Для характеристики высокомолекулярных соединений необходимо рассмотреть следующие основные структурные понятия.
Мономер
Мономеры — низкомолекулярные вещества, из которых образуются молекулы полимеров.
Молекулы полимеров являются макромолекулами.
Например, пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена:
а такие соединения, как α-аминокислоты, служат мономерами при синтезе природных полимеров – белков (полипептидов):
Полимер, макромолекула
Высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения, называются полимерами (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть).
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH2:
… -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2— … или (-CH2-CH2-)n
Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» — большой, длинный).
Молекулярная масса макромолекул достигает десятков — сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц массы.
Структурное звено полимера (мономерное звено)
Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном.
… -CH2-CHCl- CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl- …
поливинилхлорид
В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками:
(-CH2-CHCl-)n
По строению структурного звeна макромолекулы можно сказать о том, какой мономер использован в синтезе данного полимера и, наоборот, зная формулу мономера, нетрудно представить строение структурного звeна.
Строение структурного звена соответствует строению исходного мономера, поэтому его называют также мономерным звеном.
Степень полимеризации
Степень полимеризации (n)— число, которое показывает, сколько молекул мономеров соединяются в макромолекулу полимера.
В формуле макромолекулы степень полимеризации обычно обозначается индексом «n» за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено:
n >> 1
Для синтетических полимеров, как правило, n ≈ 102-104; а самые длинные из известных природных макромолекул – ДНК (полинуклеотидов) – имеют степень полимеризации n ≈ 109-1010.
Молекулярная масса макромолекулы и полимера
Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением:
М(макромолекулы) = M (звена) × n,
где n — степень полимеризации,
M — относительная молекулярная масса
(подстрочный индекс r в обозначении относительной молекулярной массы Мr в химии полимеров обычно не используется).
Для полимера, состоящего из множества макромолекул, понятие молекулярная масса и степень полимеризации имеют несколько иной смысл. Дело в том, что когда в ходе реакции образуется полимер, то в каждую макромолекулу входит не строго постоянное число молекул мономера. Это зависит от того, в какой момент прекратится рост полимерной цепи.
Поэтому в одних макромолекулах мономерных звеньев больше, а в других — меньше. То есть, образуются макромолекулы с разной степенью полимеризации и, соответственно, с разной молекулярной массой (так называемые полимергомологи).
Следовательно, молекулярная масса и степень полимеризации полимера являются средними величинами:
Mср(полимера) = M (звена) × nср
Геометрическая форма макромолекул
Геометрическая форма макромолекулы — пространственная структура макромолекулы в целом.
В зависимости от строения углеродной цепи, различают линейные (неразветвленные), разветвленные и пространственные (сетчатые, сшитые) полимеры.
Линейная форма (структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим) — натуральный каучук, целлюлоза, амилоза (составная часть крахмала), поливиниловый спирт, полистирол, полиэтилен низкого давления, капрон, найлон и др. полимеры:
Разветвленная форма (макромолекулы разветвленных полимеров – это длинные цепи с короткими боковыми ответвлениями) — полиэтилен высокого давления, амилопектин (компонент крахмала):
Пространственная форма (сетчатая, сшитая), при которой длинные линейные молекулы соединены между собой поперечными химическими связями – шерсть, вулканизованный каучук (резина), фенолформальдегидные смолы:
В сетчатых полимерах различные углеродные цепи «сшиты» между собой, и вещество представляет собой одну гигантскую молекулу.
Геометрическая форма макромолекул в значительной степени влияет на свойства полимеров.
Высокомолекулярные соединения (ВМС)
Число — мономерное звено
Cтраница 1
Число мономерных звеньев, входящих в молекулу полимера, может изменяться от двух ( димер) до десятков тысяч. В последнем случае молекулярная масса полимеров достигает нескольких миллионов. Порядок соединения отдельных полимерных звеньев может быть различным.
[1]
Число мономерных звеньев, входящих в полнпептидпыо цепи, может изменяться от неск. Каждый белок имеет определ. По своим ф-циям белки делятся на каталитические ( ферменты, биол.
[2]
Число мономерных звеньев, входящих в молекулу полимера, может изменяться от двух ( димер) до десятков тысяч. В последнем случае молекулярный вес полимеров достигает нескольких миллионов.
[3]
Число мономерных звеньев в одной макромолекуле — степень полимеризации — определяет молекулярную массу полимера.
[4]
Здесь k — число мономерных звеньев, соответствующее одному статистическому элементу.
[5]
В ходе деструкции число мономерных звеньев остается неизменным ( система замкнута), а число молекул возрастает.
[6]
В этом типе структуры число мономерных звеньев в сегменте одного состава может изменяться от нескольких единиц до 100 и выше.
[7]
Примечание: v — число мономерных звеньев в сегменте; ( 1-а) — сегментная анизотропия; ( ац-а) — анизотропия мономерного звена.
[9]
Расчеты доказывают, что число мономерных звеньев в сегменте растет с понижением температуры ( увеличением времени воздействия достоянного напряжения) с 2 4 при 152 С до 4 5 при 87 С и 7 5 при 81 3 С.
[11]
Расчеты показывают, что число мономерных звеньев в сегменте растет с понижением температуры ( увеличением времени воздействия постоянного напряжения) с 2 4 при 152 С до 4 5 при 87 С и 7 5 при 81 3 С. Отмечают, что резкое возрастание е — вблизи Тс подобно наблюдаемому в сегнето-электриках вблизи точки Кюри.
[12]
Степень полимеризации Рп — число мономерных звеньев, входящих в состав макромолекулы; обычно имеют в виду среднюю степень полимеризации.
[13]
Степень полимеризации Рп — — число мономерных звеньев, входящих в состав макромолекулы; обычно имеют в виду среднюю степень полимеризации.
[14]
Молекулярная масса макромолекулы гомополимера М и число мономерных звеньев ( степень полимеризации, или СП) Р связаны простой зависимостью: Р М1Мп, где М, — молекулярная масса звена. Однако понятие молекулярной массы полимера отличается от понятия молекулярной массы у низкомолекулярных соединений.
[15]
Страницы:
1
2
3
4
From Wikipedia, the free encyclopedia
The degree of polymerization, or DP, is the number of monomeric units in a macromolecule or polymer or oligomer molecule.[1][2][3]
For a homopolymer, there is only one type of monomeric unit and the number-average degree of polymerization is given by 
,
where Mn is the number-average molecular weight and M0 is the molecular weight of the monomer unit. For most industrial purposes, degrees of polymerization in the thousands or tens of thousands are desired. This number does not reflect the variation in molecule size of the polymer that typically occurs, it only represents the mean number of monomeric units.
Some authors, however, define DP as the number of repeat units, where for copolymers the repeat unit may not be identical to the monomeric unit.[4][5] For example, in nylon-6,6, the repeat unit contains the two monomeric units —NH(CH2)6NH— and —OC(CH2)4CO—, so that a chain of 1000 monomeric units corresponds to 500 repeat units. The degree of polymerization or chain length is then 1000 by the first (IUPAC) definition, but 500 by the second.
Step-growth and chain-growth polymerization[edit]
In step-growth polymerization, in order to achieve a high degree of polymerization (and hence molecular weight), Xn, a high fractional monomer conversion, p, is required, according to Carothers’ equation[6][7] 
For example, a monomer conversion of p = 99% would be required to achieve Xn = 100.
For chain-growth free radical polymerization, however, Carothers’ equation does not apply. Instead long chains are formed from the beginning of the reaction. Long reaction times increase the polymer yield, but have little effect on the average molecular weight.[8] The degree of polymerization is related to the kinetic chain length, which is the average number of monomer molecules polymerized per chain initiated.[9] However it often differs from the kinetic chain length for several reasons:
- chain termination may occur wholly or partly by recombination of two chain radicals, which doubles the degree of polymerization[10]
- chain transfer to monomer starts a new macromolecule for the same kinetic chain (of reaction steps), corresponding to a decrease of the degree of polymerization
- chain transfer to solvent or to another solute (a modifier or regulator also decreases the degree of polymerization [11][12]
Correlation with physical properties[edit]
Relationship between degree of polymerization and melting temperature for polyethylene. Data from Flory and Vrij (1963).
Polymers with identical composition but different molecular weights may exhibit different physical properties. In general, increasing degree of polymerization correlates with higher melting temperature [13] and higher mechanical strength.
Number-average and weight-average[edit]
Synthetic polymers invariably consist of a mixture of macromolecular species with different degrees of polymerization and therefore of different molecular weights. There are different types of average polymer molecular weight, which can be measured in different experiments. The two most important are the number average (Xn) and the weight average (Xw).[4]
The number-average degree of polymerization is a weighted mean of the degrees of polymerization of polymer species, weighted by the mole fractions (or the number of molecules) of the species. It is typically determined by measurements of the osmotic pressure of the polymer.
The weight-average degree of polymerization is a weighted mean of the degrees of polymerization, weighted by the weight fractions (or the overall weight of the molecules) of the species. It is typically determined by measurements of Rayleigh light scattering by the polymer.
See also[edit]
- Anhydroglucose unit
References[edit]
- ^ IUPAC Definition in Compendium of Chemical Terminology (IUPAC Gold Book)
- ^ Cowie J.M.G. Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials (2nd ed. Blackie 1991), p.10 ISBN 0-216-92980-6
- ^ Allcock H.R., Lampe F.W. and Mark J.P. Contemporary Polymer Chemistry (3rd ed. Pearson Prentice-Hall 2003), p.316 ISBN 0-13-065056-0
- ^ a b Fried J.R. «Polymer Science and Technology» (Pearson Prentice-Hall, 2nd edn 2003), p.27 ISBN 0-13-018168-4
- ^ Rudin, Alfred «Elements of Polymer Science and Engineering» (Academic Press 1982), p.7 ISBN 0-12-601680-1
- ^ Rudin, p.171
- ^ Cowie p.29
- ^ Cowie, p.81
- ^ Allcock, Lampe and Mark, p.345
- ^ Allcock, Lampe and Mark, p.346
- ^ Allcock, Lampe and Mark, p.352-7
- ^ Cowie p.63-64
- ^ Flory, P.J. and Vrij, A. J. Am. Chem. Soc.; 1963; 85(22) pp3548-3553 Melting Points of Linear-Chain Homologs. The Normal Paraffin Hydrocarbons.|doi=10.1021/ja00905a004|url=http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja00905a004
Доброго времени суток, ув. форумчане! Возникла проблема с решением следующей задачи:
«Молекулярная масса целлюлозы в льняном волокне 16*106. Определить число n (мономерных звеньев) в молекуле целлюлозы.»
Мои знания в химии низкие, так что я даже не представляю как её делать.
С уважением, Prof
Изменено 5 Марта, 2013 в 20:44 пользователем Рrof
Как рассчитать степень полимеризации
Автор:
Louise Ward
Дата создания:
10 Февраль 2021
Дата обновления:
26 Май 2023
Содержание
- Что такое степень полимеризации
- Как рассчитать степень полимеризации
Полимеризация — это химическая реакция, которая связывает мономеры с образованием больших цепей полимеров. В конечном итоге полимер будет иметь повторяющиеся звенья, поскольку он связывает несколько мономерных звеньев. Это количество повторяющихся звеньев помогает определить физические и химические свойства полимера и варьируется в зависимости от полимера и его молекулярной массы. Следовательно, расчет количества повторяющихся звеньев или степени полимеризации (DP) очень важен в полимерной промышленности.
Эта статья исследует,
1. Что такое степень полимеризации?
2. Как рассчитать степень полимеризации?
Что такое степень полимеризации
Термин степень полимеризации определяется как количество повторяющихся звеньев в молекуле полимера. В некоторых случаях этот термин используется для выражения количества мономерных звеньев в средней молекуле полимера. Однако это применимо, только если повторяющиеся звенья состоят из одного типа мономера. Обычно обозначается как ‘NВ обобщенной формуле — [M]N; где M повторяющаяся единица
Как рассчитать степень полимеризации
Образец полимера обычно содержит распределение цепей с различной степенью полимеризации. Следовательно, среднее значение должно приниматься при определении DP. Степень полимеризации можно рассчитать, используя следующее соотношение, если известна молекулярная масса молекулы полимера.
M = (DP) M0
М — молекулярная масса полимера, ДП — степень полимеризации и М0 формула веса повторяющейся единицы.
Пример: рассчитать степень полимеризации образца полиэтилена [(СН2-СН2)N], который имеет молекулярную массу 150000 г / моль.
Молекулярный вес повторяющегося звена, Мо= (12 х 2 + 1 х 4) г / моль = 28 г / моль
DP = M / Mо
= 150000 г / моль / 28 г / моль
= 5,35 х 103
Конкретная молекула содержит 5,35 х 103 повторяющихся единиц.
При рассмотрении молекулярной массы полимера для приведенного выше расчета, мы обычно принимаем либо среднечисленную молекулярную массу (MN) или среднемассовая молекулярная масса (Mвес).
Формула для расчета среднего молекулярного веса
Среднечисленную молекулярную массу можно определить,
MN= Σ Икся Mя
Икся доля общего числа цепей в каждом диапазоне, и Мя средняя молекулярная масса каждого диапазона размеров полимерных цепей.
Формула для расчета средней молекулярной массы
Средневесовую молекулярную массу можно определить,
Mвес= Σ ея Mя
ея массовая доля полимерных цепей, а Мя опять же средняя молекулярная масса каждого диапазона.
Ссылка:
Стюарт, Б. Х. (2008).Полимерный анализ (Том 30). Джон Вили и сыновья.
Рудин А. & Чой П. (2012).Элементы науки и техники о полимерах, Академическая пресса.
Алгер М. (1996).Полимерный научный словарь, Springer Science & Business Media.
Hannant, D.J. (1989). Наука и техника материалов: Дональд Р. Аскеланд. PWS, Бостон, Массачусетс, США, 1989. ISBN 0-534-91657-0. 876 с.