Номер 2, страница 121, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. На конкретных примерах поясните, чем отличаются реакции поликонденсации от реакций полимеризации?

Решение

Реакции полимеризации и поликонденсации являются двумя основными способами получения высокомолекулярных соединений (полимеров) из низкомолекулярных веществ (мономеров). Несмотря на общую цель, эти процессы принципиально отличаются по своему механизму, типу используемых мономеров и составу продуктов реакции.

Реакция полимеризации

Полимеризация — это процесс соединения большого числа одинаковых молекул мономера в длинные полимерные цепи без выделения побочных низкомолекулярных продуктов. Элементный состав полимера и мономера идентичен.

Для вступления в реакцию полимеризации мономер должен содержать кратные (двойные или тройные) связи или быть циклическим соединением, способным к раскрытию цикла. Реакция обычно протекает по цепному механизму: сначала происходит инициирование (образование активного центра), затем быстрый рост цепи путем последовательного присоединения молекул мономера к этому центру, и, наконец, обрыв цепи.

Конкретный пример: получение полиэтилена из этилена.

Мономером является этилен ($CH_2=CH_2$), молекула которого содержит двойную связь. В условиях высокой температуры, давления и в присутствии катализатора двойная связь разрывается, и молекулы соединяются друг с другом:

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

В данном случае, кроме полиэтилена, никаких других веществ не образуется. Структурное звено полимера $(-CH_2-CH_2-)$ имеет тот же элементный состав, что и мономер этилен.

Реакция поликонденсации

Поликонденсация — это процесс образования полимера из мономеров, который сопровождается выделением побочных низкомолекулярных продуктов (например, воды $H_2O$, аммиака $NH_3$, хлороводорода $HCl$ и др.). Вследствие этого элементный состав полимера отличается от элементного состава исходных мономеров.

В реакцию поликонденсации вступают мономеры, содержащие не менее двух функциональных групп (например, $-OH$, $-COOH$, $-NH_2$), способных реагировать друг с другом. Реакция протекает по ступенчатому механизму: сначала две молекулы мономера реагируют, образуя димер, затем димер может реагировать с мономером, образуя тример, или с другим димером, образуя тетрамер, и так далее. Рост молекулярной массы происходит постепенно во всем объеме реакционной смеси.

Конкретный пример: получение полиамида (нейлон-6,6) из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты.

Используются два мономера: гексаметилендиамин, содержащий две аминогруппы ($H_2N-(CH_2)_6-NH_2$), и адипиновая кислота, содержащая две карбоксильные группы ($HOOC-(CH_2)_4-COOH$). При их взаимодействии аминогруппа одной молекулы реагирует с карбоксильной группой другой с образованием амидной связи и выделением молекулы воды:

$n H_2N-(CH_2)_6-NH_2 + n HOOC-(CH_2)_4-COOH \rightarrow [-NH-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO-]_n + 2n H_2O$

Здесь на каждое образовавшееся амидное звено выделяется побочный продукт — вода. Элементный состав структурного звена полимера очевидно отличается от суммы элементных составов двух исходных мономеров.

Таким образом, главные отличия заключаются в следующем:

1. Побочные продукты: полимеризация протекает без их выделения, а поликонденсация всегда сопровождается образованием низкомолекулярных веществ (воды, спирта и т.д.).

2. Состав: при полимеризации элементный состав полимера и мономера одинаков, при поликонденсации — различен.

3. Тип мономера: в полимеризацию вступают мономеры с кратными связями или циклами, в поликонденсацию — мономеры с несколькими функциональными группами.

4. Механизм реакции: полимеризация, как правило, имеет цепной механизм (быстрый рост отдельных цепей), а поликонденсация — ступенчатый (постепенный рост всех молекул в системе).

Ответ: Реакции поликонденсации отличаются от реакций полимеризации тем, что они протекают с выделением низкомолекулярных побочных продуктов (например, воды), в то время как полимеризация происходит без их образования. Как следствие, при поликонденсации элементный состав образующегося полимера отличается от состава исходных мономеров, а при полимеризации он идентичен. Кроме того, в полимеризацию вступают мономеры с кратными связями (например, этилен $CH_2=CH_2$), а в поликонденсацию — мономеры, содержащие не менее двух функциональных групп (например, адипиновая кислота и гексаметилендиамин).