Номер 3, страница 145 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. Почему полимеры, в отличие от низкомолекулярных соединений, не имеют определённой молекулярной массы?

Решение

Полимеры, в отличие от низкомолекулярных соединений, не имеют определённой молекулярной массы из-за статистического характера процесса их образования.

Низкомолекулярные соединения, например, вода ($H_2O$) или этанол ($C_2H_5OH$), состоят из идентичных молекул, каждая из которых имеет строго определённый атомный состав. Поэтому их молекулярная масса является постоянной и точно известной величиной.

Процесс синтеза полимеров (полимеризация или поликонденсация) заключается в последовательном соединении множества малых молекул (мономеров) в длинные цепи (макромолекулы). Этот процесс является стохастическим, то есть случайным. Рост цепи и её обрыв (завершение реакции) происходят в случайные моменты для разных молекул. В результате в конечном продукте всегда присутствует смесь макромолекул различной длины и, следовательно, различной массы. Такое состояние называется полидисперсностью.

Поскольку образец полимера представляет собой смесь макромолекул с разной массой, для его характеристики используют усреднённые значения молекулярной массы. Основные из них:

1. Среднечисловая молекулярная масса ($M_n$) — это общая масса всех макромолекул в образце, делённая на их общее число. Она чувствительна к наличию низкомолекулярных фракций.
Формула: $M_n = \frac{\sum N_i M_i}{\sum N_i}$, где $N_i$ — число молекул с массой $M_i$.

2. Среднемассовая молекулярная масса ($M_w$) — это среднее значение, в котором вклад макромолекул с большей массой является более весомым. Она лучше отражает влияние крупных молекул на свойства полимера, такие как прочность или вязкость.
Формула: $M_w = \frac{\sum N_i M_i^2}{\sum N_i M_i}$.

Для идеального, монодисперсного образца, где все молекулы одинаковы, $M_w = M_n$. Для реальных синтетических полимеров $M_w > M_n$. Их отношение, называемое индексом полидисперсности ($PDI = M_w/M_n$), показывает, насколько широк разброс молекулярных масс в образце.

Ответ: Полимеры не имеют определённой молекулярной массы, так как процесс их синтеза носит статистический характер, что приводит к образованию макромолекул разной длины. В результате любой образец полимера является полидисперсным — смесью молекул с разной массой. Поэтому для их характеристики используют средние значения молекулярной массы (например, среднечисловую и среднемассовую).