Все начинается с базовой цепочки химически связанных звеньев
Полимерные структуры могут иметь два разных компонента. Все начинается с базовой цепочки химически связанных звеньев. Это иногда называют его основой. У некоторых также могут быть второстепенные части, которые свисают с некоторых (или всех) звеньев цепи. Одно из этих вложений может быть столь же простым, как одиночный атом. Другие могут быть более сложными и называться подвесными группами. Это потому, что эти группы свисают с основной цепочки полимера так же, как отдельные подвески свисают с цепи браслета с подвесками. Поскольку они подвергаются воздействию окружающей среды в большей степени, чем атомы, составляющие саму цепь, эти «прелести» часто определяют, как полимер взаимодействует с самим собой и другими объектами в окружающей среде.
Иногда боковые группы вместо того, чтобы свободно свисать с одной полимерной цепи, на самом деле соединяют две цепи вместе. (Представьте, что это похоже на ступеньку, протянутую между ножками лестницы.) Химики называют эти связи поперечными связями. Они имеют тенденцию усиливать материал (например, пластик), изготовленный из этого полимера. Они также делают полимер более твердым и трудным для плавления. Однако чем длиннее поперечные связи, тем более гибким становится материал.
Полимеры производятся путем химического соединения множества копий более простых групп, называемых мономерами. Например, поливинилхлорид (ПВХ) производится путем связывания длинных цепей мономеров (показано в скобках). Он состоит из двух атомов углерода, трех атомов водорода и одного атома хлора.
Химическая связь — это то, что удерживает атомы вместе в молекуле и некоторых кристаллах. Теоретически любой атом, способный образовывать две химические связи, может образовать цепь; это как две руки, чтобы соединиться с другими людьми, чтобы сделать круг. (Водород не подойдет, потому что он может образовывать только одну связь.)
Но атомы, которые обычно образуют только две химические связи, такие как кислород, не часто образуют длинные полимерные цепи. Почему? Как только кислород образует две связи, он становится стабильным. Значит, две его «протянутые руки» уже заняты. Никого не осталось, чтобы держать подвесную группу. Поскольку многие атомы, которые являются частью основной цепи полимера, обычно имеют по крайней мере одну боковую группу, элементы, которые обычно появляются в полимерной цепи, являются элементами, которые становятся стабильными с четырьмя связями, такими как углерод и кремний.
Некоторые полимеры эластичны. Другие очень жесткие. Только подумайте о многих типах пластика: материал гибкой бутылки из-под газировки сильно отличается от материала жесткой трубы из поливинилхлорида (ПВХ). Иногда материаловеды добавляют в свои полимеры другие вещества, чтобы сделать их гибкими. Их называют пластификаторами. Они занимают пространство между отдельными полимерными цепями. Думайте о них как о смазке молекулярного масштаба. Они позволяют отдельным цепям легче скользить друг по другу.
По мере старения многих полимеров они могут терять пластификаторы в окружающей среде. Или стареющие полимеры могут реагировать с другими химическими веществами в окружающей среде. Такие изменения помогают объяснить, почему некоторые пластмассы сначала становятся гибкими, а затем становятся жесткими или хрупкими.
Полимеры не имеют определенной длины. Обычно они также не образуют кристаллов. Наконец, у них обычно нет определенной температуры плавления, при которой они сразу же превращаются из твердого состояния в жидкое. Вместо этого пластмассы и другие материалы, изготовленные из полимеров, постепенно размягчаются при нагревании.