Глава 10

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Высокомолекулярные вещества (ВМВ) характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов. Хотя под это определение попадают многие неорганические соединения в кристаллическом состоянии и минералы, (например, NaCI, SiO₂, графит, алмаз и т. д.), обычно термином BMB обозначаются органические соединения. Неорганические ВМВ выделяются в особую группу, и в нашем курсе рассматриваться не будут.

Большинство органических высокомолекулярных соединений  полимеры, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок, или мономерных звеньев, соединённых между собой химическими связями.

10.1. Классификация высокомолекулярных веществ

 По происхождению полимеры делят на природные или биополимеры (например, белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, каучуки) и синтетические, получаемые полимеризацией или поликонденсацией. Кроме того, есть особая группа полусинтетических («искусственных») ВМВ, получаемых химической обработкой природных (например, нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза).

 По строению макромолекул ВМВ подразделяют на линейные полимеры, макромолекулы которых представляют собой длинную нитевидную цепь (например, целлюлоза, полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен), разветвлённые, имеющие цепи с разветвлениями (например, крахмал, гликоген) и пространственные, макромолекулы которых, соединяясь, друг с другом, образуют трёхмерную пространственную структуру. Среди пространственных выделяют сетчатые полимеры (например, полистирол), у которых фрагменты макромолекул, образующие пространственные ячейки, приблизительно равны, и сшитые, в структуре которых макромолекулы соединены друг с другом короткими мостиковыми связями. Такие мостики обычно состоят всего из нескольких атомов, зачастую из двух или трёх, причём эти атомы могут быть и не углеродными, а, например, атомами серы (как в резине) и др.

 По химическому составу различают гомополимеры, содержащие одинаковые мономерные звенья (например, полиэтилен, полипропилен, полиметилметакрилат) и сополимеры, макромолекулы которых получаются при соединении двух или более различных мономеров (например, фенолоформальдегидные смолы, белки, нуклеиновые кислоты). Полимеры, содержащие в главной цепи макромолекулы одинаковые атомы, называются гомоцепными (например, полиэтилен, полипропилен), а содержащие разные атомы  гетероцепными (например, белки, полисахариды, полиамиды, полиэфиры). Среди гомоцепных наиболее распространены карбоцепные полимеры, главная цепь которых содержит только атомы углерода.

Полимеры, макромолекулы которых построены из звеньев одинаковой пространственной конфигурации, или из звеньев различной конфигурации, но чередующихся в цепи с определённой периодичностью, называются стереорегулярными. Полимеры с произвольным чередованием звеньев различной пространственной конфигурации, называются нестереорегулярными или атактическими.

 По взаимному расположению макромолекул выделяют аморфные и кристаллические ВМВ. Большинство полимеров являются аморфными, что определяется хаотическим расположением макромолекул в твёрдом образце. В кристаллических полимерах отдельные макромолекулы или их сегменты могут быть расположены по отношению друг к другу упорядоченно. Такие участки с упорядоченной структурой носят название кристаллитов. Следует отметить, что кристаллиты никогда не занимают всего объёма образца ВМВ. Они более или менее густо вкраплены в общую аморфную массу, и поэтому правильнее говорить не о кристаллических полимерах, а о полимерах с большей или меньшей кристаллитной составляющей.

Возможны и другие подходы к классификации высокомолекулярных веществ, о которых подробнее говорится в курсе органической химии или химии полимеров.