Mühazirə Polimerlərin quruluş xüsusiyyətləri. Makromolekul zəncirindən asılı olaraq polimerlərin quruluş xüsusiyyətləri

Mühazirə 1. Giriş.Polimerlərin formallaşma prosesinin təsnifatı.Polimer materialların əsas növləri
Mühazirə 2. Polimerlərin quruluş xüsusiyyətləri. Makromolekul zəncirindən asılı olaraq polimerlərin quruluş xüsusiyyətləri


Yüksəkmolekullu birləşmələr haqqında məlumat
Yüksəkmolekullu birləşmələr, adından göründüyü kimi, molekul kütləsi yüksək, böyük olan kimyəvi maddələrə deyilir. Hazırda molekul kütləsi 5 mindən yuxarı olan maddələr yüksəkmolekullu birləşmələrə aid edilir. Molekul kütləsinin yuxarı həddi adətən bir neçə yüz minə, bəzən isə bir neçə milyona çatır. Yüksəkmolekullu birləşmələri həmçinin polimerlər də adlandırırlar. “Polimer” sözü hərfi mənada “çox hissə”ifadəsini bildirir (yunanca polus - çox, meros - hissə deməkdir) və polimer molekullarının çoxlu sayda atom və ya atom qruplarından ibarət olduğunu əks etdirir. İrəlidə görəcəyimiz kimi, doğrudan da polimerlərin molekulları tərkib və ya quruluşca eyni olan çoxlu miqdar hissələrin, fraqmentlərin bir-birilə birləşməsi yolu ilə əmələ gəlirlər.
Yüksəkmolekullu birləşmələr bizi əhatə edən ətraf mühitdə - canlı və cansız təbiətdə geniş yayılmışlar. Bu maddələrin tarixi insan cəmiyyətinin tarixi qədər qədimdir, çünki insanlar bu maddələrin tərkibi və quruluşu haqqında ən elementar təsəvvürə malik olmadıqları dövrlərdə belə onlardan öz həyati ehtiyacları üçün geniş miqyasda istifadə etmişlər. Yun, pambıq, dəri, ağac və s. polimer materiallar insanların müxtəlif təlabatını ödəyən vasitələr olmuşdur.
Polimer maddələr həm də bu və ya başqa formada canlı materiyanın - bitki və heyvanlar aləminin əsasını təşkil edir. Bitkilərin tərkibinə daxil olan polisaxaridlər, liqnin, züallar, pektin maddələri və s. polimer maddələrdir. Zülallar, nukelin turşuları həm də insanların və heyvanlar aləminin həyatı proseslərini müəyyən edir. F.Engelsin tərifincə desək, “həyat zülali maddələrin mövcudluq formasıdır”. Nukelin turşuları orqanizimdə zülal sintezi və irsiyyətlə əlaqədar olan çox mürəkkəb prosesləri tənzim edir.
Polimerlər cansız təbiətdə də geniş yayılmışdır. Yer səthinin əsas hissəsi polimer şəklində olan silisium 4 - oksid və alüminium - oksiddir. Kvars, dağ billuru, ametist silisium - 4 - oksidin, korund, rubin, sapfir isə aliminium - oksidin polimerləridir. Təbiətdə rast gələn almaz, qrafit polimer halında olan karbondur.
Lakin, təbii aləmdə bu qədər geniş yayılmış polimerləri yalnız XX əsrin əvvələrində, bu maddələrin kimyəvi yolla sintez edilə bilmək, habelə onların xassələrini öyrənmək imlanlarının yaranması zamanı müstəqil maddələr qrupu şəklində ayırmağa başlamışlar. Polimerlərin vahid molekullu birləşdirilməsi onların, kiçik molekullu birləşmələrdən fərqli olan kompleks xassələrə malik olması zəruriyyətindən meydana çıxmışdır. Bu xassələrdən ən mühümü yuxarıda deyildiyi kimi, bütün polimerlərin yüksək molekul kütləsinə malik olmalarıdır. Məhz polimerlər üçün xarakter olan bir çox başqa xassələr (çeviklik, fiziki hallar məhlulların xususiyyətləri və s.) onların yüksək molekul kütlələrinin funksiyası kimi dəyişir. Kimyəvi birləşmələrin əsas təmizlənmə üsulları olan distillə və kristallaşdırılmanın polimerlər üçün istifadə edilə bilməsi də onların yüksək molekul kütləyə malik olmalarının nəticəsidir.
Yüksək molekul kütləli uzun zəncirlərdən ibarət olan polimerlərin çox duru məhlulları belə, adi üzvi birləşmələrin məhlullarından fərqli olaraq, böyük özlülüyə malikdirlər. Polimerlərin həllolma prosesinin özü də kiçik molekullu maddələrin həllolmasından fərqlənir. Çoxlu sayda təbii polimerlərin, habelə onların sintez olunan anoluqlarının fərqləndirici xüsusiyyətlərinin, eləcədə müxtəlif kimyəvi çevrilmələrinin öyrənilməsi zərurəti bütün polimer maddələrin kompleks şəkildə tədqiqi ilə məşğul ola biləcək yüksəkmolekullu birləşmələr kimyası elminin formalaşmasına səbəb oldu.
Əvvəllər üzvi kimyanın bir sahəsi əsrimizin 20 - 30 - cu illərində müstəqil elm sahəsində çevrilməyə başlamışdır. Bu vaxta qədər toplanmış təcrübi nəticələrin klassik kimya təsəvvürləri əsasında ümumiləşdirilməsi polimerlər haqqında kolloid nəzəriyyəsinin meydana gəlməsinə səbəb oldu. Polimer məhlullarının kolloid məhlullar kimi yüksək özlülüyə malik olması, polimer makromolekullarının ölçülərinə görə kolloid hissəciklərə yaxın olması onlara liofil kolloidlər kimi baxılmasına əsas verirdi. Polimer kolloidlərin quruluşu haqqında iki təssəvür - K. Meyer Q. Markın miteel nəzəriyyəsi, Q. Ştaydingerin makromolekullar nəzəriyyəsi daha çox yayılmışdı. Birinci nəzəriyyəyə görə polimerlərə sərt makromolekul dəstələrindən ibarət mitsellər kimi baxılırdı. İkinci nəzəriyyə isə öz aralarında assosiasiya etməyən çox uzun makromolekulların mövcud olması fikrinə əsaslanırdı.
Polimer maddələrin əsas xüsusiyyətləri makromolekulların ölçüləri ilə müəyyən olunurdu. Bir çox nöqsanlarının olmasına baxmayaraq bu mülahizələr yüksəkmolekullu birləşmələr kimyası elminin formalaşmasında müsbət rol oynamışlar. Beləliklə, tarixən çox qısa bir müddət ərzində yüksəkmolkullu birləşmələr kimyası böyük surətlə inkişaf edərək elmi - texniki inqilablar əsri olan XX əsrin başlıca elm sahələrindən birinə çevrilir.
Yüksəkmolekullu birləşmələr yüzlərlə, minlərlə atom və ya atom qruplarından ibarət molekulları kiçikmolekullu maddələrin molekullarına nisbətən böyük ölçülərinə malikdirlər. Ona görə də polimerlərin molekullarına makromolekullar deyilir. Polimer makromolekullarının tərkibi dəfələrlə təkrar olunan atom qruplarından yaxud eyni vahidlərdən ibarət olur. Belə vahidlər elementar zvenolar (manqalar) adlanır.
Məsələn, təbii kauçuk makromolekulunun

elementar zvenosu makromolekul zəncirini takrar olunan

Ümumi halda elementar zvenonu A ilə işarə etsək polimer makromolekulun

...- A- A- A- A- A -...
şəklində göstərmək olar. Makromolekulun belə yazılış formasında zəncirini bir fraqmenti göstərilir və hər iki ucdan üç nöqtə qoyulur. Makromolekul, həmçinin, elementar zvenonu yazıb indeksdə onların sayını göstərməklə də ifadə edirlər.
Məsələn, polietileni [-CH2-CH2-]n yaxud [C2H4] şəklində yazmaq olar. Makromolekulda elementar zvenoların sayını göstərən “n” polimerləşmə dərəcəsi (P) adlanır. Polimerləşmə dərəcəsi polimerin molekul kütləsini xarakterizə edir və aşağıdakı sadə asılılıqla müəyyən olunur.
P=M/n
burada M və m, uyğun olaraq, polimerin və elementar zvenonun molekul kütlələridir.
Yüksəkmolekullu birləşmələr üçün mühüm göstəricilərdən biri olan molekul kütləsi anlayışı kiçik molekul kütləli birləşmələr üçün mövcud olan molekul kütləsi anlayışından müəyyən qədər fərqlidir. Məlumdur ki, klassik kimyada molekul kütləsi birləşmənin fərdiliyini müəyyən edən göstəricidir və onun dəyişməsilə birləşmənin fiziki və kimyəvi xassələri dəyişir. Yüksəkmolekullu birləşmələr üçün orta molekul kütləsi ( ) anlayışından istifadə edilir və onun çox da böyük olmayan (adətən, bir neçə min) həddə dəyişməsi polimerin xassələrində nəzərə çarpacaq dəyişikliklərə səbəb olmur. Orta molekul kütləsi anlayışı polimerlərin alınma reaksiyalarının xarakteri ilə əlaqədar olaraq müxtəlif uzunluqda və deməli, müxtəlif molekul kütləli makromolekulların əmələ gəlməsilə əlaqədardır. Eyni polimerin molekul kütlələrinə görə fərqlənən belə makromolekullarına polimerhomoloqlar deyilir. Polimerhomoloqların bir-biirndən ayrılması imkanı hələlik məlum deyildir və alınan polimer onların qarışığından ibarət olur. Deməli, təcrübədə təyin edilən molekul kütləsi polimerhomoloqların molekul kütlələrinin orta statistik qiymətidir. Orta molekul kütləsinin qiyməti ilə əlaqədar yüksəkmolkullu birləşmələr kimyasında işlədilən anlayışlardan biri də oliqomerlər haqqında olan anlayışdır. Fiziki xassələrinə görə bir-birindən ayrıla bilən nisbətən aşağı molekul kütləli polimerhomoloqlardan ibarət maddələrə oliqomerlər deyilir. Molekul kütləsi 500-5000 həddində olan oliqomerlər yüksəkmolekullu birləşmələrin əsas xassələrini göstərməsələr də, onları kiçikmolekullu birləşmələrə də aid etmək olmaz.
Makromolekulaya kimyəvi tərkibinə görə fərqlənən ən azı iki tip müxtəlif zvenolar olarsa, belə polimerlər birgə polimerlər və ya sopolimerlər adlanır. Ümumi şəkildə birgə polimerin tərkibini aşağıdakı kimi ifadə etmək olar.
... -A-A-B-A-B-B-A- ...
yaxud
. -A-B-B-B-C-C-A-A- ...
A, B və C tərkibcə fərqlənən elementar zvenolardır. Zülallar, nukelin turşuları kimi təbii polimerlər, habelə bir sıra sintetik polimerlər (butadiyen - etirol kauçuk, etilen - propilen elactomeri və s.) birgə polimerlərdir.
Müxtəlif elementar zvenolar birgə polimer zəncirində xaotik şəkildə, yaxud nizamla yerləşə bilərlər. Zvenoların düzgün növbələndiyi birgə polimerlər müntəzəm, xaotik yerləşdiyi birgə polimerlər isə qeyri-müntəzəm və ya statistik birgə polimerlər adlanırlar. Əksər birgə polimerlər qeyri müntəzəmdirlər. Müntəzəm birgə polimerlərə, stirolun malein anhidridi ilə birgə polimerini misal olaraq göstərmək olar. Bir çox hallarda müxtəlif tip elementar zvenolar birgə polimer zəncirində bloklar şəklində yerləşir. Bu cür polimerlərə blok birgə polimerlər deyilir:
... -A-A-A-A-A-B-B-B-B- ..
Bəzən bir tip elementar zvenodan düzəlmiş əsas zəncirə, başqa tip elementar zvenolardan ibarət bloklar şaxələr şəklində birləşir. Belə polimerlər calaq olunmuş birgə polimerlər adlanır.

Makromolekul zəncirində şaxələrin, budaqların olduğu polimerlər şaxəli polimerlər adlanır. Yuxarıda qeyd etdiyimiz calaq olunmuş birgə polimerlər belə polimerlərdəndir.
Torşəkilli polimerlərdə xətti makromolekullar kimyəvi rabitələrlə eninə istiqamətdə tikilmişlər. Torşəkilli polimerlərin müxtəlif növləri (pilləkanvari, parketvari, üçölçülü) vardır. Təbii yun, almaz, qrafit, qliftal, qatranları, fenolformaldehid qatranları (rezit) torşəkilli polimerlər sırasına daxildir.
Yüksəkmolekullu birləşmələri müxtəlif əlamətlərə görə müəyyən qruplara ayırırlar. Mənşəinə görə polimerləri əsasən üç qrupa bölürlər:
1. Təbii polimerlər. Bu qrupa təbii şəraitdə əmələ gələn, bitkilər və heyvanlar aləmində, təbii minerallarda və yer səthində yayılmış polimerlər daxildir. Zülallar, nukelin turşuları, polisaxaridlər, qrafit, almaz və s. təbii polimerlərdir. Bioloji aktivliyə malik olan bir çox təbii polimerləri son illər ayrıca qrup halında bioloji polimerlər də adlandırırlar.
2. Suni polimerlər. Bu tip polimerlər təbii polimerlərin kimyəvi yolla emalından alınırlar. Sellulozanın nitrolaşmasından alınan nitroselluloza, asetilləşməsindən alınan asetilselluzolar suni polimerlərdir. 3. Sintetik polimerlər. Kiçikmolekullu birləşmələrdən sintez yolu ilə alınan polimerlər sintetik polimerlər adlanırlar. Polietilen, polistirol, butadiyen - stirol kauçuk, polivinilxlorid və çoxlu sayda bu tip polimerlər sintetik polimerlərdir. Əsas zəncirin quruluşuna görə yüksəkmolekullu birləşmələr üç böyük qrupa bölünür.
1. Əsas zənciri eyni atomlardan düzəlmiş homozəncirli polimerlər. Bu tip polimerlərin makromolekul zəncirini əksər hallarda karbon atomları təşkil etdiyindən onlara çox vaxt karbon zəncirli polimerlər də deyilir. Təbii kauçuk, polistirol, polivinilxlorid, polietilen, almaz və s. karbozəncirli polimerlərdir.
2. Əsas zəncirli iki və daha artıq müxtəlif element atomlarından təşkil olmuş heterozəncirli polimerlər. Belə polimerlərin makromolekul zəncirində karbon atomları ilə yanaşı oksigen , kükürd , azot , fosfor və s. element atomları daxil olur. Zülallar, polisaxaridlər, nükelin turşuları, kapron, naylon, lavsan və s. heterozəncirli polimerlərə aiddir.
3. Qoşulmuş rabitəli yüksəkmolekullu birləşmələr. Bu tip polimerlərin makromolekul zənciirndə bir - birilə qoşulmuş doymamış rabitələr olur: ... - CH =CH - CH = CH - CH= CH - ...