Соединение длинной цепочки молекул известно как полимеризация
Соединение длинной цепочки молекул известно как полимеризация.
Для простоты давайте рассмотрим один вид полимеризации, называемый «полимеризацией присоединения». Кроме того, при полимеризации, как вы уже догадались, мономеры просто складываются в повторяющийся узор. Это приводит к тому, что никакая другая, дополнительная субстанция не создается. (Другой способ создания полимеров называется конденсационной полимеризацией. В этом процессе, когда каждый мономер добавляется в цепь, в качестве побочного продукта создается дополнительная небольшая молекула, такая как вода.)
Аддитивная полимеризация основана на мономере с двойной связью, соединяющей два атома углерода. Вводится молекула, называемая свободным радикалом, которая заставляет двойную связь открываться и соединяться со следующей молекулой мономера. Полимерная цепь образуется, когда одно и то же основное звено повторяется снова и снова в регулярной цепной структуре. Хотя использование свободных радикалов таким образом не является новой идеей, химики регулярно открывают молекулы, которые намного эффективнее создают полимеры. Это означает, что полимеры можно производить быстрее, дешевле, чище и с большим контролем над конечным продуктом.
Давайте увеличим масштаб и рассмотрим этот процесс немного подробнее на примере образования полиэтилена. Полиэтилен — простейший синтетический полимер. Он состоит всего из одного вида мономера — этилена, состоящего из двух атомов углерода и двух атомов водорода. (Другие полимеры могут состоять из двух или более различных мономеров.) Полиэтилен образуется, когда многие тысячи молекул этилена соединяются встык.
Процесс начинается с нагревания молекулы, такой как перекись водорода
Это заставляет его расщепляться на две части, создавая свободный радикал. Свободный радикал – это молекула с одним неспаренным электроном. Электроны — экстраверты атомного мира; они действительно не справляются с одиночеством. Или, говоря техническим языком, молекула с несоединённым электроном во внешней валентной оболочке является нестабильной молекулой. В любом случае одинокий электрон захочет соединиться с другим электроном. Свободный радикал ищет другой электрон, с которым можно соединить свой одинокий единственный электрон. Он атакует двойную связь, соединяющую два атома углерода в молекуле этилена, и захватывает электрон. Его электроны счастливо соединились, свободный радикал присоединяется к одному из атомов углерода. Другой углерод, ранее счастливо соединённый, теперь имеет несоединённый электрон. Он стал свободным радикалом, в котором несоединённый электрон стремится соединиться с другим, чтобы образовать пару. Вводится вторая молекула этилена. Вновь созданный свободный радикал разрывает углерод-углеродную связь, захватывая электрон и создавая новый свободный радикал с одним несоединённым электроном на конце. Это продолжается как цепная реакция с образованием длинной цепи по мере добавления новых молекул этилена. Процесс продолжается до тех пор, пока свободные радикалы не встретятся с другим свободным радикалом, завершив цепочку. Теперь у нас есть полимер полиэтилен, состоящий из мономера (повторяющегося звена) этилена.
Некоторыми другими примерами полимеров, образованных таким образом, являются полихлорэтилен (ПВХ), используемый для изготовления таких вещей, как водопроводные трубы и изоляция для электрических кабелей, и полипропилен, используемый в таких продуктах, как резиновые уточки (и другие игрушки).