Secara tradisional, setiap CT memiliki tugas tersendiri polimer yang diperoleh oleh reaksi polimerisasi dan polikondensasi. Namun tidak semua pelamar dapat mengatasi tugas ini. Jadi saya memutuskan untuk mengisi kesenjangan pengetahuan Anda ini.

Saya memilih semua polimer yang ditemukan di dalamnya CT sepanjang tahun dengan mempertimbangkan reaksi produksinya. Dan juga membuat solusi video yang paling banyak tugas-tugas sulit tentang polimer dari CT dalam kimia 2008.

Polimerisasi(Yunani kuno πολυμερής - terdiri dari banyak bagian) - proses pembentukan zat dengan berat molekul tinggi (polimer) dengan penambahan berulang-ulang molekul zat dengan berat molekul rendah (monomer, oligomer) ke dalam pusat aktif dalam molekul polimer yang sedang tumbuh. Molekul monomer yang merupakan bagian dari polimer membentuk apa yang disebut unit monomer (struktural). Komposisi unsur ( rumus molekul) monomer dan polimer kira-kira sama.

Polikondensasi- proses sintesis polimer dari senyawa polifungsional (paling sering bifungsional), biasanya disertai dengan pelepasan produk sampingan dengan berat molekul rendah (air, alkohol, dll.) selama interaksi kelompok fungsional.

Artinya, selama polikondensasi, selain polimer, beberapa zat bermolekul rendah lainnya terbentuk, dan selama polimerisasi, hanya polimer!

Polimerisasi menghasilkan:

1) kaca plexiglass: terbuat dari metil metakrilat

2) polistirena

4) karet kloroprena (polikloroprena): dari 2-klorobutadiena-1,3

5) karet butadiena

6) Teflon (politetrafluoroetilen)

7) polipropilen, polietilen, dll.

Dengan polikondensasi kita peroleh:

1) lavsan (polietilen tereftalat): asam tereftalat + etilen glikol

2) Kevlar: fenilen-1,4-diamin (para-fenilendiamina) + terefthaloil klorida (asam tereftalat diklorida)

3) nilon: asam adipat + heksametilenadiamin

4) polipeptida: dari asam amino

5) resin fenol-formaldehida: fenol + formaldehida

Selama reaksi polimerisasi, hasilnya hanya polimer. Selama polikondensasi, produk reaksi menjadi polimer dan zat dengan berat molekul rendah.

Definisi

Sedang berlangsung polimerisasi baik molekul monomer yang identik maupun berbeda dihubungkan secara berurutan, membangun satu molekul polimer kompleks (zat dengan berat molekul tinggi) tanpa mengisolasi dan membentuk produk sampingan - senyawa dengan berat molekul rendah. Oleh karena itu, keluarannya adalah polimer dengan komposisi unsur yang persis sama dengan monomer.

Sedang berlangsung polikondensasi molekul dari satu atau lebih monomer, bergabung satu sama lain, membentuk makromolekul polimer dan produk sampingannya melepaskan satu atau beberapa produk bermolekul rendah (air, alkohol, hidrogen klorida, atau amonia). Polikondensasi mendasari biosintesis selulosa, asam nukleat dan, tentu saja, protein.

Perbandingan

Kedua proses ini serupa karena pada awal reaksi monomer asli masuk ke dalam reaksi. Dan kemudian selama polimerisasi di sistem reaksi Pada semua tahap proses saat ini, peningkatan rantai aktif, terdapat monomer awal dan makromolekul yang telah menyelesaikan pertumbuhannya. Dan dalam proses polikondensasi, monomer, sebagai suatu peraturan, habis pada tahap awal reaksi yang sedang berlangsung, dan selanjutnya hanya polimer (oligomer) yang tersisa dalam sistem, berinteraksi satu sama lain.

Untuk polimerisasi dan polikondensasi, reaktivitas monomer yang diinginkan dan, tentu saja, strukturnya sama pentingnya. Selama polimerisasi, reaksi yang terjadi antara peningkatan molekul biasanya berakhir dengan pemutusan rantai.

Dan selama polikondensasi, reaksi yang terjadi antara peningkatan molekul merupakan reaksi utama pertumbuhan rantai polimer. Rantai panjang terbentuk karena interaksi oligomer. Polimerisasi terjadi dalam tiga tahap: inisiasi, pertumbuhan rantai, dan penghentian rantai. Dalam hal ini pusat pertumbuhan rantai polimer adalah kation, radikal bebas atau anion. Fungsionalitas (jumlah pusat reaksi dalam suatu molekul) mempengaruhi pembentukan makromolekul tiga dimensi, bercabang atau linier.

Situs web kesimpulan

  1. Polikondensasi ditandai dengan pelepasan produk sampingan - zat dengan berat molekul rendah seperti air atau alkohol.
  2. Selama polimerisasi, hanya polimer yang menjadi produk reaksi.
  3. Biosintesis selulosa, protein dan asam nukleat dimungkinkan karena reaksi polikondensasi.

Kondensasi adalah dasar pembuatan bahan sintetis polimer: polivinil klorida, olefin. Saat menggunakan varian dasar monomer, jutaan ton zat polimer baru dapat diperoleh melalui kopolikondensasi. Saat ini, terdapat berbagai metode yang memungkinkan tidak hanya pembuatan zat, tetapi juga mempengaruhi distribusi berat molekul polimer.

Fitur Proses

Reaksi polikondensasi adalah proses menghasilkan polimer melalui penambahan bertahap molekul monomer polifungsional satu sama lain. Dalam hal ini, produk dengan berat molekul rendah dilepaskan.

Dasar dari proses ini dapat dipertimbangkan Karena pelepasan produk sampingan, terdapat perbedaan komposisi unsur polimer dan monomer asli.

Reaksi polikondensasi asam amino dikaitkan dengan pembentukan molekul air selama interaksi gugus amino dan karboksil dari molekul tetangga. Dalam hal ini, tahap pertama reaksi dikaitkan dengan pembentukan dimer, kemudian diubah menjadi zat bermolekul tinggi.

Reaksi polikondensasi, contoh yang sedang kita pertimbangkan, dibedakan berdasarkan kemampuannya membentuk zat stabil pada setiap tahap. Dimer, trimer dan polimer yang diperoleh melalui interaksi asam amino dapat diisolasi pada semua tahap peralihan dari campuran reaksi.

Jadi, polikondensasi adalah proses bertahap. Untuk terjadinya diperlukan molekul monomer yang mengandung dua gugus fungsi yang mampu berinteraksi satu sama lain.

Kehadiran gugus fungsi memungkinkan oligomer bereaksi tidak hanya satu sama lain, tetapi juga dengan monomer. Interaksi ini mencirikan pertumbuhan rantai polimer. Jika monomer asli memiliki dua gugus fungsi, rantai tumbuh dalam satu arah, yang mengarah pada pembentukan molekul linier.

Polikondensasi adalah reaksi yang menghasilkan produk yang mampu bereaksi selanjutnya.

Klasifikasi

Reaksi polikondensasi, contohnya dapat dituliskan untuk banyak orang bahan organik, memberikan gambaran tentang kompleksitas interaksi yang sedang berlangsung.

Saat ini, proses tersebut biasanya diklasifikasikan menurut kriteria tertentu:

  • jenis koneksi antar tautan;
  • jumlah monomer yang ikut serta dalam reaksi;
  • mekanisme proses.

Apa perbedaan reaksi polikondensasi untuk berbagai kelas zat organik? Misalnya, dalam poliamidasi, amina dan asam karboksilat digunakan sebagai komponen awal. Selama interaksi bertahap antara monomer, pembentukan molekul polimer dan air diamati.

Dalam esterifikasi, bahan awalnya adalah alkohol dan asam karboksilat, dan syarat penerimaannya ester adalah penggunaan asam sulfat pekat sebagai katalis.

Bagaimana polikondensasi terjadi? Contoh interaksi menunjukkan bahwa, bergantung pada jumlah monomer, homo- dan heteropolikondensasi dapat dibedakan. Misalnya, selama homopolikondensasi, zat yang memiliki gugus fungsi serupa akan bertindak sebagai monomer. Dalam hal ini, kondensasi adalah kombinasi zat awal dengan pelepasan air. Contohnya adalah reaksi antara beberapa asam amino, yang akan menghasilkan pembentukan polipeptida (molekul protein).

Mekanisme proses

Tergantung pada karakteristik prosesnya, polikondensasi reversibel (kesetimbangan) dan ireversibel (nonequilibrium) dibedakan. Pembagian ini dapat dijelaskan dengan ada tidaknya reaksi destruktif, yang melibatkan penggunaan proses molekul rendah, aktivitas monomer yang berbeda, dan juga memungkinkan adanya perbedaan faktor kinetik dan termodinamika. Interaksi tersebut ditandai dengan konstanta kesetimbangan yang rendah, kecepatan proses yang rendah, durasi reaksi, dan suhu yang tinggi.

Dalam banyak kasus, proses ireversibel ditandai dengan penggunaan monomer yang sangat reaktif.

Kecepatan proses yang tinggi menggunakan monomer jenis ini menjelaskan pilihan polikondensasi suhu rendah dan antarmuka dalam larutan. Proses yang tidak dapat diubah ditentukan oleh rendahnya suhu campuran reaksi, produksi yang tidak aktif substansi kimia. DI DALAM kimia organik Ada juga varian polikondensasi nonequilibrium yang terjadi pada lelehan pada suhu tinggi. Contoh dari proses tersebut adalah proses memperoleh poliester dari diol dan turunan dihalogen.

Persamaan Carothers

Kedalaman polikondensasi dikaitkan dengan penghilangan menyeluruh dari media reaksi produk dengan berat molekul rendah yang mencegah proses bergeser ke arah pembentukan senyawa polimer.

Terdapat hubungan antara kedalaman proses dan derajat polimerisasi, yang digabungkan menjadi rumus matematika. Selama reaksi polikondensasi, dua gugus fungsi dan satu molekul monomer menghilang. Karena sejumlah molekul dikonsumsi selama proses, kedalaman reaksi berhubungan dengan proporsi gugus fungsi yang bereaksi.

Semakin besar interaksinya, semakin tinggi derajat polimerisasinya. Kedalaman proses ditandai dengan lamanya reaksi dan ukuran makromolekul. Apa perbedaan antara polimerisasi dan polikondensasi? Pertama-tama, sifat kursusnya, serta kecepatan prosesnya.

Alasan untuk menghentikan proses

Pertumbuhan rantai polimer terhenti karena berbagai alasan kimia dan fisik. Sebagai faktor utama yang berkontribusi terhadap terhentinya proses sintesis senyawa polimer, kami menyoroti:

  • meningkatkan viskositas medium;
  • mengurangi kecepatan proses difusi;
  • mengurangi konsentrasi zat yang berinteraksi;
  • penurunan suhu.

Dengan peningkatan viskositas media reaksi, serta penurunan konsentrasi gugus fungsi, kemungkinan tumbukan molekul berkurang, diikuti dengan terhentinya proses pertumbuhan.

Di antara alasan kimiawi yang menghambat polikondensasi, yang utama adalah:

  • mengubah komposisi kimia kelompok fungsional;
  • jumlah monomer yang tidak proporsional;
  • adanya produk reaksi dengan berat molekul rendah dalam sistem;
  • keseimbangan antara reaksi maju dan mundur.

Kekhususan kinetika

Reaksi polimerisasi dan polikondensasi berhubungan dengan perubahan laju interaksi. Mari kita menganalisis proses kinetik utama dengan menggunakan contoh proses poliesterifikasi.

Katalisis asam terjadi dalam dua tahap. Pertama, protonasi asam, reagen awal, diamati dengan asam yang bertindak sebagai katalis.

Selama penyerangan gugus alkohol oleh reagen, zat antara terurai menjadi produk reaksi. Agar reaksi langsung dapat terjadi, penting untuk segera menghilangkan molekul air dari campuran reaksi. Penurunan laju proses diamati secara bertahap, yang disebabkan oleh peningkatan berat molekul relatif produk polikondensasi.

Jika jumlah gugus fungsi yang setara digunakan pada ujung molekul, interaksi dapat berlangsung dalam jangka waktu yang lama hingga terbentuk makromolekul raksasa.

Opsi proses

Polimerisasi dan polikondensasi adalah proses penting yang digunakan di zaman modern produksi kimia. Ada beberapa laboratorium dan metode industri melakukan proses polikondensasi:

  • dalam solusi;
  • dalam lelehan;
  • berupa proses antarmuka;
  • dalam emulsi;
  • pada matriks.

Reaksi leleh diperlukan untuk menghasilkan poliamida dan poliester. Pada dasarnya, polikondensasi kesetimbangan dalam lelehan terjadi dalam dua tahap. Pertama, interaksi dilakukan dalam ruang hampa, yang menghindari penghancuran monomer oksidatif termal, serta produk polikondensasi, menjamin pemanasan bertahap campuran reaksi, penghilangan lengkap produk dengan berat molekul rendah.

Fakta-fakta penting

Kebanyakan reaksi dilakukan tanpa menggunakan katalis. Evakuasi lelehan pada reaksi tahap kedua disertai dengan pemurnian polimer secara menyeluruh, sehingga tidak perlu lagi melakukan proses pengendapan ulang yang memakan waktu. Peningkatan suhu yang tajam pada tahap pertama interaksi tidak diperbolehkan, karena hal ini dapat menyebabkan penguapan sebagian monomer dan pelanggaran rasio kuantitatif reagen yang berinteraksi.

Polimerisasi: fitur dan contoh

Proses ini ditandai dengan penggunaan satu monomer awal. Misalnya, dengan reaksi seperti itu dimungkinkan untuk memperoleh polietilen dari alkena awal.

Ciri polimerisasi adalah pembentukan molekul polimer besar dengan sejumlah unit struktural berulang.

Kesimpulan

Melalui polikondensasi dapat diperoleh banyak polimer yang banyak diminati di berbagai industri modern. Misalnya, resin fenol-formaldehida dapat diisolasi selama proses ini. Interaksi formaldehida dan fenol disertai dengan pembentukan senyawa antara (fenol alkohol) pada tahap pertama. Kemudian kondensasi diamati, mengarah pada produksi senyawa bermolekul tinggi - resin fenol-formaldehida.

Produk yang diperoleh dengan polikondensasi telah menemukan penerapannya dalam pembuatan banyak material modern. Fenoplastik berdasarkan koneksi ini, memiliki karakteristik insulasi termal yang sangat baik, sehingga diminati dalam konstruksi.

Poliester dan poliamida yang diperoleh melalui polikondensasi digunakan dalam pengobatan, teknologi, dan produksi kimia.

Poliamida. Mari kita perhatikan proses pembentukan poliamida, yang perwakilannya merupakan berbagai jenis nilon. Beberapa di antaranya dibentuk oleh kondensasi diamina dengan turunan kloro dari asam dikarboksilat. Misalnya, nilon-6,6 dibentuk dengan memanaskan heksana-1,6-dioil diklorida (asam adipat diklorida) dengan heksana-1,6-diamin:

Setiap monomer mengandung dua gugus fungsi. Proses ini disertai dengan pelepasan senyawa dengan berat molekul rendah – HC1. Komposisi unit dasar molekul polimer tidak sesuai dengan komposisi molekul monomer aslinya. Nilon-6,6 digunakan baik sebagai serat atau sebagai plastik (sikat, pembuatan roda gigi dan bagian dalam mekanisme, dll.).

Poliester juga merupakan produk polikondensasi. Mereka digunakan sebagai serat sintetis. Misalnya, “terylene” (“lavsan”, “dacron”) dibentuk dengan memanaskan 1,2-ethanediol (etilen glikol) dengan asam tereftalat. Kedua monomer ini bersifat bifungsional. Yang pertama adalah alkohol dihidrat, dan yang kedua adalah asam dikarboksilat:

Resin fenol-formaldehida diperoleh melalui reaksi polikondensasi fenol C6H5OH dan formaldehida CH2O. Tergantung pada rasio komponen dan kondisi proses polikondensasi, resin novolac atau resol terbentuk.

Resin Novolac dibentuk dengan sedikit kelebihan fenol dengan katalis - asam hidroklorik saat dipanaskan. Pertama, sebagian besar o-hidroksibenzil alkohol diperoleh, dan kemudian, sebagai hasil polikondensasinya, resin novolac diperoleh:

Resin resol diperoleh dengan sedikit formaldehida berlebih dengan katalis basa:

Ketika resin resol dipanaskan hingga 150–170°C, molekul rantai berikatan silang melalui jembatan CH2 dan struktur situs muncul:

Penyembuhan resin novolac dapat dilakukan dengan menambahkan pengeras - methenamine (CH2)6N4 dan pemanasan.

Contoh polimerisasi bertahap yang terjadi tanpa mengisolasi senyawa dengan berat molekul rendah adalah produksi poliuretan.

Skema reaksi produksi poliuretan linier:

Urea - resin urea-formaldehida dan melamin-formaldehida.

Urea juga mampu berkondensasi dengan formaldehida, menghasilkan resin urea-formaldehida. Reaksi berlangsung serupa dengan pembentukan resin fenol-formaldehida. Dalam hal ini, turunan mono dan dimetilol diperoleh, yang kemudian bereaksi dengan urea, membentuk struktur resin akhir:

Skema terakhirnya adalah sebagai berikut:

Atom hidrogen dari gugus imida polimer linier selanjutnya dapat digantikan oleh gugus metilol dengan adanya formaldehida berlebih:

Struktur produk akhir, seperti halnya kondensasi resin fenol-formaldehida, bergantung pada rasio urea dan formaldehida dalam campuran awal. Jadi, ketika polimer linier dipanaskan dengan adanya formaldehida berlebih, polimer tiga dimensi akan terbentuk:

Melanin dan formaldehida juga dapat bereaksi membentuk turunan metilol dari melamin:

Kondensasi turunan metilol melamin dengan melamin dalam jumlah besar menghasilkan polimer linier. Polimer ini, setelah kondensasi lebih lanjut dengan formaldehida berlebih, membentuk polimer jaringan tiga dimensi, tidak larut dalam banyak pelarut:

Resin urea-formaldehida dan melamin-formaldehida yang tidak berikatan silang larut dalam air dan digunakan sebagai pengikat, misalnya dalam produksi kayu lapis.

Resin melamin digunakan dalam produksi papan partikel dan papan serat.

Resin melamin-formaldehida memiliki ketahanan panas dan kelembapan yang lebih tinggi dibandingkan resin urea-formaldehida

Polimer epoksi

Polimer epoksi. - Ini adalah poliester sederhana. Salah satu polimer epoksi (atau resin epoksi) diperoleh dari etilklorohidrin dan bisfenol A. Reaksi dilakukan dalam epiklorohidrin berlebih

Selain bisphenol A, glikol, gliserin, resorsinol dan turunannya juga dapat digunakan.

Resin epoksi yang dihasilkan adalah cairan yang sangat kental atau padatan dengan titik leleh yang tinggi. Resin epoksi dapat disembuhkan lebih lanjut dengan menambahkan amina, polisulfida, dan poliamida. Resin epoksi memiliki aplikasi yang sangat luas dan bervariasi karena ketahanan kimianya dan daya rekat yang baik. Resin epoksi adalah perekat struktural. Setelah mengeras sepenuhnya, resin epoksi adalah bahan yang tahan lama, sehingga dapat digunakan untuk lantai bangunan industri sebagai senyawa penyegel.

Polimer sintetik diperoleh sebagai hasil reaksi polimerisasi, polikondensasi dan transformasi rantai makromolekul.

Polimerisasi adalah proses penggabungan jumlah besar molekul monomer akibat putusnya ikatan rangkap (C=C, C=O, C=N, C=C, dll) atau terbukanya cincin yang mengandung heteroatom (O, N, S). Selama polimerisasi, pembentukan dan pelepasan produk samping dengan berat molekul rendah biasanya tidak terjadi, akibatnya polimer dan monomer memiliki komposisi unsur yang sama.

Polikondensasi adalah proses penggabungan molekul dari satu atau lebih monomer yang mengandung dua atau lebih gugus fungsi (OH, COOH, COCl, NH 2, dll) satu sama lain, yang mampu interaksi kimia, di mana terjadi eliminasi produk dengan berat molekul rendah (H 2 O, HCl, dll.). Polimer yang diperoleh dengan metode polikondensasi tidak sesuai komposisi unsurnya dengan monomer aslinya, oleh karena itu struktur makromolekulnya dianggap dari sudut pandang unit berulang, bukan unit monomer.

Polimerisasi monomer dengan ikatan rangkap terjadi menurut hukum reaksi berantai sebagai akibat putusnya ikatan tak jenuh. Selama polimerisasi rantai, makromolekul terbentuk dengan sangat cepat dan segera memperoleh ukuran akhirnya.


Perbedaan mendasar antara polimerisasi rantai dan polimerisasi bertahap dan polikondensasi adalah bahwa pada berbagai tahap proses, campuran reaksi selalu terdiri dari monomer dan polimer dan tidak mengandung di-, tri-, atau tetramer. Dengan bertambahnya durasi reaksi, hanya jumlah makromolekul polimer yang bertambah, dan monomer dikonsumsi secara bertahap.Berat molekul polimer tidak bergantung pada derajat penyelesaian reaksi atau, dengan cara yang sama, pada konversi monomer. , yang hanya menentukan hasil polimer.

Banyak polimer tidak dapat diperoleh dengan polimerisasi atau polikondensasi, karena monomer awalnya tidak diketahui, atau monomer tidak dapat membentuk senyawa dengan berat molekul tinggi. Sintesis polimer tersebut dilakukan mulai dari senyawa bermolekul tinggi, makromolekulnya mengandung gugus fungsi reaktif. Berdasarkan gugus ini, polimer mengalami reaksi yang sama seperti senyawa bermolekul rendah yang mengandung gugus tersebut.



Transformasi gugus fungsi dalam polimer terjadi pada kecepatan yang lebih rendah dibandingkan zat dengan berat molekul rendah. Hal ini disebabkan pengaruh reaktivitas gugus fungsi polimer melalui struktur rantainya, faktor sterik, bentuk makromolekul (kumparan lepas atau padat), keadaan fasa polimer (kristal atau amorf), dan proses difusi. Faktor-faktor ini menentukan aksesibilitas gugus fungsi makromolekul terhadap reagen kimia.

Reaksi dalam rantai polimer dapat terjadi tanpa perubahan signifikan pada berat molekul polimer (yang disebut transformasi polimer-analog), dengan peningkatan berat molekul polimer (sintesis kopolimer cangkok dan blok) atau dengan penurunan berat molekul ( penghancuran makromolekul).

Transformasi analog-polimer adalah reaksi polimer dengan zat bermolekul rendah, sebagai akibatnya beberapa gugus fungsi digantikan dalam polimer oleh gugus fungsi lain tanpa mengubah panjang rantai utama makromolekul. Misalnya, polivinil alkohol tidak dapat diperoleh dengan mempolimerisasi monomer - vinil alkohol, karena vinil alkohol tidak stabil dan setelah produksi segera terisomerisasi menjadi asetaldehida:


Melalui reaksi transformasi serupa polimer, berbagai polivinil asetal, selulosa eter, dll. diproduksi di industri.

Reaksi dalam rantai polimer, disertai dengan perubahan berat molekulnya, terjadi dalam tiga kasus: ketika monomer berinteraksi dengan polimer yang berfungsi sebagai inisiatornya; selama interaksi berbagai polimer atau oligomer (interaksi interpolimer) karena gugus fungsi reaktif yang dikandungnya; selama rekombinasi (kombinasi) dua makroradikal yang timbul selama iradiasi atau aksi mekanis pada campuran polimer. Dalam industri, plastik polistiren dan ABS yang tahan benturan diproduksi melalui reaksi serupa.

Rusaknya polimer disertai dengan penurunan berat molekul akibat putusnya rantai utama makromolekul. Faktor penyebab kerusakan adalah panas, cahaya, oksigen, radiasi penetrasi, tekanan mekanis, dll. Selama penghancuran, berat molekul polimer berkurang dan sifat fisik dan mekaniknya menurun. Ketahanan polimer terhadap degradasi bergantung pada sifat polimernya struktur kimia, bentuk makromolekul, derajat kristalinitas, frekuensi jaringan spasial.

Reaksi penghancuran terjadi terutama melalui mekanisme radikal (lebih jarang ionik). Ada penghancuran termal, termo-oksidatif, fotokimia, radiasi, mekanis dan kimia. Reaksi penghancuran mendasari penuaan polimer, di mana polimer memburuk atau kehilangan sifat menguntungkannya.