Какие неорганические полимеры вам известны что общего в их строении: 10 Какие неорганические полимеры вам известны? Что общего в их строении? Какую роль они играют в неживой природе?

alexxlab | 14.11.1985 | 0 | Разное

Содержание

Учебно-методический комплекс по химии на тему: “Полимеры”

Управление образования и науки Тамбовской области

ТОГБОУ СПО «Многоотраслевой техникум»

УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ № 52

Предмет: Химия

Тема: Полимеры

Вид занятия, тип урока: урок комплексного применения знаний

Цели урока:

  • Образовательные: создать условия для изучения основных характеристик полимеров: состав, классификация, физические свойства, практическое значение.

  • Развивающие: продолжить формирование умений сравнивать, анализировать, делать выводы, устанавливать причинно – следственные связи, развивать интерес к химии, опираясь на интерес к другим учебным предметам (межпредметные связи).

  • Воспитательные: развитие чувства ответственности за порученное дело, прививать навыки коллективной работы и товарищеской взаимопомощи.

Межпредметные связи:

Материально – техническое и

методическое обеспечение занятия

Наглядные пособия: коллекция “Полимеры”, набор бытовых предметов из полимеров

Раздаточный материал: Карточки

Технические средства обучения: компьютер, презентация

Место проведения занятия: кабинет №44

Литература:

Основная:

Габриелян, О. С. Химия: органическая химия [Текст] : учеб. для 10 кл.общеобразоват. учреждений /

Дополнительная:

  1. Габриелян, О. С. Общая химия в тестах, задачах, упражнениях 11 класс [Текст] учеб. пособие для общеобразоват. учреждений / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, А. Г.Введенская. – 3-е изд., стер. – М. : Дрофа, 2005. – 303 с.

Ход работы (структура и содержание)

Элементы занятий и узловые вопросы рабочей программы

Метод обучения

Время

примечания

1

Организационная часть.

Проверка готовности группы и аудитории к занятию, проверка посещаемости, запись в журнале.

Преподаватель настраивает класс на работу

2-5 минут

Обучающиеся приветствуют преподавателя, отвечают на его вопросы, настраиваются на рабату на уроке.

2

Контроль знаний студентов.

Цель: проверить правильность, полноту и осознанность приобретённых ранее знаний; мотивировать и мобилизовать силы учеников, стимулировать их к успеху; формирование настойчивости и дисциплинированности.

1.На доске уравнение реакции. Указать данные понятия на основе написанного уравнения.

n CH2 = CH2 (-CH2 – CH2-) n

2. Внимание, полимеры могут иметь ещё и другие названия. Например, ВМС – высокомолекулярные соединения.

Объясните происхождение данного слова.

3.Как найти молекулярную массу полимера, например, полиэтилена, формула которого (- СН2-СН2-)n

4.Имеют ли полимеры определенную температуру плавления?

Фронтальная беседа. Вопросы помогают активизировать ребят.

10 мин.

Обучающиеся находят определение в учебнике и рабочей тетради.

2.Полимеры имеют большую молекулярную массу.

3.Mr = 28n

4. Т.к., n – величина переменная, то и масса полимера будет разной, отсюда все полимеры не имеют определённой температуры плавления.

Совместно с учителем делают вывод.

3

Сообщение темы занятия. «Полимеры»

Мотивация.

Начало XX века ознаменовалось и тем, что учёными химиками был внедрён способ промышленного получения полимеров. Большинство полимеров были синтезированы в ХХ веке. Поэтому его по праву можно назвать веком полимеров.

Полимеры приобретают всё большее значение в развитии всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, медицины. Они – важный фактор ускорения научно-технического прогресса в стране. Поэтому целью нашего урока является запомнить основные способы получения полимеров и повторить их классификацию, уметь определять по формуле мономера способ получения полимера и по строению последнего некоторые его физические характеристики, уметь описывать физические свойства.

Преподаватель объясняет материал, дает понятия, акцентирует внимание, побуждает учащихся к познавательной деятельности

3-5 мин.

Обучающиеся записывают тему в тетрадь

4

Объяснение нового материала.

1. И так, слово полимер. В переводе с греческого «поли» – много, «мерос» – часть.

На доске – основные понятия данной темы и их определения. Соотнесите термины и их определения.

Приложение 1.

Способы получения полимеров

Полимеризация Поликонденсация

На столах имеются карточки-таблицы под номерами 1 и 2.(см. приложение №2)

2.Рассмотрите таблицу на карточке №1 и ответьте на вопрос: Какими особенностями строения молекулы должны обладать мономеры, вступающие в реакцию полимеризации?

(Это должны быть непредельные соединения, содержащие двойные или тройные связи:

)

К какому типу относится данная химическая реакции ? (Присоединения )

3.Рассмотрите таблицу на карточке №2 и ответьте на вопрос.

Какими особенностями строения молекулы должны обладать мономеры, вступающие в реакцию поликонденсации?

(В поликонденсацию могут вступать соединения, содержащие не менее двух функциональных групп, способных к химическому взаимодействию).

4. К какому типу относится данная химическая реакция?( Замещения)

Поговорим о классификации полимеров.

Классификация полимеров.

Перед вами лежат: деревянная линейка, пластмассовый треугольник, клубок шерсти, бумага. Скажите, что объединяет все эти предметы, и найдите среди них лишний.

Объясняет материал, организует взаимодействие, активизирует познавательную деятельность, развивает умение самостоятельно анализировать полученный материал.

5-10 мин.

Полимеры – вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок и имеющие большую молекулярную массу.

Мономеры – низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

Структурное звено – повторяющаяся группа атомов.

Степень полимеризации – число, показывающее количество элементарных звеньев в молекуле полимера

Внимательно слушают объяснение учителя, делают совместные выводы, систематизируют знания и записывают их в таблицу

Все предметы состоят из ВМС, но пластмасса – синтетический полимер, а дерево, шерсть, бумага – природные

5

Самостоятельная работа обучающихся Самостоятельная работа с учебником и раздаточным материалом.

Обучающиеся получают «Технологическую карту» , самостоятельно изучают, анализируют текст и отвечают на вопросы, используя текст учебника.

Химия О.С. Габриелян &7 стр.54 – 67

Преподаватель фронтально контролирует работу с раздаточным материалом.

Фронтальный письменный опрос

Преподаватель консультирует учащихся в процессе выполнения работы.

45 мин.

Самостоятельная аналитическая работа обучающихся.

Демонстрируют умение работать в группе, систематизировать материал, работать с картой, анализировать исторические источники, делать аргументированные выводы, грамотно строить устную речь.

Совместно с учителем делают вывод.

6

Закрепление материала.

Знакомство с видами пластмасс и их влиянием на здоровье человека по информационной таблице (имеется у каждого ученика)

«Виды пластмасс и их маркировка»

– Назовите пластмассы, с которыми вы ознакомились.

– Давайте обратимся к выставке изделий из пластмасс и определим по маркировке названия пластмасс.

– Что вы можете сказать об их влиянии на здоровье человека?

Студенты отвечают на поставленные вопросы.

Разработка рекомендаций по использованию пластмасс в быту.

Учитель:

Давайте разработаем рекомендации людям, заботящимся о своем здоровье

  1. Провести ревизию пластмассовых контейнеров и избавиться от всех, кроме изделий из полипропилена (цифра 5 или маркировка PP).

  2. Отдать предпочтение изделиям из стекла, дерева, металла.

  3. Внимательно отнестись к игрушкам из пластмассы, особенно для маленьких детей.

  4. Убедитесь, что продукция имеет сертификаты соответствия гигиеническим нормам.

  5. Покупая очередное изделие из пластмассы, возьмем за правило понюхать его.

(это просто и займёт буквально секунду, которой будет достаточно для того, чтобы уловить неприятный запах, но если он есть, то от покупки даже простой расчески для волос следует отказаться).

Подведение итогов занятия.

Как видим, в современной жизни полимеры имеют большое значение. Полимеры необходимы для существования живых систем, но многие пластмассы оказывают вредное воздействие на здоровье человека. Поэтому при использовании полимеров надо пользоваться нашими рекомендациями.

А почему синтетические полимеры называют «бессмертными жителями» Земли?

Фронтальный опрос. Преподаватель подводит к выводу, обобщает материал.

Предложения групп записываются на доске, из них собирается памятка.

3-5 мин.

Совместно с преподавателем делают вывод.

Для них не находится подходящих организмов, которые бы разрушили его до простых неорганических соединений, поэтому они почти не включаются в круговорот веществ.

7

Задание на дом. П. 7 стр.54 – 67, конспект.

  • Вопрос: как учёные решают проблему утилизации отходов из полимеров?

  • Используя, маркировку составьте список пластмасс, которые не наносят вред здоровью человека.

2-5 минут

8

Заключение по уроку.

Анализ работы группы на занятии.

Оценка работы учащихся.

2-5 минут

Преподаватель___________________________________Кочегарова Г.Ю.

Приложение 1.

МОНОМЕРЫ

Вещества, молекулы которых состоят из постоянно повторяющихся групп атомов.

ПОЛИМЕРЫ

Низкомолекулярные вещества, из которых образуются полимеры.

СТЕПЕНЬ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

Повторяющаяся группа атомов в молекуле.

СТРУКТУРНОЕ ЗВЕНО

Количество повторяющихся групп атомов

Приложение 2.

Знакомство с видами пластмасс и их влиянием на здоровье человека по информационной таблице (имеется у каждого ученика).

Буквенная маркировка

Название пластмассы

Влияние на здоровье человека

 

полиэтилентерефталат

подходит только для однократного применения, при повтором применении могут выделяться вредные вещества. 

 

полиэтилен высокой плотности

считается относительно безопасным, хотя из него может выделяться формальдегид. 

 

поливинилхлорид

запрещен для пищевого применения, т.к. выделяет канцерогенные вещества. 

полиэтилен низкой плотности

относительно безопасен для пищевого применения, в редких случаях может выделять формальдегид, полиэтиленовые пакеты не столь опасны для здоровья человека, сколь опасны для экологии планеты. 

полипропилен

довольно безопасен, но при определенных условиях может выделять формальдегид. 

полистирол

может выделять стирол, поэтому одноразовая посуда и называется одноразовой.

Виды пластмасс и их маркировка

Справочные данные:

Стирол вызывает заболевания сердца, оказывает сильное воздействие на печень, вызывая токсический гепатит.

Формальдегид, фенолформальдегид – канцерогенные, токсичные вещества. Выделяясь, раздражают горло, бронхи, слизистую оболочку глаз, снижают иммунитет.

Приложение 3.

Технологическая карта урока.

Тема: Полимеры.

Прочитайте параграф 7 (стр.54 – 67) учебника Химия 11 кл. О.С. Габриелян и выполните задания.

Используя текст учебника на стр. 54 – 67 ответьте на вопросы и выпишите ответы в рабочую тетрадь.

1.Что относится к биополимерам?

2.Дать определение пластмассы.

3.На какие две группы делятся пластмассы? Дать им определения и привести примеры из таблицы 3 стр.58.

4.Что такое волокна? На какие группы их делят? Стр.60 – 63.

5.Какие неорганические полимеры вам известны? Что общего в их строении?

6. Ознакомьтесь с видами пластмасс и их маркировкой и ответьте на вопросы:

– Назовите пластмассы, с которыми вы ознакомились.CP. Предельно неполярной связью является ковалентная связь, образованная одинаковыми атомами, например в молекулах Н?; Ог; С12. В первом случае электрон переводит от одного атома к другому, а во втором—электронное облако совершенно симметрично относительно ядер обоих атомов. Все остальные связи занимают промежуточное положение. Так, ковалентная связь, образованная различными атомами, например НС1 или HF, полярна, так как вероятность пребывания электронов, образующих связь, в поле ядер разных атомов неодинакова, поскольку атомы имеют разное сродство к электрону. Атом хлора имеет большее сродство к электрону, чем атом водорода, поэтому средняя плотность электронного облака у атома хлора выше, чем у атома водорода. Вследствие этого молекула приобретает определенный электрический, или дипольный момент р0 , численно равный произведению электрического заряда q на расстояние между зарядами /:

Расстояние между зарядами равно приблизительно а вели¬
чина самих зарядов — около (0Н0 зл.-ст. ед. Поэтому днпольиые моменты молекул имеют величины порядка Ю-8 • 10-/в= (0′,в эл.-ст. -ед. > см (I дебай). Значения дипольных моментов могут лежать в пределах от нуля до 10 дебай.
У симметрично построенных молекул (Н2, Cl2, СН4, СгНе и др.) днпольный момент равен нулю (juio = 0) – Все алифатические углеводороды построены симметричио, поэтому их динольньгй момент равен нулю (неполярные молекулы). Молекула воды построена Iнесимметрично, это дипольная (полярная) молекула. Ее диполь-ный момент равен 1,84 *10-18 эл.-ст. ед. -см.
В связях С—ОН, С—СООН, С—Nh3, С—С1, С—F электронная плотность распределена несимметрично —это так называемые полярные Связи. При введении в молекулу таких полярных связей (если они взаимно не компенсируются) соединение приобретает днпольный момент.
Полимерные углеводороды неполярны. К их числу относятся: полиэтилен, полипропилен, полибутадиен, полиизопреи, полиизобу-тилеп. К наиболее полярным полимерам относятся поливиниловый -спирт, целлюлоза, крахмал, содержащие большое число полярных

Химические вещества в клетке. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс): уроки, тесты, задания.

1. Химические элементы клетки

Сложность: лёгкое

2
2. Гидрофильные и гидрофобные вещества

Сложность: лёгкое

2
3. Структура молекулы белка

Сложность: лёгкое

2
4. Ускорители процессов в клетке

Сложность: среднее

3
5. Углеводы и липиды

Сложность: среднее

3
6. Роль воды в клетке

Сложность: среднее

3
7. Нуклеиновые кислоты

Сложность: лёгкое

1
8. Нуклеотиды

Сложность: среднее

3
9. Роль минеральных веществ в клетке

Сложность: среднее

3
10. Мономеры органических веществ

Сложность: сложное

3

Неорганический полимер – обзор

2.6 Поведение угольного зольного стекла при образовании IPC

IPC синтезируются путем растворения фаз, богатых алюмосиликатом, из сырья, включая угольную золу-унос. Как обсуждалось, преобладающими фазами в летучей золе угля с низким содержанием кальция являются алюмосиликатные стекла с разделением фаз, некоторые из которых обычно кристаллизуются с образованием муллита. Также могут присутствовать небольшие количества кварца, аморфных и кристаллических фаз, богатых железом, и фаз, богатых кальцием.

Растворение минералов и стекол хорошо изучено для многих систем, включая поведение силикатных и алюмосиликатных стекол в сильно щелочных условиях (Nordberg, 1964; Doremus, 1973; Shelby, 2005). Различие между кристаллическим материалом и аморфным материалом важно при рассмотрении поведения при растворении. Ранее указывалось, что летучая зола угля содержит некоторые кристаллические фазы, такие как кварц и муллит, и что эти фазы считаются инертными (Criado et al ., 2005, Фернандес-Хименес и др. ., 2006). Это связано с тем, что скорость их реакции в щелочно-силикатных растворах считается чрезвычайно низкой по сравнению с аморфными материалами; кристаллические материалы, присутствующие в сырье, всегда наблюдаются с помощью XRD в IPC в аналогичных количествах, даже после длительного отверждения (Lee and van Deventer, 2002).

Константа скорости гидролиза стекловидного кремнезема более чем в 45 раз выше, чем у кварца (Iler, 1979), и эта разница не преодолевается с помощью сильнощелочных растворов.Если рассматривать структуры кристаллического кремнезема и аморфного кремнезема, не сразу становится очевидным, почему один должен быть более реактивным, чем другой (рис. 2.4).

2.4. Схематические изображения в двух измерениях структуры (а) кристаллического кремнезема, (б) стекловидного кремнезема. Полые кружки – атомы Si, закрашенные кружки – атомы O.

After Hemmings and Berry (1987)

В полиморфных модификациях кристаллического кремнезема есть регулярные повторяющиеся звенья; каждый кремний связан с четырьмя атомами кислорода в тетраэдрах SiO 4 (за исключением стишовита, который имеет октаэдры SiO 6 ).Каждый из атомов кислорода связан с двумя атомами кремния в трехмерной структуре, обладающей дальним порядком. Расплав кремнезема, охлаждаемый достаточно быстро для получения стекловидного кремнезема, также содержит почти идентичные тетраэдры SiO 4 . Эти тетраэдры обладают высокой степенью внутреннего порядка, поэтому ближний порядок сохраняется. Беспорядок в аморфной структуре возникает из-за изменчивости угла Si-O-Si, соединяющего соседние тетраэдры. Дополнительный беспорядок вносится вращением соседних тетраэдров вокруг точки, занятой атомом кислорода, связывающего тетраэдры, а также вращением тетраэдров вокруг линии, соединяющей связывающий кислород с одним из атомов кремния (Hemmings and Berry, 1987; Shelby, 2005 ).В результате дальний порядок теряется как угол Si-O-Si, и повороты теперь описываются распределением значений, а не отдельными значениями, обнаруженными в кристаллических решетках. Это также делает стекла рентгеноаморфными.

Дифракционные исследования показали, что существует небольшая разница в кратчайших расстояниях Si-O и O-O аморфного и кристаллического кремнезема, что свидетельствует о высокой степени упорядоченности в пределах короткого диапазона, представленного основным тетраэдрическим строительным блоком SiO 4 .Однако при наблюдении расстояний между атомами кремнезема в центрах связанных тетраэдров обнаруживается диапазон значений в аморфной структуре в результате распределения по валентным углам. Распределения становятся шире при наблюдении расстояний между атомами кремния и вторым ближайшим кислородом и т. Д. (Shelby, 2005).

Считается, что валентные углы Si-O-Si находятся в диапазоне от 120 ° до 180 ° с максимумом около 147 ° (Кларк и др. ., 2004), хотя большинство из них, как полагают, лежат в пределах ± 10% от 144 °. (Шелби, 2005).Шелби далее отмечает, что структура стекловидного кремнезема, таким образом, имеет области сильно напряженных связей и дефектов, таких как кислородные вакансии, представленные связями Si-Si, и пероксидефекты, представленные связями Si-O-O-Si. Эти сильно натянутые связи ослабляют устойчивость стекла к воде и ряду агрессивных агентов, включая щелочные растворы. Это отличается от очень упорядоченных связей, присутствующих в кристаллических материалах, которые, хотя в конечном итоге будут реагировать, считается, что они мало способствуют образованию IPC.

Алюмосиликатные стекла также имеют напряженные связи, кислородные вакансии и пероксильные связи. Стекла, присутствующие в летучей золе с низким содержанием кальция, в основном относятся к бинарной системе SiO 2 -Al 2 O 3 . Благодаря соотношению алюминия и кремния стекла являются результатом разделения фаз на фазу, богатую стекловидным кремнеземом, и фазу, богатую стекловидным оксидом алюминия. стекловидная фаза, богатая диоксидом кремния, имеет по существу такую ​​же структуру, как описано ранее (рис. 2.4), хотя может содержать небольшое количество алюминия.Структура фазы, богатой оксидом алюминия, менее изучена, и о ее поведении в щелочных растворах не сообщалось.

Морикава и др. . (1982) обнаружили, что фаза, богатая оксидом алюминия, в алюмосиликатных стеклах имеет ближний порядок, подобный кристаллической структуре муллита. Кришнан и его сотрудники сообщили о первых измерениях атомной структуры жидкого Al 6 Si 2 O 13 , полученных с помощью дифракции рентгеновских лучей (Кришнан и др. ., 2000). их исследования обнаружили тенденцию к образованию октаэдрически координированных атомов алюминия и тетраэдрически координированных атомов кремния и, возможно, тенденцию к трикластеризации групп SiO 4 . Три-кластеризация групп SiO 4 приводит к разделению фаз на атомном уровне и может иметь последствия для реакционной способности. Дальнейшая работа Винклера и Хорбаха (2004) и Линь и Хоанг (2007) также предоставляет доказательства наличия трех кластеров как алюминия, так и кремния.

Хотя в настоящее время не существует общепринятой структурной модели для стекла с составом, близким к муллиту, существует общее мнение, что структура является сложной и сама может быть разделена по фазам из-за тенденции атомов к кластеризации, хотя и на атомном уровне. уровень.

Растворение стекол на основе диоксида кремния в растворах с высоким pH отличается от их поведения в нейтральных или кислых растворах. Часть угольной летучей золы, реагирующая с щелочами, обычно оценивается путем растворения летучей золы в кислых растворах, в частности растворения в фтористоводородной кислоте (Fernández-Jiminez et al ., 2006). Однако это не обязательно точно, поскольку, хотя стекла в некоторой степени растворяются как в кислых, так и в щелочных растворах, способ их растворения и то, что растворяется, могут различаться.

Сначала рассмотрим реакцию кварцевого стекла в воде. Вода разрушает кремний-кислородную связь в кварцевом стекле следующим образом (Doremus, 1973; Xiao and Lasaga, 1996):

2,1

В результате соседние пары силанольных групп очень неподвижны. Для продолжения реакции и растворения молекулы воды должны продолжать разрывать кремний-кислородные связи.Растворимость аморфного кремнезема в воде при 25 ° C довольно низкая, и кинетика была изучена (Doremus, 1973).

Реакция молекул воды с кремний-кислородными связями могла бы происходить непосредственно на поверхности кремнезема, но если бы это было так, то наблюдалась бы постоянная скорость растворения, контролируемая поверхностной химической реакцией. Однако это не так (Doremus, 1973). Также было обнаружено, что более крупные молекулярные единицы, по-видимому, сначала растворяются и гидролизуются лишь медленно до равновесной мономолекулярной формы Si (OH) 4 , обнаруживаемой в нейтральных растворах, что еще больше усложняет дело (Doremus, 1973).

Однако, когда pH раствора увеличивается, диффузия молекул воды в структуру больше не становится этапом контроля скорости, поскольку поверхность растворяется слишком быстро. При высоком pH ионизация силанольных групп происходит быстро:

2,2Si (OH) 4 + OH − ⇌Si (Oh4) O− + h3O

Таким образом, оставшиеся связи кремний-кислород ослаблены и более подвержены атаке со стороны молекул воды. , и происходит быстрое растворение (Doremus, 1973; Xiao, Lasaga, 1996; Shelby, 2005). Скорость растворения кварцевого стекла при высоких значениях pH не сильно отличается от скорости растворения щелочно-силикатных стекол (Doremus, 1973).Высокий pH активирующего раствора вызывает такое быстрое разрушение кремний-кислородных связей, что немостиковые атомы кислорода в щелочно-силикатных стеклах практически не улучшают. Таким образом, можно ожидать, что богатые диоксидом кремния фазы, присутствующие в летучей золе угля, будут быстро растворяться в щелочных растворах.

Сообщается, что добавление оксида алюминия к стеклу снижает скорость растворения в щелочных растворах, хотя причины неясны (Nordberg, 1964; Doremus, 1973). Дальнейшее изучение литературы показало, что все исследования щелочного растворения алюмосиликатных стекол почти всегда относятся к кварцевым стеклам, содержащим алюминий со сбалансированным зарядом (Nordberg, 1964; Doremus, 1973; Shelby, 2005).Силикатное стекло с высоким содержанием алюминия и составом, близким к муллиту, которое содержится в алюмосиликатных стеклах с фазовым разделением, имеет структуру, совершенно отличную от силикатных стекол, содержащих алюминий со сбалансированным зарядом. Предварительное исследование, проведенное Keyte (2008), не обнаружило никаких доказательств того, что скорость растворения стекла с высоким содержанием алюминия с составом Al 6 Si 2 O 13 отличается от скорости растворения стекла с состав близок к SiO 2 .

Поскольку стеклянная фаза с составом, близким к Al 6 Si 2 O 13 , будет в некоторой степени кристаллизоваться в большинстве летучей золы угля, количество алюминия, которое может раствориться, может значительно варьироваться в зависимости от различных источников золы. Это повлияет на соотношение кремния и алюминия в образующемся геле и, в конечном итоге, на прочность связующего IPC. Было показано, что прочность на сжатие IPC является функцией отношения Si / Al (Rowles and O’Connor, 2003; Duxson et al ., 2005), и общепринято, что отношения, превышающие примерно 2,5, приводят к плохим механическим свойствам. IPC, полученные из летучей золы угля с низким содержанием алюминия, могут иметь плохие механические свойства.

Стекло – это полимер?

Ключевые слова:
аморфный, кристалл


Стекло на молекулярном уровне

Мы время от времени говорим о стекле, когда обсуждаем полимеры, особенно когда мы говорим о композитах материалы. Стекловолокно часто используется для армирующие полимеры.Но что это за штука называется стеклом? Мы используем его с полимеров, очевидно, много, но является ли стекло полимером?

Прежде чем мы займемся этим вопросом, давайте посмотрим, что такое стекло. Стекло высочайшего качества имеет химическую формулу SiO 2 . Но это заблуждение. Эта формула вызывает в воображении идеи о маленьких молекулах диоксида кремния, аналогичных молекулам диоксида углерода. Но маленьких молекул диоксида кремния не существует.

Вместо этого в природе SiO 2 часто встречается в виде кристаллического твердого вещества со структурой, как вы видите справа.Каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, конечно, тетраэдрически; и каждый атом кислорода связан с двумя атомами кремния. Когда SiO 2 находится в этой кристаллической форме, мы называем его кремнеземом . Вы уже видели кремнезем. Когда вы находите его большие хонкинские кристаллы, мы называем его кварцем. Когда у нас много маленьких крошечных кристаллов, мы называем это песком.

Но этот кремнезем не стекло. Сначала мы должны что-то сделать с ним, чтобы он превратился в стекло. Мы должны нагреть его, пока он не растает, а затем очень быстро остудить.Когда он плавится, атомы кремния и кислорода вырываются из своей кристаллической структуры. Если бы мы охлаждали его медленно, атомы медленно выстраивались бы обратно в свою кристаллическую структуру по мере замедления. (Помните, что тепло – это просто случайное движение атомов и молекул. Горячие атомы движутся много, холодные – очень мало.)

Но если мы охладим его достаточно быстро, атомы кремнезема, так сказать, остановятся на своем пути. У них не будет времени выстроиться в очередь, и они застрянут в любом старом расположении.Они будут выглядеть примерно так: v

Как видите, в расположении атомов нет никакого порядка. Мы называем такие материалы аморфными . Это стекло, из которого делают линзы телескопов и тому подобное. У него очень хорошие оптические свойства, но он хрупкий. Для повседневного использования нам нужно что-то покрепче. Большинство стекла делают из песка, и когда мы плавим песок, мы обычно добавляем немного карбоната натрия. Это дает нам более прочное стекло со структурой, которая выглядит следующим образом:

Это стекло, которое вы видите каждый день в банках и окнах, и это стекло используется в композитах.Фактически, его раньше называли «содовым стеклом», чтобы отличить его от кварца.

Так это полимер или нет? Обычно это не считается таковым. Почему? Кто-то может сказать, что он неорганический, а полимеры обычно органические. Но есть много неорганических полимеров. Например, что насчет полисилоксанов? Эти линейные и да, неорганические материалы имеют структуру, очень похожую на стекло, и считаются полимерами. Взгляните на полисилоксан:

Так что насчет сшивки?

В каком-то смысле стекло можно рассматривать как полисилоксан с высокой степенью сшивки.Но обычно мы так не думаем. Почему нет? Вероятно, потому что даже в сильно сшитой системе вы все равно можете отследить полимерную цепь и увидеть, где находятся сшивки. Но со стеклом это сделать сложно.

Вот сравнение, которое иллюстрирует этот момент: углеродные волокна и углеродные нанотрубки. Добавьте немного бриллианта, чтобы сделать эту семью полноценной. “Какая семья?” ты спрашиваешь. Просто углерод, связанный с другими атомами углерода в двух- или трехмерном массиве, и НЕ связанный с чем-либо еще.Чистый углерод!

Почему полностью сшитый углерод не является полимером?

Теперь вспомните, что углерод действительно хочет быть связан с четырьмя другими атомами. Обычно это четыре различных других атома, но также учитываются множественные связи с одним и тем же атомом. Вот где пригодится большинство виниловых мономеров: у них есть двойная связь углерод-углерод, а это означает, что каждый углерод в виниле может быть связан только с двумя другими атомами, помимо углерода на другом конце двойной связи: всего четыре связи.

Теперь самое интересное.В графене, углеродных волокнах и углеродных нанотрубках атомы углерода связаны ТОЛЬКО с другими атомами углерода. В этих соединениях, однако, каждый углерод имеет комбинацию двойных и одинарных связей, что создает очень делокализованный набор молекулярных орбит. Это означает, что эти материалы проводят электроны и являются электропроводными. Интересный эксперимент: поместите пучок углеродных волокон в микроволновую печь и уничтожьте его: пламя и дым, поскольку электроны, движущиеся в материале, вступают в реакцию с кислородом и уходят в дым!

Еще более интересен алмаз, поскольку он самый твердый из известных материалов.Почему он такой жесткий, но прозрачный и так красиво преломляет свет? В конце концов, это всего лишь чистый углерод, но с одной уловкой: теперь каждый углерод имеет четыре простых связи с четырьмя другими атомами углерода. Этот идеально симметричный массив атомов углерода имеет идеальный набор связей, идущих в четырех разных направлениях. «Нет ничего лучше, чем это», – скажете вы.

Так считается ли эти углеродные сети полимерами? Нет, и по той же причине, что и стекло. Все сводится к условностям и истории.С тех пор, как мы выяснили, как на самом деле выглядит органический полимер, стекло и алмаз просто не подходят друг другу. Если угодно, смещение, поскольку они действительно отвечают требованиям полностью сшитого полимера. Ой, ну другие битвы воевать …


Прекерамические неорганические полимеры – Стипендия Оксфорда

Страница из

НАПЕЧАТАНО ИЗ ОНЛАЙН-СТИПЕНДИИ ОКСФОРДА (oxford.universitypressscholarship.com). (c) Авторские права Oxford University Press, 2021. Все права защищены. Отдельный пользователь может распечатать одну главу монографии в формате PDF в OSO для личного использования.дата: 02 января 2022 г.

Глава:
(стр.312) 9 Прекерамические неорганические полимеры
Источник:
Неорганические полимеры
Автор (ы):

Джеймс Э. Марк

Гарри Р. Олкок

Роберт Уэст

Издатель:
Oxford University Press 9000I
DO : 10.1093 / oso / 9780195131192.003.0013

Один из наиболее важных интерфейсов в материаловедении – это интерфейс между полимерами и керамикой.Керамику можно рассматривать как полимерные системы с высокой степенью сшивки, с трехмерной сеткой, обеспечивающей прочность, жесткость и устойчивость к высоким температурам. Хотя это и не общепризнанно, существует несколько видов керамики, которые являются полностью органическими (то есть на основе углерода). Меламино-формальдегидные смолы, фенолформальдегидные материалы и углеродные волокна являются хорошо известными примерами. Однако более широко известна полностью неорганическая керамика, многие из которых основаны на элементах кремния, алюминия или бора в сочетании с кислородом, углеродом или азотом.Среди неорганической керамики можно выделить два разных класса – оксидную керамику и неоксидные материалы. Оксидная керамика часто включает силикатные структуры, и это относительно легкоплавкие материалы. Неоксидная керамика, такая как карбид кремния, нитрид кремния, нитрид алюминия и нитрид бора, являются одними из известных веществ с самой высокой температурой плавления. Неоксидная керамика часто настолько высокоплавкая, что ее трудно формировать и изготавливать методами плавления или плавления порошка, которые являются общими для оксидных материалов.Одним из основных применений неорганических-органических полимеров и олигомеров является использование промежуточных продуктов в качестве жертвенных промежуточных продуктов для пиролитического превращения в керамику. Логика следующая. Линейные, разветвленные или циклолинейные полимеры или олигомеры могут быть легко получены методами приготовления в растворе или расплаве. Если полимерный материал, который был сформирован и изготовлен таким образом, затем подвергается сшивке и пиролизу в инертной атмосфере для удаления органических компонентов (обычно боковых групп), полученный остаток может быть полностью неорганической керамикой по форме оригинального сфабрикованного изделия.Таким образом, керамические волокна, пленки, покрытия и фигурные предметы могут быть доступны без использования сверхвысоких температур, необходимых для плавления самого керамического материала. Однако обратите внимание, что, хотя окончательная форма объекта может быть сохранена во время пиролиза, размер будет уменьшен из-за потери летучего материала. Если пиролиз происходит слишком быстро, этот процесс сжатия может вызвать растрескивание материала и потерю прочности.

Ключевые слова: Нитрид алюминия, бораны, углеродное волокно, нитрид фосфора, прекерамические полимеры, карбид кремния

Для получения доступа к полному тексту книг в рамках службы для получения стипендии

Oxford Online требуется подписка или покупка.Однако публичные пользователи могут свободно искать на сайте и просматривать аннотации и ключевые слова для каждой книги и главы.

Пожалуйста, подпишитесь или войдите для доступа к полному тексту.

Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому заголовку, обратитесь к своему библиотекарю.

Для устранения неполадок, пожалуйста, проверьте наш FAQs , и если вы не можете найти там ответ, пожалуйста связаться с нами .

Неорганические полимеры и коагулянты | WaterSolve

Наша линейка неорганических полимеров и коагулянтов для очистки воды и сточных вод, а также для целлюлозно-бумажной промышленности включает продукты на основе алюминия, улучшенные коагулянты, сульфат железа и т. Д. Наша линейка улучшенных коагулянтов является одной из самых широких в Соединенных Штатах. Он включает более 25 жидких продуктов, содержащих как только гидроксихлорид полиалюминия, так и в сочетании с органическими полимерами. Коагулянты разных марок работают в разных условиях для достижения целого ряда лечебных целей, от удаления мутности, цвета и общего органического углерода; для увеличения протяженности фильтров и уменьшения отходов при обратной промывке; уменьшению объемов осадка и использованию химикатов для регулирования pH.Наши коагулянты особенно хорошо работают там, где обычные системы не работают (например, с холодной или слабощелочной исходной водой), и часто позволяют предприятиям снизить затраты и значительно расширить рабочий диапазон.

ПРИНЦИП ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

  • Очистка городских и промышленных сточных вод
  • Коагуляция и осветление
  • Очистка сточных вод, инактивация фосфора, снижение TOC и TSS, снижение мутности до
    , удаление цвета
  • Системы фильтрации, кондиционирование осадка, обезвоживание, флотация растворенного воздуха
  • Модификация заряда
  • Разделение масла и воды

ПРЕИМУЩЕСТВА И ПРЕИМУЩЕСТВА

  • Применение холодной воды
  • Может быть составлен с включением органических полимеров и / или с высоким содержанием кислоты
  • Повышение производительности и общих затрат на обработку
  • Снижение затрат на обработку, транспортировку и удаление осадка
  • Может снизить или исключить потребность в щелочных добавках и флокулянтах
  • Хорошо работают в широком диапазоне pH
  • Увеличивает количество фильтров и производительность по производству воды.
  • Продукты одобрены NSF и одобрены или одобрены Агентством по охране окружающей среды США и MDEQ

ФОРМЫ ИЗДЕЛИЯ

Сульфат алюминия, сформулированные квасцы, хлорид алюминия, хлориды полиалюминия,
гидроксихлорсульфаты алюминия, растворы сульфата железа, алюминаты натрия

органических молекул | Микробиология

Цели обучения

  • Определить общие элементы и структуры, обнаруженные в органических молекулах
  • Объясните понятие изомерии
  • Укажите примеры функциональных групп
  • Опишите роль функциональных групп в синтезе полимеров

Клиническая направленность: Кристина, часть 1

Кристина, 16-летняя студентка, обратилась к врачу с жалобами на кожную зудящую сыпь.В анамнезе были эпизоды аллергии. Врач посмотрел на ее загорелую кожу и спросил, не перешла ли она на другой солнцезащитный крем. Она сказала, что болела, поэтому врач диагностировал аллергическую экзему. Симптомы были легкими, поэтому врач посоветовал Кристине избегать использования солнцезащитного крема, который вызвал реакцию, и прописал безрецептурный увлажняющий крем, чтобы сохранить ее кожу увлажненной и уменьшить зуд.

  • Какие вещества вы ожидаете найти в увлажняющем креме?
  • Какие физические или химические свойства этих веществ могут помочь облегчить зуд и воспаление кожи?

Мы вернемся к примеру Кристины на следующих страницах.

Биохимия – это дисциплина, изучающая химию жизни, и ее цель – объяснить форму и функции на основе химических принципов. Органическая химия – это дисциплина, посвященная изучению химии на основе углерода, которая является основой для изучения биомолекул и дисциплины биохимии . И биохимия, и органическая химия основаны на концепциях общей химии, некоторые из которых представлены в книге «Основы физики и химии, важные для микробиологии».

Элементы в живых клетках

Самым распространенным элементом в клетках является водород (H), за ним следуют углерод (C), кислород (O), азот (N), фосфор (P) и сера (S). Мы называем эти элементы макроэлементами , и они составляют около 99% от сухой массы клеток. Некоторые элементы, такие как натрий (Na), калий (K), магний (Mg), цинк (Zn), железо (Fe), кальций (Ca), молибден (Mo), медь (Cu), кобальт (Co), марганец (Mn) или ванадий (Va) необходимы некоторым клеткам в очень небольших количествах и называются микроэлементами или микроэлементами .Все эти элементы необходимы для функционирования многих биохимических реакций и, следовательно, необходимы для жизни.

Четыре наиболее распространенных элемента в живом веществе (C, N, O и H) имеют низкие атомные номера и, следовательно, являются легкими элементами, способными образовывать прочные связи с другими атомами для образования молекул (рис. 1). Углерод образует четыре химические связи, азот – три, кислород – две, а водород – одну. Связанные вместе в молекулах кислород, сера и азот часто имеют одну или несколько «неподеленных пар» электронов, которые играют важную роль в определении многих физических и химических свойств молекул (см. «Основы физики и химии, важные для микробиологии»).Сочетание этих черт позволяет образовывать огромное количество разнообразных молекулярных видов, необходимых для формирования структур и обеспечения функций живых организмов.

Рис. 1. К некоторым распространенным молекулам относятся углекислый газ, аммиак и кислород, которые состоят из комбинаций атомов кислорода (красные сферы), атомов углерода (серые сферы), атомов водорода (белые сферы) или атомов азота (синие сферы).

Живые организмы содержат неорганических соединения, (в основном воду и соли; см. «Основы физики и химии, важные для микробиологии») и органические молекулы.Органические молекулы содержат углерод; неорганические соединения – нет. Исключение составляют оксиды углерода и карбонаты; они содержат углерод, но считаются неорганическими, поскольку не содержат водорода. Атомы органической молекулы обычно организованы вокруг цепочек атомов углерода.

Неорганические соединения составляют 1–1,5% от массы живой клетки. Это небольшие простые соединения, которые играют важную роль в клетке, хотя и не образуют клеточных структур. Большая часть углерода, обнаруженного в органических молекулах, происходит из неорганических источников углерода, таких как углекислый газ, захваченный микроорганизмами посредством фиксации углерода .

Подумай об этом

  • Опишите наиболее распространенные в природе элементы.
  • В чем разница между органическими и неорганическими молекулами?

Органические молекулы и изомерия

Органические молекулы в организмах обычно больше и сложнее неорганических молекул. Их углеродные скелеты связаны ковалентными связями. Они образуют клетки организма и выполняют химические реакции, облегчающие жизнь. Все эти молекулы, названные биомолекулами , потому что они являются частью живого вещества, содержат углерод, который является строительным блоком жизни.Углерод – очень уникальный элемент, поскольку он имеет четыре валентных электрона на своих внешних орбиталях и может образовывать четыре одиночные ковалентные связи с четырьмя другими атомами одновременно (см. «Основы физики и химии, важные для микробиологии»). Этими атомами обычно являются кислород, водород, азот, сера, фосфор и сам углерод; простейшее органическое соединение – метан, в котором углерод связывается только с водородом (рис. 2).

Рис. 2. Атом углерода может связываться с четырьмя другими атомами.Самая простая органическая молекула – это метан (CH 4 ), изображенный здесь.

В результате уникального сочетания размера и связывающих свойств углерода атомы углерода могут связываться друг с другом в большом количестве, образуя цепь или углеродный скелет . Углеродный скелет органических молекул может быть прямым, разветвленным или кольцевым (циклическим). Органические молекулы построены на цепочках атомов углерода разной длины; большинство из них обычно очень длинные, что позволяет использовать огромное количество и разнообразие соединений.Ни один другой элемент не способен образовывать столько разных молекул, столь разных размеров и форм.

Молекулы с одинаковым атомным составом, но разным структурным расположением атомов называются изомерами . Концепция изомерии очень важна в химии, потому что структура молекулы всегда напрямую связана с ее функцией. Незначительные изменения в структурном расположении атомов в молекуле могут привести к очень разным свойствам. Химики представляют молекулы по их структурной формуле , которая представляет собой графическое представление молекулярной структуры, показывающее, как расположены атомы.Соединения, которые имеют идентичные молекулярные формулы, но различаются последовательностью связывания атомов, называются структурными изомерами . Моносахариды , глюкоза , галактоза и фруктоза имеют одинаковую молекулярную формулу: C 6 H 12 O 6 , но из рисунка 3 видно, что атомы связаны друг с другом. иначе.

Глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), но эти структурные изомеры различаются по своим физическим и химическим свойствам.

Изомеры, которые различаются пространственным расположением атомов, называются стереоизомерами ; один уникальный тип – это энантиомера . Свойства энантиомеров были первоначально обнаружены Луи Пастером в 1848 году при использовании микроскопа для анализа кристаллизованных продуктов ферментации вина. Энантиомеры – это молекулы, которые обладают характеристикой хиральности , в которой их структуры являются несверхналоженными зеркальными отображениями друг друга. Хиральность является важной характеристикой многих биологически важных молекул, что иллюстрируется примерами структурных различий энантиомерных форм моносахарида глюкозы или аминокислоты аланина (рис. 4).

Многие организмы могут использовать только одну энантиомерную форму определенных типов молекул в качестве питательных веществ и строительных блоков для создания структур внутри клетки. Некоторые энантиомерные формы аминокислот при употреблении в пищу имеют совершенно разные вкус и запах. Например, L-аспартам, обычно называемый аспартамом, имеет сладкий вкус, тогда как D-аспартам безвкусен. Энантиомеры лекарств могут иметь очень разные фармакологические эффекты. Например, соединение меторфан существует в виде двух энантиомеров, один из которых действует как противокашлевое средство ( декстро, меторфан, средство от кашля), тогда как другой действует как анальгетик ( лево меторфан, препарат, аналогичный по действию кодеину). .

Рис. 4. Энантиомеры – это стереоизомеры, обладающие хиральностью. Их химические структуры представляют собой несверхналоженные зеркальные отражения друг друга. (а) D-глюкоза и L-глюкоза являются моносахаридами, которые являются энантиомерами. (b) Энантиомеры D-аланин и L-аланин являются энантиомерами, обнаруженными в стенках бактериальных клеток и человеческих клетках соответственно.

Энантиомеры также называют оптическими изомерами, потому что они могут вращать плоскость поляризованного света. Некоторые кристаллы, которые Пастер наблюдал при брожении вина, вращали свет по часовой стрелке, тогда как другие вращали свет против часовой стрелки.Сегодня мы обозначаем энантиомеры, которые вращают поляризованный свет по часовой стрелке (+), как d , образует , а зеркальное отражение той же молекулы, которая вращает поляризованный свет против часовой стрелки (-), как l , образуют . Этикетки d и l образованы от латинских слов dexter (справа) и laevus (слева) соответственно. Эти два разных оптических изомера часто имеют очень разные биологические свойства и активность.Определенные виды плесени, дрожжей и бактерий, такие как Rhizopus , Yarrowia и Lactobacillus spp., Соответственно, могут метаболизировать только один тип оптического изомера; противоположный изомер не подходит в качестве источника питательных веществ. Еще одна важная причина знать об оптических изомерах – это терапевтическое использование этих типов химикатов для лечения лекарств, поскольку на некоторые микроорганизмы может воздействовать только один конкретный оптический изомер.

Подумай об этом

  • Мы говорим, что жизнь основана на углероде. Что делает углерод таким подходящим для того, чтобы быть частью всех макромолекул живых организмов?

Биологически значимые функциональные группы

Помимо атомов углерода, биомолекулы также содержат функциональных группы – группы атомов в молекулах, которые классифицируются по их конкретному химическому составу и химическим реакциям, которые они проводят, независимо от молекулы, в которой находится группа.Некоторые из наиболее распространенных функциональных групп перечислены в таблице 1. В формулах символ R обозначает «остаток» и представляет собой остаток молекулы. R может символизировать только один атом водорода или группу из многих атомов. Обратите внимание, что некоторые функциональные группы относительно просты и состоят всего из одного или двух атомов, а некоторые содержат две из этих более простых функциональных групп. Например, карбонильная группа – это функциональная группа, состоящая из атома углерода, связанного двойной связью с атомом кислорода: C = O.Он присутствует в нескольких классах органических соединений как часть более крупных функциональных групп, таких как кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты и амиды. В кетонах карбонил присутствует как внутренняя группа, тогда как в альдегидах он является концевой группой.

Таблица 1. Общие функциональные группы, обнаруженные в биомолекулах
Имя Функциональная группа Соединения
Альдегид Углеводы
Амин Белки
Амино Аминокислоты и белки
Карбонил Кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты, амиды
Карбоновая кислота Аминокислоты, белки и жирные кислоты
Сложный эфир Липиды и нуклеиновые кислоты
эфир Дисахариды, полисахариды и липиды
Гидроксил Спирты, моносахариды, аминокислоты и нуклеиновые кислоты
Кетон Углеводы
метил Метилированные соединения, такие как метиловые спирты и сложные метиловые эфиры
Фосфат Нуклеиновые кислоты, фосфолипиды и АТФ
Сульфгидрил Аминокислоты и белки
* Функциональные группы представлены розовым цветом.Кетон и альдегид содержат карбонильную группу, выделенную синим цветом.

Макромолекулы

Углеродные цепи образуют скелеты большинства органических молекул. Функциональные группы объединяются с цепочкой, образуя биомолекулы. Поскольку эти биомолекулы обычно большие, мы называем их макромолекулами . Многие биологически релевантные макромолекулы образуются путем соединения большого количества идентичных или очень похожих органических молекул меньшего размера. Меньшие молекулы действуют как строительные блоки и называются мономерами , а макромолекулы, образующиеся в результате их связывания, называются полимерами .Клетки и клеточные структуры включают четыре основные группы углеродсодержащих макромолекул: полисахаридов , белков , липидов и нуклеиновых кислот . В этой главе будут изучены первые три группы молекул. Биохимия нуклеиновых кислот будет обсуждаться в «Биохимии генома».

Из многих возможных способов объединения мономеров для получения полимеров, один общий подход, встречающийся при образовании биологических макромолекул, – это дегидратационный синтез .В этой химической реакции молекулы мономера соединяются встык, в результате чего в качестве побочного продукта образуются молекулы воды:

[латекс] {\ text {H} – \ text {monomer} – \ text {OH} + \ text {H} – \ text {monomer} – \ text {OH}} \ longrightarrow {\ text {H} – \ text {мономер} – \ text {мономер} – \ text {OH} + \ text {H} _ {2} \ text {O}} [/ latex]

На фиг. 5 показан дегидратационный синтез глюкозы , связывающейся вместе с образованием мальтозы и молекулы воды. В таблице 2 приведены макромолекулы и некоторые их функции.

Рис. 5. В этой реакции синтеза дегидратации две молекулы глюкозы соединяются вместе с образованием мальтозы. В процессе образуется молекула воды.

Таблица 2. Некоторые функции макромолекул
Макромолекула Функции
Углеводы Накопление энергии, рецепторы, пища, структурная роль в растениях, клеточные стенки грибов, экзоскелеты насекомых
Липиды Накопитель энергии, мембранная структура, изоляция, гормоны, пигменты
Нуклеиновые кислоты Хранение и передача генетической информации
Белки Ферменты, структура, рецепторы, транспорт, структурная роль в цитоскелете клетки и внеклеточном матриксе

Подумай об этом

  • Что является побочным продуктом реакции синтеза дегидратации?

Ключевые концепции и резюме

  • Наиболее распространенными элементами в клетках являются водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера.
  • Жизнь основана на углероде. Каждый атом углерода может связываться с другим атомом углерода, образуя углеродный скелет , который может быть прямым, разветвленным или кольцевым.
  • Одно и то же количество и типы атомов могут связываться друг с другом по-разному, давая разные молекулы, называемые изомерами . Изомеры могут различаться последовательностью связывания их атомов ( структурных изомера ) или пространственным расположением атомов, чьи последовательности связывания одинаковы ( стереоизомера ), а их физические и химические свойства могут незначительно или сильно различаться.
  • Функциональные группы наделяют несущие их молекулы определенными химическими свойствами. Общие функциональные группы в биомолекулах – это гидроксил, метил, карбонил, карбоксил, амино, фосфат и сульфгидрил.
  • Макромолекулы представляют собой полимеров , собранных из отдельных единиц, мономеров , которые связываются вместе, как строительные блоки. Многие биологически значимые макромолекулы образуются путем дегидратационного синтеза , процесса, в котором мономеры связываются вместе путем объединения их функциональных групп и образования молекул воды в качестве побочных продуктов.

Множественный выбор

Какой из этих элементов не является микронутриентом ?

  1. С
  2. Ca
  3. Co
  4. Cu
Показать ответ

Ответ а. C (углерод) не является микроэлементом.

Какое из перечисленного является названием молекул, структура которых является несверхналоженным зеркальным отображением?

  1. структурные изомеры
  2. мономеров
  3. полимеры
  4. энантиомеров
Показать ответ

Ответ d.Энантиомеры – это молекулы, структуры которых представляют собой несверхналоженные зеркальные изображения.

Верно / Неверно

Альдегиды, амиды, карбоновые кислоты, сложные эфиры и кетоны содержат карбонильные группы.

Две молекулы, содержащие одинаковые типы и числа атомов, но разные связывающие последовательности, называются энантиомерами.

Подумай об этом

  1. Почему углерод, азот, кислород и водород являются наиболее распространенными элементами в живом веществе и, следовательно, считаются макроэлементами?
  2. Укажите функциональную группу в каждой из изображенных структурных формул.
  3. Показанная структурная формула соответствует пенициллину G, антибиотику узкого спектра действия, который вводится внутривенно или внутримышечно для лечения нескольких бактериальных заболеваний. Антибиотик продуцируют грибы рода Penicillium .
    1. Определите три основные функциональные группы в этой молекуле, каждая из которых включает две более простые функциональные группы.
    2. Назовите две более простые функциональные группы, составляющие каждую из основных функциональных групп, указанных в (а).

Осаждение молекулярных слоев органических и гибридных органо-неорганических полимеров

Многие другие металлоорганические предшественники могут быть использованы для определения гибридных органо-неорганических полимеров MLD. Например, алкилы цинка, такие как Zn (CH 2 CH 3 ) 2 , диэтилцинк (DEZ, Prod. No. 668729), могут реагировать с диолами, такими как EG, в аналогичном процессе MLD. 20 Различные другие алкилы металлов, которые могут легко реагировать с кислородом, также являются возможными кандидатами на роль гибридного органо-неорганического полимера MLD.Например, алкилы металлов на основе магния (Mg) и марганца (Mn) легко реагируют с кислородом и являются возможными кандидатами для реакции с диолами. Алкилы металлов Mg и Mn доступны в виде Mg (Cp) 2 (товарный номер J100042) и Mn (Cp) 2 (товарный номер 415405), где Cp представляет собой циклопентадиенильный лиганд. Другими возможными алкилами металлов являются ферроцен, Fe (Cp) 2 (товарный номер F408), никелоцен, Ni (Cp) 2 (товарный номер N7524) и кобальтоцен, Co (Cp) 2 ( Изд. № 339164).Возможности практически безграничны, учитывая все металлы в периодической таблице.

Реакции на основе диолов будут давать гибридные органические неорганические пленки MLD, которые будут состоять из оксида металла и органического компонента. Возможны другие гомобифункциональные органические реагенты, которые еще больше расширили бы общность этих реакций. Например, гомобифункциональный органический реагент может представлять собой диамин или дитиол. Для диаминов и дитиолов гибридная органо-неорганическая пленка MLD будет состоять из нитрида или сульфида металла и органического компонента.

Перспективы на будущее для дополнительных органических и органо-неорганических полимеров

Для предотвращения «двойных» реакций в реакциях MLD могут использоваться гетеробифункциональные реагенты. 16 Эти реагенты имеют две разные химические функциональные группы. Одна из химических функциональных групп может реагировать с поверхностными частицами. Вторая химическая функциональная группа не может реагировать с поверхностными частицами. Гетеробифункциональные реагенты реагируют только монофункционально и предотвращают двойные реакции и обрыв полимерной цепи.

Простейший двухступенчатый цикл AB с использованием гетеробифункциональных реагентов:

(A) SBZ * + WAX → SB – AX * + ZW (5)

(B) SAX * + YBZ → SA – BZ * + XY (6)

В реакции A химическая функциональная группа W (но не химическая функциональная группа X) реагирует с частицами SBZ * с образованием частиц SB-AX *. В реакции B химическая функциональная группа Y (но не химическая функциональная группа Z) реагирует с частицами SAX * с образованием частиц SA-BZ *.Существует множество примеров гетеробифункциональных реагентов, которые проявляют две отдельные химические реакционные способности одной и той же молекулы. Возможные химические функциональные группы представляют собой амин, аллил, гидроксил, изоцианат, эпокси, сложный эфир сукцинимида, малеимид и тиол.

В дополнение к гетеробифункциональным реагентам реагент также может избежать двойной реакции, поскольку содержит скрытую функциональность, которая проявляет себя только при реакции. Существует множество реакций раскрытия кольца, которые реагируют с образованием нового гидроксила (-OH), амина (-NH 2 ) или карбоновой кислоты (-COOH).Например, эпоксидное кольцо может реагировать с поверхностным амином с образованием гидроксильной группы. Циклический азасилан, такой как 2,2-диметокси-1,6-диаза-2-силациклооктан, может реагировать с поверхностным гидроксилом с образованием аминогрупп. 16 Циклический карбонат, такой как этиленкарбонат, может реагировать с поверхностным амином с образованием гидроксильной группы. 16 Примеры различных реакций с участием реагентов с раскрытием цикла или гетеробифункциональных реагентов показаны на Фиг.5 .

НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛИМЕР

Неорганический полимер определяется как гигантская молекула, связанная ковалентными связями, но с отсутствием или почти отсутствием углеводородных звеньев в основной цепи молекулы; они могут быть включены в виде боковых цепей.Углеродные волокна, графит и т. Д. Считаются неорганическими полимерами. Большая часть неорганической химии – это химия высокомолекулярных полимеров.

Для соединений, которые не плавятся и не растворяются без химического изменения, как отсутствие равновесного давления пара, так и наблюдение давления диссоциации в результате деполимеризации помещают их в рамки определения.

Недвижимость

Некоторыми особыми характеристиками многих неорганических полимеров являются более высокий модуль Юнга и более низкая деформация разрушения по сравнению с органическими полимерами.Относительно небольшое количество неорганических полимеров растворяется в истинном смысле этого слова или, наоборот, если они набухают, лишь немногие из них могут вернуться в исходное состояние. Кристалличность и высокие температуры стеклования также встречаются гораздо чаще, чем в органических полимерах. В неорганических полимерах с высокой степенью сшивки релаксация напряжений часто включает обмен связями.

Свойства неорганических полимеров требуют технологии, отличной от технологии их органических аналогов. Такая технология является либо полностью новой (например, реконструктивная обработка – прядение неорганического соединения на органической основе или связующее, которое впоследствии удаляется окислением / испарением), либо она была адаптирована из других областей, например, стекольной технологии.Таким образом, реконструированный вермикулит может давать гибкие листы. Пряжа, бумага, тканые ткани и даже текстиль могут быть изготовлены из волокон оксида алюминия и диоксида циркония путем прядения / улетучивания. Стеклокерамика, образующая слюду, устойчива к термическим и механическим ударам и может обрабатываться обычными металлообрабатывающими инструментами.


Классификация

Неорганические полимеры можно классифицировать по нескольким причинам. Некоторые из них основаны на составе основной цепи, например силиконы (Si-O), фосфазены (P-N) и полимерная сера (S-S).Другие основаны на их связности, то есть количестве сетевых связей, связывающих повторяющийся блок с сетью. Таким образом, силиконы на основе R2SiO, фосфазены на основе NPX2 и полимерная сера имеют соединение двух, в то время как оксид бора на основе B2O3 имеет связность трех, а аморфный диоксид кремния на основе SiO2 имеет соединение четырех.

Типы

Количество неорганических полимеров очень велико. Сера, селен и теллур образуют высокомолекулярные полимеры.Полимеры серы обычно эластомерные, а полимеры селена и теллура обычно кристаллические. В расплаве при 220 ° C молекулярная масса полимера серы составляет около 12 000 000, а селена – около 800 000.

Силиконы

Возможно, наиболее известными из всех синтетических полимеров на основе неорганических молекулярных структур являются силиконы, производные от основных звеньев.

Халькогенидные очки

Это аморфные сшитые полимеры с тройной связностью.Вероятно, наиболее известным является сульфид мышьяка (As2S3) n, который можно использовать для изготовления окон, прозрачных для инфракрасного излучения. Пороговое значение и переключение памяти также являются интересными свойствами этих очков. Ультрафосфатные стекла напоминают стеклообразные органические пластмассы и могут обрабатываться теми же методами, как экструзия и литье под давлением. Они используются в качестве необрастающих поверхностей для морских применений и в производстве не запотевающих очковых линз.

Графит

Это хорошо известный двухмерный полимер со смазочными и электрическими свойствами.Интеркаляционные соединения графита могут обладать сверхметаллическими анизотропными свойствами.

Полимеры бора

Структурно с графитом относится гексагональный нитрид бора (BN). Как и графит, он обладает смазывающими свойствами, отражая взаимосвязь между молекулярной структурой и физическими свойствами, но, в отличие от графита, он является электрическим изолятором. Дисульфид молибдена (MoS2) n, имеющий аналогичную и родственную структуру, также является твердым смазочным материалом. И графит, и гексагональный нитрид бора легко обрабатываются.К выдающимся свойствам последнего относятся высокая термическая и химическая стабильность, а также хорошие диэлектрические свойства. Из этого материала могут быть изготовлены тигли и такие предметы, как гайки и болты.

Боратные стекла со сравнительно низкими температурами размягчения используются в качестве припоев и герметизирующих стекол и могут быть получены сплавлением смесей оксидов металлов с оксидом бора (B2O3) n.

Силикатные полимеры

Силикаты, как кристаллические, так и аморфные, являются источником очень большого количества неорганических полимеров.Примеры включают встречающийся в природе волокнистый асбест и пластинчатую слюду. Промышленно важные водорастворимые силикаты щелочных металлов могут давать высоковязкие полимерные растворы. Боросиликатные стекла составляют еще одну важную группу силикатных полимеров. Тип Pyrex хорошо известен своей устойчивостью к тепловому удару; выщелоченный тип Vycor пористый и может использоваться для фильтрации бактерий и вирусов. Асбест встречается в виде лестничных полимеров, наиболее важным из которых является крокидолит, и в виде слоистого полимера, примером которого является хризотил.Цеолиты, многие из которых были обнаружены естественным путем или были синтезированы, представляют собой полимеры с трехмерной сеткой. Их использование в качестве молекулярных сит хорошо известно.

Прочие полимеры

Нитрид кремния (Si3N4) n – еще одна макромолекула с интересными свойствами. Полученный путем нагревания кремниевого порошка в атмосфере азота (азотирование) при температуре выше 1200 ° C, продукт представляет собой материал, который легко поддается механической обработке и обладает хорошей термостойкостью и сопротивлением ползучести при высоких температурах, которые дополнительно улучшаются за счет добавления еще одна неорганическая макромолекула карбида кремния, что делает его полезным для применения в газовых турбинах, дизельных двигателях, оболочках термопар и различных компонентах.

Аллотропные формы нитрида бора представляют собой алмаз и кубический нитрид бора, которые можно получить путем синтеза при высоких температурах и высоких давлениях и которые характеризуются чрезвычайной твердостью, что делает их пригодными для промышленного использования в режущих и шлифовальных инструментах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *