Номер 11, страница 188 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

6.11. Изобразите структуру найлона. Почему его волокна имеют высокую прочность?

Изобразите структуру найлона

Найлон — это общее название для семейства синтетических полимеров, относящихся к классу полиамидов. Наиболее известным и широко используемым представителем является найлон-6,6. Его получают в результате реакции поликонденсации двух типов мономеров: гексаметилендиамина ($H_2N-(CH_2)_6-NH_2$) и адипиновой кислоты ($HOOC-(CH_2)_4-COOH$).

В ходе этой реакции аминогруппа ($-NH_2$) одного мономера реагирует с карбоксильной группой ($-COOH$) другого с образованием амидной связи ($-CO-NH-$) и выделением молекулы воды. Этот процесс многократно повторяется, формируя длинные полимерные цепи.

Структурная формула повторяющегося звена найлона-6,6 выглядит следующим образом:

$[-CO-(CH_2)_4-CO-NH-(CH_2)_6-NH-]_n$

где n обозначает степень полимеризации, то есть количество таких звеньев в макромолекуле.

Ответ: Структура найлона представляет собой длинную полимерную цепь, состоящую из повторяющихся звеньев, соединенных амидными группами ($-CO-NH-$). Для найлона-6,6 формула повторяющегося звена: $[-CO-(CH_2)_4-CO-NH-(CH_2)_6-NH-]_n$.

Почему его волокна имеют высокую прочность?

Высокая прочность волокон найлона является следствием сильных межмолекулярных взаимодействий, а именно — водородных связей, которые образуются между соседними полимерными цепями.

1. Полярность амидных групп: Амидная группа ($-CO-NH-$) очень полярна. Атом кислорода в карбонильной группе ($C=O$) несет на себе частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а атом водорода, связанный с атомом азота ($-N-H$), — частичный положительный заряд ($\delta+$).
2. Образование водородных связей: Благодаря этой полярности между атомом кислорода одной цепи и атомом водорода другой цепи возникает сильное электростатическое притяжение — водородная связь. Схематически это можно изобразить так (пунктиром показана водородная связь):
   ...-C=O ··· H-N-...
   ...-N-H ··· O=C-...
3. Ориентация цепей: В процессе производства волокна (при его вытягивании из расплава или раствора) макромолекулы найлона ориентируются, выстраиваясь параллельно друг другу вдоль оси волокна. Это создает упорядоченные, кристаллические области.
4. Суммарный эффект: В этих упорядоченных областях образуется огромное количество водородных связей. Эта плотная трехмерная сетка связей прочно удерживает полимерные цепи вместе, препятствуя их проскальзыванию друг относительно друга под действием внешней силы. Чтобы разорвать такое волокно, необходимо преодолеть энергию не только прочных ковалентных связей внутри цепей, но и многочисленных водородных связей между ними.

Именно сочетание упорядоченной структуры и сильных межмолекулярных водородных связей придает найлоновым волокнам их знаменитую высокую прочность на разрыв и износостойкость.

Ответ: Высокая прочность волокон найлона обусловлена образованием большого числа водородных связей между параллельно ориентированными полимерными цепями. Эти связи создают прочную и упорядоченную структуру, которая эффективно сопротивляется деформации и разрыву.