Номер 2, страница 187 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

6.2. Почему у полимеров нет определённой молекулярной массы?

Решение

У полимеров нет определённой, фиксированной молекулярной массы, в отличие от низкомолекулярных соединений (например, молекулы воды $H_2O$), по причине статистического (вероятностного) характера процесса их получения — полимеризации.

Полимеры — это макромолекулы, состоящие из большого числа повторяющихся структурных звеньев (мономеров), соединенных в длинные цепи. Процессы синтеза полимеров, такие как цепная полимеризация или поликонденсация, протекают по вероятностным законам. Это означает, что образование и рост каждой отдельной макромолекулы являются случайными событиями.

Ключевые факторы, обуславливающие различие в массах макромолекул:

1. Случайное инициирование роста цепи. Процесс роста цепей начинается в разные моменты времени и в разных точках реакционной смеси.
2. Случайный обрыв цепи. Рост цепи также прекращается (обрывается) в случайный момент времени. Обрыв может произойти из-за различных химических реакций: например, соединения двух растущих цепей, взаимодействия с примесями или специальными агентами.

Из-за того, что моменты начала и обрыва роста для каждой цепи индивидуальны и случайны, конечные макромолекулы в одном и том же образце полимера будут иметь разную длину, а следовательно, и разную молекулярную массу. Такое явление называется полидисперсностью.

Поэтому для характеристики ансамбля макромолекул в образце полимера вместо единственного значения молекулярной массы используют её средние значения и понятие молекулярно-массового распределения. Наиболее часто используют:

• Среднечисловую молекулярную массу ($M_n$), которая определяется как общая масса всех молекул, делённая на их общее число: $M_n = \frac{\sum N_i M_i}{\sum N_i}$, где $N_i$ — число молекул с массой $M_i$.
• Среднемассовую молекулярную массу ($M_w$), где вклад каждой молекулы пропорционален её массе, поэтому более тяжёлые молекулы влияют на значение сильнее: $M_w = \frac{\sum N_i M_i^2}{\sum N_i M_i}$.

Таким образом, говорить об определённой молекулярной массе для полимеров некорректно. Исключение составляют лишь некоторые природные биополимеры (например, белки), синтез которых в живых организмах происходит по точной программе (матрице), что обеспечивает идентичность всех молекул.

Ответ: У полимеров нет определённой молекулярной массы, поскольку процесс их синтеза (полимеризация) является статистическим по своей природе. Это приводит к тому, что в любом образце полимера образуются макромолекулы разной длины и, соответственно, разной массы. Такой образец является полидисперсным (состоит из смеси макромолекул разной массы), и для его характеристики используют усреднённые значения молекулярной массы (например, среднечисловую и среднемассовую).