріванні, повільно розчинятися в органічних розчинниках. До таких речовин належать природні смоли, каучук, целюлоза, крохмаль, білки тощо.

Усі ці сполуки мають особливу будову - вони складаються з молекул велетнів, тому одержали назву – високомолекулярні сполуки (ВМС). До ВМС відносять всі речовини, молекулярна маса яких перевищує 5000.

Що стосується хімічних властивостей, то принципової різниці між високомолекулярними (ВМС) і низькомолекулярними сполуками (НМС) нема. Існують високомолекулярні вуглеводні (поліетилен, каучуки), галогенопохідні (полівінилхлорид), спирти (полівініловий спирт), вуглеводи (крохмаль, целюлоза) тощо. Для них характерні ті ж самі хімічні реакціїї, що й для низькомолекулярних представників. Найсуттєвіше відрізняються ВМС від НМС за своїми фізичними властивостями, що зумовило виділення їх в окремий розділ – хімію високомолекулярних сполук. Така необхідність виникла ще й тому, що методи дослідження ВМС у більшості випадків не схожі з тими, які використовують для вивчення НМС.

У чому ж причина такої розбіжності у властивостях? Відомо, що багато властивостей сполук – агрегатний стан, температури топлення та кипіння, густина, тощо тісно пов’язані з природою та величиною міжмолекулярних сил. Міжмолекулярні сили слабші за валентні приблизно у 100 разів і дуже швидко зменшуються з відстанню (їх величина обернено пропорційна шостій ступені відстані). Однак, при зростанні молекулярної маси сумарний ефект міжмолекулярних сил достатньо відчутний, оскільки кожен атом може стати їх джерелом. Тому перші представники гомологічних рядів, як правило, гази, а наступні – рідини або тверді тіла. У високомолекулярних сполуках через великі розміри молекул і значну кількість атомів сумарний ефект міжмолекулярних сил може переважати величину валентних сил. Тому такі характеристики ВМС, як висока в’язкість розчинів, своєрідні механічні властивості, розчинення з попереднім набряканням, плівкоутворюючі властивості тісно пов’язані з високою енергією міжмолекулярної взаємодії.

Суттєве зростання міжмолекулярних сил є однією із найважливіших особливостей ВМС, які якісно відрізняють їх від низькомолекулярних сполук.

Аналіз більшості ВМС показує, що їх макромолекули складаються з великої кількості однакових частинок. У натуральному каучуці такими ланками є залишки ізопрену,

в целюлозі – залишки глюкози.

Такі високомолекулярні сполуки були названі полімерами. Важливою характеристикою полімерів являється ступінь полімеризації (n), який дорівнює середньому числу елементарних ланок у макромолекулі.

Для полімерів, одержаних шляхом полімеризації мономерів, ступінь полімеризації можна розрахувати за формулою:

Х – ступінь полімеризації;

М – молекулярна маса полімеру;

m – молекулярна маса мономеру.

Всі полімери є полідисперсними, тобто вони представляють суміш макромолекул з різною молекулярною масою. Це одна із найважливіших відмінностей полімерів від низькомолекулярних сполук.

Чи можна виділити із полімеру макромолекули певної молекулярної маси? Розділення суміші хімічних речовин базується на відмінності фізичних і хімічних властивостей її компонентів. Однак, зі збільшенням молекулярної маси ця відмінність для сусідніх членів гомологічного ряду зменшується, тому їх розділення буде тим важчим, чим вища молекулярна маса. Таким чином, навіть ретельно очищені полімери представляють собою суміш речовин з різною молекулярною масою. Тому поняття - молекулярна маса - для полімерів втрачає свій сенс і його замінюють терміном середня молекулярна маса.