Полимеризация - это процесс получения из одного вида исходных мономеров крупной молекулы. Получаемый полимер представляет собой макромолекулу, которая состоит из достаточного количества повторяющихся звеньев.
Основные виды полимеризации
Отвечая на вопрос о том, что такое полимеризация в химии, заметим, что данная реакция протекает при наличии катализатора (ускорителя процесса).
Гомополимер – высокомолекулярное соединение, которое получают в ходе объединения одинаковых исходных мономеров.
Гетерополимер – продукт реакции взаимодействия разных исходных веществ.
Структура полимера
Учитывая, что полимеризация - это сложный химический процесс, молекулярная масса получаемого полимера может иметь разный показатель. В высокомолекулярных соединениях есть «концевые группы», отличающиеся от повторяющихся фрагментов. Такие группы содержатся в структуре полимера в незначительном количестве, поэтому их характер не учитывают при анализе химических и физических свойств полученного полимерного вещества.
Катионная полимеризация
Что такое полимеризация катионного вида? Протекает этот процесс под воздействием кислот Льюиса (смеси хлорида алюминия, фторида бора, кислот) по механизму, который аналогичен процессу электрофильного присоединения по кратной (двойной) связи.
На первом этапе происходит присоединение протона к алкену, в результате чего образуется карбокатион.
Далее, за счет электронной связи, во взаимодействие вступает другая молекула алкена, в итоге образуется карбокатион, имеющий более длинную цепь.
Происходит многократное повторение процесса, в результате чего формируется карбокатион, имеющий высокую молекулярную массу.
Высока вероятность обрыва катионного центра, что может быть спровоцировано отрывом от молекулы протона.
Примеры
Рассмотрим подробнее вопрос о том, что такое полимеризация в химии. Примеры подобного процесса приведем на основе полимеризации изобутилена. Процесс протекает по катионному механизму, так как присутствуют алкильные электродонорные группы.
Формирование цепи полиизобутилена происходит так, что образуется на ее конце максимально стабильный карбокатион. В результате наблюдается упорядоченное присоединение «головой к хвосту».
При проведении химического взаимодействия, практически без присутствия воды, наблюдается образование полимера, имеющего длинную цепь.
Что такое полимеризация данного представителя класса непредельных углеводородов? Если в качестве катализатора выбрана концентрированная серная кислота, наблюдается после полимеризации образование смеси двух димеров. После того как будут соединены между собой две молекулы изобутилена, происходит обрыв цепи. При этом промежуточный комплекс (карбокатион) отдает свой протон воде до того, как вступит во взаимодействие с другой молекулой непредельного алкена.
Анионная полимеризация
Что такое полимеризация анионного вида? Этот механизм предполагает проведение полимеризации алкена по одному из концов кратной связи. Полимеризация возможна при атаке молекулы алкена определенными нуклеофильными реагентами.
Например, амид-анион вступает во взаимодействие с акрилонитратом по двойной связи, в результате образуется карбанион, в котором отрицательный заряд локализован между цианидом и атомом углерода. Если комплекс получается устойчивым, наблюдается присоединение его к следующей молекуле алкена.
Обрыв растущей цепи возможен в реакции, приводящей к устранению на конце углеродной цепи отрицательного заряда.
Свободно радикальная полимеризация
Процесс полимеризации этилена может протекать при наличии пероксидов (при повышенном давлении и высокой температуре). Обрыву цепи способствует процесс рекомбинации либо диспропорционирования радикалов.
В углеводородной цепочке полиэтилена находится несколько структурных звеньев этилена. Именно такое строение характеризует ценные свойства данного высокомолекулярного соединения, способствует его широкому применению при изготовлении в промышленных масштабах упаковочной пленки. Кроме того, полиэтилен необходим для создания изделий путем формования и литья.
В случае свободнорадикального вида полимеризации у нессиметричного алкена растущий конец будет представлен в виде стабильного радикала, а процесс представлен по типу «к хвосту голова».
У изобутилена и пропилена нет полимеризации по свободнорадикальному механизму. Все полимеры, получаемые в химической промышленности, находят свое применение в различных отраслях машиностроения, фармацевтике, медицине. Самыми распространенными полимерами, получаемыми из непредельных углеводородов ряда этилена, являются сам полиэтилен, а также его гомолог - пропилен.
