Номер 5, страница 114, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. На конкретных примерах поясните, что такое степень полимеризации.

5. Степень полимеризации (обозначается как n или DP) — это фундаментальная характеристика полимера, которая показывает, сколько мономерных звеньев (структурных единиц) содержится в одной макромолекуле. Иными словами, это число, указывающее, сколько раз мономерная единица повторяется в полимерной цепи.

В общем виде реакцию полимеризации можно записать так:

$n \cdot (\text{мономер}) \rightarrow (-\text{мономер}-)_n$

где n — степень полимеризации.

Рассмотрим это понятие на конкретных примерах.

Пример 1: Полиэтилен

Полиэтилен получают путем полимеризации этилена. Мономер в данном случае — это молекула этилена ($CH_2=CH_2$).

Уравнение реакции:

$n \, CH_2=CH_2 \xrightarrow{\text{t, p, кат.}} (-CH_2-CH_2-)_n$

Здесь n — это и есть степень полимеризации. Она показывает, сколько молекул этилена соединилось в одну длинную цепь полиэтилена. В зависимости от условий реакции, степень полимеризации может сильно варьироваться, что определяет свойства конечного продукта:

- Для полиэтилена низкого давления (высокой плотности, HDPE) n может достигать нескольких сотен тысяч (например, 200 000). Такой материал будет твердым и прочным.

- Для полиэтилена высокого давления (низкой плотности, LDPE) n обычно составляет от 1 000 до 3 000. Этот материал более гибкий и эластичный.

Пример 2: Поливинилхлорид (ПВХ)

ПВХ — это продукт полимеризации винилхлорида ($CH_2=CHCl$).

Уравнение реакции:

$n \, CH_2=CHCl \rightarrow (-CH_2-CHCl-)_n$

В этом случае n показывает, сколько звеньев винилхлорида образуют макромолекулу ПВХ. Для промышленных марок ПВХ средняя степень полимеризации обычно находится в диапазоне от 700 до 1500. Чем выше n, тем выше молекулярная масса, вязкость расплава и механическая прочность полимера.

Пример 3: Целлюлоза (природный полимер)

Целлюлоза, основная составляющая древесины и хлопка, является природным полимером. Её мономером служат остатки молекул глюкозы ($C_6H_{12}O_6$). При образовании полимерной цепи от каждой молекулы глюкозы отщепляется молекула воды (реакция поликонденсации).

Структурное звено целлюлозы — $(C_6H_{10}O_5)$.

Общая формула целлюлозы: $(C_6H_{10}O_5)_n$.

Степень полимеризации n для целлюлозы очень высока и зависит от её источника. Например, для хлопковой целлюлозы n может достигать 10 000–14 000, что и обуславливает её высокую прочность.

Важно отметить, что в реальном образце полимера макромолекулы почти никогда не имеют одинаковую длину. Поэтому говорят о средней степени полимеризации, которая является усредненной характеристикой для всего образца. Степень полимеризации напрямую связана со средней молекулярной массой полимера ($M_{полимера}$) и молекулярной массой мономерного звена ($M_{звена}$):

$M_{полимера} \approx n \cdot M_{звена}$

Таким образом, степень полимеризации является ключевым параметром, определяющим молекулярную массу и, как следствие, физико-механические свойства полимеров (прочность, вязкость, температура плавления и др.).

Ответ: Степень полимеризации — это число, показывающее, сколько мономерных звеньев (повторяющихся структурных единиц) содержится в одной макромолекуле полимера; она напрямую влияет на молекулярную массу и физические свойства материала.