Номер 5, страница 192 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

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

Степень полимеризации (обозначается как n или DP) – это фундаментальная характеристика полимера, которая показывает, сколько мономерных звеньев (структурных единиц) в среднем содержится в одной макромолекуле. Мономерные звенья – это повторяющиеся фрагменты, из которых, как из кирпичиков, построена длинная полимерная цепь.

Так как в процессе синтеза образуются макромолекулы разной длины, на практике обычно говорят о средней степени полимеризации. Её можно рассчитать, зная среднюю молярную массу полимера и молярную массу одного мономерного звена.

Формула для расчета средней степени полимеризации:

$n = \frac{M_{ср}(полимера)}{M(мономерного \ звена)}$

где $M_{ср}(полимера)$ – средняя молярная масса полимера, а $M(мономерного \ звена)$ – молярная масса мономерного звена.

Рассмотрим это на конкретных примерах.

Пример 1: Полиэтилен

Полиэтилен получают путем полимеризации этилена.

Мономер: этилен, $CH_2=CH_2$.

Реакция полимеризации в общем виде: $nCH_2=CH_2 \rightarrow (-CH_2-CH_2-)_n$.

Структурное звено полиэтилена: $-CH_2-CH_2-$.

Вычислим молярную массу этого звена: $M(-CH_2-CH_2-) = 2 \cdot M(C) + 4 \cdot M(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28$ г/моль.

Предположим, у нас есть образец полиэтилена, средняя молярная масса которого составляет $42000$ г/моль.

Тогда средняя степень полимеризации для этого образца будет:

$n = \frac{42000 \ г/моль}{28 \ г/моль} = 1500$.

Это означает, что в среднем каждая макромолекула в данном образце полиэтилена состоит из 1500 звеньев этилена.

Пример 2: Поливинилхлорид (ПВХ)

ПВХ – это продукт полимеризации винилхлорида.

Мономер: винилхлорид, $CH_2=CHCl$.

Реакция полимеризации: $nCH_2=CHCl \rightarrow (-CH_2-CHCl-)_n$.

Структурное звено: $-CH_2-CHCl-$.

Молярная масса этого звена: $M(-CH_2-CHCl-) = 2 \cdot M(C) + 3 \cdot M(H) + 1 \cdot M(Cl) = 2 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 35.5 = 62.5$ г/моль.

Допустим, средняя молярная масса промышленного образца ПВХ равна $93750$ г/моль.

Рассчитаем среднюю степень полимеризации:

$n = \frac{93750 \ г/моль}{62.5 \ г/моль} = 1500$.

Таким образом, макромолекула ПВХ в этом образце в среднем состоит из 1500 звеньев винилхлорида.

Пример 3: Целлюлоза (природный полимер)

Целлюлоза является полисахаридом, ее макромолекулы состоят из остатков глюкозы.

Мономерное звено: остаток бета-глюкозы, формула которого в полимерной цепи $(-C_6H_{10}O_5-)$.

Молярная масса звена: $M(-C_6H_{10}O_5-) = 6 \cdot M(C) + 10 \cdot M(H) + 5 \cdot M(O) = 6 \cdot 12 + 10 \cdot 1 + 5 \cdot 16 = 72 + 10 + 80 = 162$ г/моль.

Молярная масса целлюлозы сильно варьируется в зависимости от источника. Например, у хлопковой целлюлозы она может достигать $500000$ г/моль и более.

Степень полимеризации для такого образца:

$n = \frac{500000 \ г/моль}{162 \ г/моль} \approx 3086$.

Следовательно, одна макромолекула хлопковой целлюлозы может содержать более 3000 остатков глюкозы.

Степень полимеризации является ключевым параметром, так как она напрямую влияет на физико-механические свойства полимера: прочность, твёрдость, эластичность, температуру плавления и вязкость расплава. Чем выше степень полимеризации, тем, как правило, прочнее и термостойче материал.

Ответ: Степень полимеризации – это число, показывающее, сколько раз мономерное звено (повторяющаяся структурная единица) укладывается в одной полимерной макромолекуле. Например, если степень полимеризации полиэтилена $(-CH_2-CH_2-)_n$ равна 1000, это значит, что его макромолекула в среднем состоит из 1000 последовательно соединенных звеньев $-CH_2-CH_2-$.