Жоғарғы молекулалы қосылыстар

 

Полимерлердің қасиеттері орынбасушылардың макромолекуладағы  орналасу ретіне байланысты болады. Стереореттелген  полимерлер тығыз орналасатын болғандықтан, олардың балқу температуралары  жоғары және кристалдануға бейім болады. Олар ыстыққа төзімді, беріктігі жоғары қабыршақтар (пленка) алу және талшықтар жасау үшін өте маңызды өнім. Мысалы, инициатор ретінде бензоил пероксидін пайдаланып алынатын полистирол атактикалық (3) құрылысты болады және 80°С-та балқиды. Егер полимерлеуді (изо- С4Н9)3 А1+ТІС14 катализаторын қолданып жүргізсе, изотактикалық (1) полимер алынады. Ол 230°С-та ғана балқиды. Бұл мысалдар қазіргі кезде полимерлеу процесін бақылау мен бағыттаудың кең дамығандығын көрсетеді. Яғни, берілген қажетті қасиеттері бар, анықталған құрылысты полимерлер алу әдістері табылды. Бұл өз кезегінде бағалы техникалық қасиеттері бар пластмассалар, каучуктар, талшықтар жасауға мүмкіндік берді.

 

ЖМҚ алудың негізгі  әдістері — полимерлену және поликонденсациялану  реакциялары.

 

Полимерлену реакциясы  радикалды немесе иондық механизммен  тізбекті процесс түрінде жүреді, ал поликонденсациялану реакциясы сатыланып жүреді және кіші молекулалы қосылыс бөлінеді.

 

Полимердің макромолекуласы  түзілу үшін мономерлердің өзара  бірігуі үш түрлі әдіспен жүзеге асырылады: қос байланыстардың үзілуі, эфирлік байланыстар мен амидтік байланыстардың түзілуі.

 

Сополимерлену, яғни әр түрлі мономерлерді біріктіріп полимерлеу арқылы "егу, тігу" әдістерін қолдана отырып, қасиеттері алдын ала болжанған сапалы, бағалы полимерлер алынады.[1]

[өңдеу]

Полимерлердің қасиеттері

 

Жоғары молекулалы қосылыстардың жалпы ортақ қасиеттері болады. Бірақ оны классикалық  үлгідегі химия тұрғысынан түсіндіру қиын. Сондықтан полимерлердің қасиеттерін қарастыру үшін тиісті жаңа түсініктерді енгізуге тура келеді.

 

Полимерлердің молекулалық  массасы әр түрлі және құрылымының айрықша сипаты болуына байланысты, олардың қасиеттерінің кіші молекулалы заттардың қасиеттерінен айтарлықтай өзгешелігі болады. Кіші молекулалы заттар, әдетте, өздеріне тән балқу, қайнау температураларымен және басқа да тұрақты шамалармен, яғни константалармен сипатталады.

 

Жоғары молекулалы қосылыстардың бірінші ерекшелігі — мүлде жаңа орташа молекулалық масса түсінігінің болуы. Кіші молекулалы заттар қасиеттерінің тұрақты болуы, олардың молекулалық массаларының тұрақтылығында, ал жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалық массасы құрылым буындарының санына байланысты өзгеріп отырады. Осыған сәйкес қасиеттері де елеулі түрде өзгереді. Ұзындықтары әр түрлі, бірақ бірдей химиялық буындардан тұратын макромолекулалар полимергомологтар деп аталады.

 

Жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалық массалары  үлкен болған сайын әр түрлі полимерлердің қасиеттеріндегі айырмашылықтар да азая береді, тіпті жеке зат ретінде айырмасы болмай қалады. Сондықтан полимергомологтарды жеке химиялық зат ретінде бөлу әдісі жоқ деуге болады. Полимергомологтардың қоспасын молекулалық массалары бір-біріне жуық шамадағы фракцияларға бөліп қарастырады.[1]

[өңдеу]

Орташа молекулалық  масса

 

Осыдан жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалық массасы  орташа статикалық шама ретінде қарастырылып, орташа молекулалық масса түсінігі енгізілген. Молекулалық масса жөніндегі  жаңа түсініктің мәні химиялық қосылысты  сипаттауға жеткіліксіз. Себебі полимердің массасы өзгерген сайын өзіне  тән физикалық қасиеттеріне орай маңызды көрсеткіштері мәнін  жоғалтады. Сондай-ақ орташа молекулалық  масса бірдей болғанымен, полимергомологтар  қоспасындағы әрбір полимердің сандық қатынастары да қасиеттердің әр түрлі болуына апарады. Полимергомологтар қоспасындағы жеке полимерлердің таралу мөлшерін полидисперстік дәрежесімен сипаттайды.

 

Жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалық массасы  өскен сайын физикалық қасиеттерінің  өзгеруіндегі тағы бір ерекшелік — оларды қыздырғанда, ерекше булану құбылысы (ұшқыштығы) байқалмайды. Одан әрі қыздыра берсе, белгілі бір температурада термиялық айырылу процесі жүреді. Жоғары молекулалы қосылыстар — мүлде ұшпайтын, газ күйіне ауыспайтын заттар.

 

Кіші молекулалы қосылыстар үш түрлі: газ, сұйық, қатты  агрегаттық күйде бола алады, ал жоғары молекулалы қосылыстар үшін екі түрлі  күй ғана белгілі — қатты және сұйық.

 

Полимерлерді қыздырғанда  болатын өзгерістер олардың құрылым  ерекшеліктеріне де байланысты болады.

 

Қыздырғанда байқалатын өзгерістеріне байланысты полимерлік материалдар термопласты және термореактивті деп бөлінеді.

 

Полимерлер көпшілік жағдайда ерімейді. Алайла түзу құрылымды  полимерлерді кейбір ерекшеліктерінде аздап болса да ерітуге болады.

 

Бұл ерітінділер  өте тұтқыр болады. Ал кеңістіктік полимерлер ерімейді. Кейбіреулері, мысалы, резеңке еріткіштерде тек қана ісінеді. Тармақты полимерлердің химиялық құрамы, молекулалық массалары бірдей болғанымен, сызықтық полимерлерге қарағанда ерігіштігі жоғары болады. Оның себебі, сызықтық полимерлерде байланыстардың екі түрлі типі (химиялық валенттік байланыстар және молекулааралық химиялық байланыстар) өзара әсерлесу нәтижесінде энергетикалық сипаттамасының әр түрлі болуы, еру мен балқу мүмкіндігін анықтайды. Торлы құрылымды полимерлердің макромолекулалары арасында берік химиялық байланыс болатындықтан, еріткіштерде ерімейді, тек ісінеді.[1]

[өңдеу]

Полимердің беріктігі

 

Полимердің келесі маңызды қасиеті — олар механикалық  берік келеді, әсіресе кеңістіктік құрылымды полимерлер ерекше берік болады. Беріктік қасиет полимерлердің тармақталу дәрежесі мен типіне байланысты. Тіпті молекулааралық байланыстар үлкейген сайын заттың қаттылығы да арта түседі, серпімділік модулі артып, салыстырмалы деформациялығы азаяды. Торлы құрылымды (кеңістіктік) полимердің қасиеттері алмаз тәрізді кристалл заттардың қасиеттеріне жақындайды. Сонымен полимерлердің беріктігіне әсер ететін факторлар қатарына молекулалық массасы, табиғаты, макро-молекулалардың бағдарлануы, құрылымдарының сипаты, тізбектерінің тігілу дәрежесі және т.б. жатады.

 

Қандай да бір заттың балқуы, буға айналуы немесе еріп кетуі үшін қыздыру арқылы немесе еріткіштің әсерімен оның молекулалары арасындағы өзара тартылыс күшін жеңу керек. Кіші молекулалы заттардың молекулалары арасындағы өзара тартылыс күші оншалықты мықты болмайды. Сондықтан олардың молекулаларын бір-бірінен ажыратып бөлу қиынға соқпайды. Ал үлкен молекулалы заттардың молекулаларының өзара әсері анағұрлым күшті, өйткені олар толып жатқан бунақтары арқылы бірін-бірі тартып тұрады. Сондықтан ондай молекулалы затты буға айналдыру немесе балқыту үшін едәуір қыздыру керек. Сонда кейбір заттардың молекулаларындағы атомдар арасындағы байланыстар үзіле бастап, зат айырылады. Ондай макромолекулаларды еріткіш молекулаларының әсері арқылы ыдырату мүмкін емес.

 

Сызықтық құрылымды  полимер мен кеңістіктік құрылымды полимерлердің қасиеттеріндегі айырмашылық каучук пен резеңке қасиеттерінен айқын байқалады. Сызықтық құрылымды молекулалардан құралған, вулканизацияланбаған каучук сұйық көмір-сутектерде ериді және механикалық беріктігі онша жоғары болмайды. Ондай каучукты созып тартса, үзіліп кетеді. Ал сызықтық молекулалардың арасы күкірт атомдары арқылы қосылған вулканизацияланған каучук (резеңке) еріткіштерде ерімей, тек ісінеді және бұлар едәуір берік болады. [1]

[өңдеу]

Полимердің электр өткізгіштігі

 

Полимердің электр өткізгіштігі, әдетте, өте нашар. Олардың электрлік қасиетіне оған электр өрісін бергенде көрсететін қасиеттері сияқты диэлектриктер, жартылай өткізгіштер және электр өткізгіштер болып бөлінеді.

 

Көптеген полюсті  және полюссіз полимерлер диэлектриктерге  жатады. Диэлектриктерге өте ұсақталған электр өткізгіш толтырғыштар (техникалық көміртек-графит, ұсақталған металдар) енгізілсе, электр өткізгіш материалдар алынады.

 

Жартылай өткізгіштерге  қосарланған байланысы бар және заряд тасымалы бар кешенді жүйелер жатады.

 

Полимерлердің электрлік  қасиеттеріне электр өткізгіштік, электрлік беріктілік, диэлектрлік шығын, диэлектрлік өтімділік, электр-реттік эффект, термополюссіздену жатады. Осындай қасиеттеріне байланысты полимер материалдар техниканың маңызды салаларында қолданылады.[1]

[өңдеу]

Полимерлердің жылу өткізгіштігі

 

Полимерлердің жылу өткізгіштігі нашар. Жылуөткізгіштік дегеніміз — жылудың полимердің жылырақ бөлігінен суығырақ жеріне тасымалдануынан температураның теңесу процесі.

 

Полимерлердің қолдану  аясын кеңейте түсуге мүмкіндік беретін қасиеттерінің қатарына жеңілдігін, химиялық тұрақтылығын, әсемдігін және т.б. жатқызуға болады.

 

Қазіргі кезеңде  жобаланған қасиеттері бар синтездік полимер материалдар алу үшін ғылыми негізделген өңдеу тәсілдері қажет, яғни полимерлердің беріктігін арттыратын, морттығын төмендететін, созылғыштығын жоғарылататын молекуланың қолайлы құрылымын қалыптастыру тәсілдері қажет. Полимерлердің қызмет ету мерзімін арттыру үшін оларға жылу төзімділігін, динамикалық беріктігін және т.б. негізгі қасиеттерін арттыратын арнайы қоспалар қосады.

 

Полимерлердің маңызы зор. Сондықтан оларды өндіру мен  тиімді пайдалану — халық шаруашылығын дамытудағы негізгі бағыттардың  бірі.

 

Құрылым буындары бірдей, бірақ ұзындықтары әр түрлі (яғни, полимерлену дәрежесі әр түрлі) макромолекулалар полимергомологтпар деп аталады.

 

Полимергомологтар қоспасындағы жеке полимердің таралу мөлшері полидисперстік дәрежесі деп  аталады.

 

ЖМҚ екі түрлі  — қатты және сұйық күйде болады. Полимерлердің қасиеттері тұрақты  болмайды, дегенмен маңызды еипаттаушы қасиеттеріне орташа молекулалық массасы, температураға әсері, беріктігі, еріткіштерге әсері, электрөткізгіштігі, т.б. жатады.[1]

 

 

 

 

 

 

 

КОЛЛОИДТЫ-ДИСПЕРСТІ  СИСТЕМАЛАРДЫ АЛУ

Май 26, 2012 · Химия

 

Затты ұнтақтап конденсациялау әдістерімен коллоидты бөл-шектер алуға болады. Қоллоидты ерітіндідегі бөлшектер бірімен-бірі өзара қақтығысқанда, олардың жабысып, іріленуіне кедергі ^олатын түрақтандырғыштардың (стабилизаторлардың) болуы қажет (мысалы, электролит иондарының коллоидты бөлшектін, бетіндегі ионды-гидратты кабықша). Коллоидты бөлшектер дис-перстік ортада (еріткіште) нашар еруі керек. Осы айтылған жай-дын бәрі бірдей орындалғанда коллоидты системадағы бөлшектер-дің тұнбаға түсуіне кедергі болатын электр заряды мен гидратты қабықша пайда болады.

 

 

А. Дисперстік әдістер. Дисперстік әдіс берілген үлкен қатты  затты әуелі майдалап, сосын оны  ұнтақтап, коллоидты-дисперсті бөлшектерге  дейін кішірейтуге бағытталған. Мұның өзін бірнеше әдіспен жүзеге асырады.

 

Механикалық әдіс. Механикалық әдіс берілген қатты  заттың үлкен бөлшектерін ұзақ және тоқтаусыз, әрі жылдам ысқылау, ұнтақтау сияқты механикалық жолмен кішірейтуге бағытталған. Бүл арнайы машиналармен жүзеге асырылады, шары бар және коллоидты диірмендер қолданылады. Шары бар диірмен — (техни-када оны шарлы, шарлық диірмен дейді) ішінде әр түрлі өлшем-дегі болат не фарфор, тіпті кейде басқа да катты заттардан әзір-ленген шары бар, іші куыс болат цилиндр. Әдетте диірмен ішінде-гі астар мен шариктер біртекті және ұнтақталатын заттан едәуір-катты болады. Осындай диірмен ішіне дисперстелетін зат пен түр-лі өлшемдегі шарлар бірге салынады да белгілі жылдамдықпен, электромотор көмегімен айналдырылады. Ондағы ұнтақталу шар көмегімен жүзеге асады. Мұндай диірмендер әр түрлі дисперстел-ген жүзгіндерді алу үшін кеңінен пайдаланылады. Әйтсе де бұл диірменде ұсакталған заттардың дисперстілік дәрежесі төмен, он-дағы бөлшектердің диаметрі — 50—60 мкм шамасында.

 

Егер дисперстік дәрежесі жоғары зат керек болса, онда арнаулы коллоидты диірмен  пайдаланылады. Мүндай коллоидты диір-меннің бір түрін Плауссон 1920 жылы ұсынды. Ол — іші қуыс ци-линдр, ішіндегі калақшалары бар ротор минутына 20 мыңға дейін жылдамдықпен айналады (59-сурет). Диірмен ішкі будырлы бөлігі (а) мен ротор қалақшасы (в) арасына түскен зат біліктің жылдам айналуынан ұнтақталады (ұнтақталу дәрежесі 0,1 —1,0 мкм). Үнтақталған бөлшектердің өзара бірігіп, жабысып қалмауы үшін тұрақтандырғыштар косады.

 

Ультрадыбысты эдіс. Соңғы кезде заттарды ультрадыбыс  әдісімен ұнтақтау кең таралуда. Ультрадыбыстың әсер етуші механизмі әлі де болса толық зерт-телмегендіктен, оның кейбір жайы мен мәні түсініксіз. Сұйық бөлшектері систе-мадағы өте тез ауысатын қысым мен кеңею салдарынан бөліне келіп, ұнтақталуы мүмкін деген болжамдар бар. Ультрадыбысты қондыргылардың өнімділігі аса жоғары.

 

Химиялық әдіс арқылы үнтақтаудың арасында пептизация әдісі  жиі таралған. 59-сурет Бұл процесс пептизатор деп аталатын

 

214

 

\

 

 

 

ұнтақтайтын зат  әсерімен жүріп, гельді зольге айналдырады. Бұл алынған борпылдақ шөгіндіге пептизатор қосып, оны коллоидты бөлшектерге дейін ұнтактауға негізделген. Пептизатор ретінде қол-данылатын электролиттер бөлшектерді біріктіріп, оларды жеке коллоидты бөлшек түрінде ұстайды. Демек, электролиттер аморф-ты шөгінділерді өзара бірігуден, агрегацияланудан қорғайды екен. Бұған мысал ретінде темір (III) гидроксидінің золін алуға бола-ды. Жалпы темір (III) гидрооксидін тұнбаға түсірмеу үшін оған пептизатор ретінде темір (III) хлоридінің ерітіндісін қосады. Мұн-дайда темір (III) гидроксиді бірден тұнбаға түспей, золь түрінде жүзіп жүреді.

 

Химиялық дисперстеу әдістерінің арасында өздігінен  ұнтақта-латын тәсіл де белгілі. Ол негізінен әрбір жағдайға сәйкес таңда-лып алынған еріткіш көмегімен коллоидты ерітінді алуга бағыт-талған. Мысалы, крахмал, желатин, агар-агарды суда еріткенде коллоидты ерітінділер алынады. Мүндағы еріткіш (су) — пепти-затор. Осы процесс өздігінен жүреді. Бұл әдіс, әсіресе, катты поли-мерлерді арнайы алынған еріткіштерде еріту арқылы жоғары мо-лекулалық қосылыстардың ерітіндісін әзірлеуге кеңінен пайдала-нылады.

 

Б. Конденсациялау әдістері. Қоллоидты ерітінділерді  алудың конденсациялау әдістерінің  басым көпшілігі тотығу, тотықсыздану, гидролиз сияқты химиялық реакцияларға негізделген. Бұл реакциялар кезінде ерітінділер еріген заттардың ерімейтін күйге ауысуы нәтижесінде коллоидтыға түрленеді. Сондай-ақ, конденсациялау әдісі химиялық реакциялармен қатар олардың конденсациялануы сияқты физикалық құбылыстармен де сипатталады. Конденсациялау әдістерінің маңызды түрлеріне қысқаша тоқталайык.