Полиацителен, его свойства и особенности

Министерство образования и науки РФ Новосибирский Государственный Технический Университет Кафедра Химии и химической технологии Реферат по органической химии Выполнил: студент гр. ЭнБ-21

Кузнецова Ю.К.

Проверил: ст. преп. каф. ХХТ НГТУ Найденко Е. С Новосибирск- 2013 г.

• Введения
• 1. Формула полимера. Другие названия
• 2. Описание полимера
• 2.1 История
• 2.2 Место данного полимера в классификации полимеров
• 2.3 Строение
• 2.4 Получение
• 3. Свойства (физические и химические)
• 4. Приминение
• Заключение
• Введения
• Высокомолекулярные соединения — химические вещества с большой молекулярной массой, обладающие особыми свойствами. В молекулах, которых атомы соединены между собой обычными ковалентными связями, такие молекулы называются макромолекулами (мегамолекулами) — полимерами.
• По происхождению и составу ВМС бывают следующих видов:
• Элементорганические («полуорганические») ВМС являются промежуточной группой между органическими и неорганическими.
• По методам получения полимеры делятся: природные; синтетические; искусственные, которые получены путем химической модификации природных полимеров (например, эфиры целлюлозы).
• По построению: линейные — с протяженной полимерной цепью; разветвленные; сшитые — трехмерные.
• По характеру построения полимерной цепи: карбоцепные — полимерная цепь состоит из атомов углерода (полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилацетат и т. д.); гетероцепныеполимерная цепь содержит кроме атомов углерода другие атомыO, N, S и др. С органической цепьюполимеры содержат в цепи органогенные элементы. С неорганической цепью — полимеры содержат в цепи «неорганические» элементы и органические боковые группы.
• Названия карбоцепных полимеров составляют из названий исходного мономера и приставки поли- (полиэтилен, полистирол). Гетероцепные полимеры называют, по названию класса соединений с приставкой поли — (полиэфиры, полиамиды).
• Методы получения полимеров и их превращений.

1) Реакция полимеризации

2) например, реакция образования полиэтилена из этилена

nСН₂ = СН₂ > (-СН₂ - СН_2-)_n;

3) Реакция поликонденсации

4) например, реакция образования фенол-формальдегидной смолы из фенола и формальдегида

2n С₆Н₅ОН + nСН₂О > [- С₆Н₃ (ОН) — СН₂ — С₆Н₃ (ОН) -]_n + 2nН₂О.

В реакциях полимеризации рост полимерной цепи осуществляется за счет разрыва двойных или тройных связей в молекуле мономера. В реакциях поликонденсации образование макромолекулы происходит за счет взаимодействия функциональных групп, при этом всегда образуются побочные продукты.

Реакции сшивания. Это реакции образования поперечных химических связей между макромолекулами с образованием пространственной сетки. В резиновой промышленности эти реакции называются вулканизацией, в промышленности — отверждением. При небольшом количестве поперечных связей (редкая сетка) получаются мягкие эластичные продукты, т. е. если степень сшивки полимера невысока, он сохраняет свою растворимость. Большое количество сшивок приводит к формированию очень жесткой структуры. Поперечные связи могут образовываться между атомами углерода без добавления каких-либо веществ или при помощи вулканизаторов или отвердителей. Сера в каучуках — резина и эбонит (от 3 до 32% масс.). Так как при высокой плотности поперечно-сшивающих связей образуется нерастворимая трехмерная сетчатая структура, то такие сильно сшитые материалы получают в результате термообработки, и они называются термореактивными или термоотвержденными. Продукты — неплавкие и нерастворимые.

Полимеры, у которых при нагревании не образуется поперечных связей, которые сохраняют свою растворимость и способность к плавлению, называются термопластичными.

1. Формула полимера. Другие названия

ПОЛИАЦЕТИЛЕН

[—CH=CH-]_n Или (CH)_n

полимер ацетилена или купрен.

2. Описание полимера

Твердый реактопласт; в зависимости от метода получения — черный порошок, сероватый пористый материал, серебристые или золотистые пленки.

2.1 История

Впервые получен Дж. Наттой в 1957 г.

2.2 Место данного полимера в классификации полимеров

Полиацителен относится к высокомолекулярным соединениям с сопряженной системой связей

2.3 Строение

Полиацетилен — полупроводник (уд. электропроводность 10−7 и 10−3 Ом-1· м-1 соотв. для циси транс-форм). Электронная структура транс-формы полиацетилена характеризуется наличием неспаренных электронов, что объясняется нарушением чередования одинарных идвойных связей в цепи. Подвижность таких дефектов определяет большинство электрофиз. характеристик полиацетилена.

полиацителен полимер ацетилен

2.4 Получение

Получают полиацетилен полимеризацией ацетилена или полимерана-логичными превращениями из насыщенных полимеров.

Реакция полимеризации:

nHC?CH> (HC=CH)_n

Основные методы:

1)пропускание ацетилена над реактором катализатора Al (C₂H₅)₃-Ti (OC₄H₉)₄ в органическом растворителе (напр., гептан, толуол) при т-рах от -80⁰C до 180⁰C. Полиацетилен формируется на поверхности раствора в виде пленки, состоящей из фибрилл диаметром 20−50 нм; плотность 0,4−0,7 г/см³.

2) Пропускание ацетилена в р-р катализатора Со (NO ₃)₂-NaBH₄ в C₂H₅OH при т-рах от -70⁰C до -40⁰C. Полиацетилен образуется в виде геля или суспензии, из которых можно формовать пленки поливом, напылением, фильтрованием и др. способами. Пленки состоят из фибрилл, близких по структуре к полученным по первому методу; плотн. 0,3−0,7 г/см³. Обоими методами пленки полиацетилен можно получать на поверхностях различных материалов, нанося на них тонкие слои раствора катализатора, над которыми пропускают ацетилен. Первый метод предложен Ш. Ширакавой с сотрудниками в 1971, второй-Jl. Латинжером в 1960.

3) Двустадийный метод, предложенный Дж. Эдуардсом и В. Фестом из г. Дарем в 1980. Вначале получают форполимер полимеризацией 6,8-бис-(трифторметил)три-цикло[4.2.2.0]дека-7,9-триена в присутствие WCl₆-(CH₃)₄Sn в хлорбензоле. Из форполимера поливом формуют пленки, к-рые подвергают нагреванию; при 40−100⁰C от форполимера отщепляется 1,2-бис-(трифторметил)бензол и образуется полиацетилен. Пленки полиацетилена имеют низкую кристалличность, не-фибриллярную морфологию; плотность= 1,05 г/см³.

Все три метода были многократно модифицированы, однако в литературе полиацетилены, полученные этими методами, принято называть ширакавским, латинжеровски м и дурхемовским.

3. Свойства (физические и химические)

Плотность полиацетилена = 0,04−1,1 г/см, степень кристалличности 0−95%. Известны циси транс-формы полиацетилена; цис-форма при нагр. до 100−150⁰C переходит в транс-форму. Полиацетилен не растворим ни в одном из известных органических растворителей.

Электрофиз. и хим. св-ва зависят от метода получения и морфологии полиацетилена. Наиб. подробно изучены пленки. Последние (полиацетилен цис-формы)могут вытягиваться под нагрузкой 15−20 МПа (макс. удлинение в 8 раз). Прочность пленок до 38 МПа. Полиацетилен — полупроводник (уд. электропроводность 10^-7 и 10^-3 Ом^-1· м^-1 соотв. для циси транс-форм). Электронная структура транс-формы полиацетилена характеризуется наличием неспаренных электронов, что объясняется нарушением чередования одинарных и двойных связей в цепи. Подвижность таких дефектов определяет большинство электрофизических характеристик полиацетилена.

Допирование полиацетилена (введение небольших кол-в примесей) осуществляется при его взаимодействие с сильными донорами или акцепторами электронов. В результате изменяется структура полиацетилена и его электропроводность приближается к электропроводности металла

Применяют в основном химические и электрохимические методы допирования. По первому из них пленки полиацетилена обычно обрабатывают парами допирующего агента или погружают в него раствор. Допирующими агентами служат щелочные металлы, галогены, кислоты Льюиса. По второму методу через растворы солей пропускают постоянный электрический ток, используя в качестве электродов пленки полиацетилена.

В обоих случаях протекают окислительно.-восстановительные реакции, например:

Электрохимические ячейки с электродами из пленок полиацетилена обладают большой электрохимической емкостью и плотностью тока. Например, для ячейки полиацетилен — Li с электролитом LiClO₄ в пропиленкарбонате электрохимическая емкость в пересчете на полимерный электрод составляет 250 (Вт · ч)/кг, плотн. тока 50−200 мА/см².

Параметры кристаллической структуры допированного полиацетилена зависят от типа допирующего агента, но в большинстве случаев они близки соед. включения графита Электропроводность допированного полиацетилена также зависит от типа допирующего агента и увеличивается с глубиной допирования. Макс. электропроводность, равная 1,5· 10⁷ Oм^-1м^-1, получена у полиацетилена, допированного I₂.

4. Применение

Полиацетилен можно применять для создания источников тока и ионных конденсаторов, работающих на принципе электрохимического допирования, как фотопреобразователи и солнечные батареи, заменители цветных металлов. Однако из-за трудностей переработки и в связи с изменением свойств со временем полиацетилены пока не нашли широкого практического применения. Создание перерабатываемых полиацетиленов связано в основном с получением привитых и блок-сополимеров полиацетиленов и композиций полиацетиленов с насыщеными полимерами.

Заключение

Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путем, но основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакции полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Название полимер образуются из названия мономера с приставкой поли -: полиэтилен, полипропилен, полиацетилен и т. п.

Полиацетилен интересен тем, что введением в него определенных добавок (допирование) можно получить электропроводящий полимер с металлическими свойствами. Преимущество полиацетилена в том что его прочность составляет 38 МПа, что превышает нормальное атмосферное давление в 380 раз. Полиацетилен можно использовать в фотопреобразователях и солнечных батареях, но из-за трудностей его получения, широкого применения он не имеет.