大学普通化学课件第7章

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7.2 高分子化合物基本结构和重要特性
7.2.1 高分子化合物基本结构 1. 高分子的几何形状 线型结构的高分子化合物： 线型结构的高分子化合物：高分子物质中存在独立的可以运动 大分子链；每个大分子链中，相邻的链节之间以σ单键相互联 大分子链；每个大分子链中，相邻的链节之间以σ单键相互联 结，可以保持一定的角度旋转，使分子具有不同的形态（可分 可以保持一定的角度旋转，使分子具有不同的形态（ 为四种） 为四种）
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 非晶态高聚物 高分子链无规则的排列，分子间作用力小， 高分子链无规则的排列，分子间作用力小，没
有一定的熔点，耐热性和耐机械强度较差。 有一定的熔点，耐热性和耐机械强度较差。 由于高分子链长，要使每部分高分子链有规律排列是很困难的， 由于高分子链长，要使每部分高分子链有规律排列是很困难的， 因此晶态高聚物也只有部分结晶。（图 ） 因此晶态高聚物也只有部分结晶。（图7.3） 。（
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 （3）按性能和用途分类 按性能和用途分类 塑料：热塑性塑料(受热软化变形,可以多次反复加热成型) 塑料：热塑性塑料(受热软化变形,可以多次反复加热成型) 热固性塑料(加热成型后不再变形,不能反复加热成型) 热固性塑料(加热成型后不再变形,不能反复加热成型) 橡胶： 橡胶：天然橡胶结构 合成橡胶 纤维：天然纤维；化学纤维： 纤维：天然纤维；化学纤维：分为合成纤维和再生人造纤维 涂料：涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料 涂料： 胶粘剂：可将两种相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料 胶粘剂： 功能高分子：指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团， 功能高分子：指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团， 并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子 （4）按功能分类：通用高分子、工程材料高分子、医用高分 ）按功能分类：通用高分子、工程材料高分子、 子、功能高分子等
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7.1.2 高分子化合物的命名及分类
1.高分子化合物的命名（按结构系统命名，烦琐、复杂，不常用） 高分子化合物的命名（按结构系统命名，烦琐、复杂，不常用） 高分子化合物的命名 (1) 按原料单体或聚合物结构特征命名 按原料单体或聚合物结构特征命名 加聚或 • 由一种或一种以上单体通过加聚或共聚反应而得的高分子常在 由一种或一种以上单体通过加聚 共聚反应而得的高分子常在 单体名称前加“ 单体名称前加“聚”字,如聚乙烯、聚丙烯、聚已二酰已二胺等 如聚乙烯、聚丙烯、 • 由两种单体经缩聚反应而成的高分子，在单体名称后加“树 由两种单体经缩聚反应而成的高分子，在单体名称后加“ 缩聚反应而成的高分子 脂”、“橡胶”、“共聚物”等后缀,如酚醛树脂、丁苯橡胶等； 橡胶” 共聚物”等后缀,如酚醛树脂、丁苯橡胶等； • 按聚合物结构特征
无规线团
折叠链
直线链
螺旋链
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 高分子链中有许许多多可以旋转的σ单键， 高分子链中有许许多多可以旋转的σ单键，使分子链具有很多 的构象。构象越多，分子链越卷曲。若有外力作用时， 的构象。构象越多，分子链越卷曲。若有外力作用时，分子链 的形态变化，可以引起高聚物外形的变化，当外力解除后， 的形态变化，可以引起高聚物外形的变化，当外力解除后，分 子能可以恢复其卷曲形态。 子能可以恢复其卷曲形态。 高分子链这种强烈卷曲的趋向称为分子链的柔顺性。 高分子链这种强烈卷曲的趋向称为分子链的柔顺性。分子链的 柔顺性对高聚物的性能有很大的影响。 柔顺性对高聚物的性能有很大的影响。 体型结构的高分子化合物： 体型结构的高分子化合物：可看成是线形或支链形大分子间以 化学键交联而成，许多大分子键合成一个整体， 化学键交联而成，许多大分子键合成一个整体，已无单个大分 子可言，一般不表现出柔顺性。 子可言，一般不表现出柔顺性。
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 • 临界相对分子质量 高分子化合物相对分子质量达到一定
量时，其物理性能与相对分子量无关， 量时，其物理性能与相对分子量无关，这时高聚物的相对分 子质量称为临界相对分子质量。 子质量称为临界相对分子质量。 低于临界相对分子质量的高 分子化合物则称为低聚物。 分子化合物则称为低聚物。 • 单体（Monomer）能够聚合成高分子的小分子化合物称为 单体（Monomer） 单体，是合成高分子化合物的起始原料。 单体，是合成高分子化合物的起始原料。有些单体和高分子化 合物的化学组成相同， 合物的化学组成相同，有些单体和高分子化合物的化学组成有 差别。 差别。如
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 2. 高分子化合物的特点 （1）从相对分子质量和组成上看，高分子化合物组成简单，相 ）从相对分子质量和组成上看，高分子化合物组成简单， 对分子质量大，具有多分散性（Polydispersity） 对分子质量大，具有多分散性（Polydispersity） 。 （2）从分子结构上看，可分为两种结构 ）从分子结构上看， 线型高分子： 线型高分子：分子链中的原子以共价键相互联结成很长的卷曲状 态的分子链，分直链型和支链型（主链上常有些较短支链） 态的分子链，分直链型和支链型（主链上常有些较短支链）。 体型高分子：分子链与分子链之间以共价键交联起来，形成三维 体型高分子：分子链与分子链之间以共价键交联起来， 空间的网状结构。 空间的网状结构。
£ O -C-NHO -C-OO -NH-C-O-O-
聚酰胺
聚酯
聚氨酯
聚醚
面向21 21世纪教材 面向21世纪教材 (2) 按商品名称命名 商品名称命名 聚酰胺类称为尼龙，后加的两个数字, 聚酰胺类称为尼龙，后加的两个数字, 分别代表单体二元胺和 二元酸的碳原子数。 二元酸的碳原子数。 合成纤维通常以“ 作后缀,如涤纶、腈纶、 合成纤维通常以“纶”作后缀,如涤纶、腈纶、氯纶等 用英文缩写符号: ），PVC（聚氯乙烯）， （3）用英文缩写符号: 如PE（聚乙烯）， （聚乙烯）， （聚氯乙烯）， PS（聚苯乙烯）等。 （表7.1） 7.1） （聚苯乙烯） 2. 高分子化合物的分类 高分子化合物的分类 分类 （1）按来源分类 高分子化合物可分为天然和合成高分子 按主链结构分类: （2）按主链结构分类: • 碳链聚合物 主链完全由碳原子组成 • 杂链聚合物 主链除碳原子外，还含有氧、 主链除碳原子外，还含有氧、硫、氮等杂原子 • 元素有机聚合物 主链中无碳原子，而由硅、硼、氧、铝磷、 主链中无碳原子，而由硅、 铝磷、 硫等组成， 硫等组成，但侧链有有机基团 如聚二甲基硅氧烷 • 元素无机聚合物 主链和侧链均由无机元素或基团组成。 主链和侧链均由无机元素或基团组成。
方法有依据高分子溶液依数性规律测定、光散射、黏度等） 方法有依据高分子溶液依数性规律测定、光散射、黏度等） •平均聚合度 高分子化合物平均相对分子质量除以链节式量 平均聚合度 高分子化合物平均相对分子质量除以 平均相对分子质量除以链节式量 小分子化合物中每个分子大小通常是相同的， 小分子化合物中每个分子大小通常是相同的，而高分子化 合物绝大多数是由大小不同的同系物分子组成。 合物绝大多数是由大小不同的同系物分子组成。即：高分子化 合物实际是由若干相对分子质量不同的同系物组成，是混合物。 合物实际是由若干相对分子质量不同的同系物组成，是混合物。 高分子化合物中分子大小越均匀，高聚物的性能越好。 高分子化合物中分子大小越均匀，高聚物的性能越好。
• 高分子化合物相对分子质量 高分子化合物相对分子质量
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 聚合度与链节式量的乘积
• 高分子多分散性 高分子化合物中相对分子质量大小不等的现象 高分子化合物中相对分子质量大小不等的现象 • 高分子化合物平均相对分子质量 高分子化合物平均相对分子质量 通过实验的方法测得（ 通过实验的方法测得（测定的
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 线型
支链型
体型
（3）从性能上看，由于高分子化合物是由共价键结合而成且相 ）从性能上看， 对分子量很大，因此具有较好的机械强度、绝缘性和耐腐蚀性。 对分子量很大，因此具有较好的机械强度、绝缘性和耐腐蚀性。 分子链长，故有很好的可塑性和弹性。 分子链长，故有很好的可塑性和弹性。 （4）从物理性质上看，常温常压下高分子化合物一般为液体或 ）从物理性质上看， 固体，难以挥发，很难溶解，但有时可以溶胀。 固体，难以挥发，很难溶解，但有时可以溶胀。
面向21世纪教材 面向21世纪教材 21 2. 高聚物的聚集态 高聚物是高分子链以分子间力或分子间力和氢键结合。 高聚物是高分子链以分子间力或分子间力和氢键结合。 从物质中相互作用运动单元来说：与小分子物质不同， 从物质中相互作用运动单元来说：与小分子物质不同，聚合物 中运动单元有高分子链、链段及侧基，分子间力有加和性， 中运动单元有高分子链、链段及侧基，分子间力有加和性，故 高聚物中分子间力很大，因此高聚物没有气态。如聚乙烯、 高聚物中分子间力很大，因此高聚物没有气态。如聚乙烯、聚 丙烯等存在分子间力；聚氨酯、 丙烯等存在分子间力；聚氨酯、聚酰胺等极性高分子链间除分 子间力外还存在氢键。 子间力外还存在氢键。 从结晶状态来看，线型结构的高聚物分为： 从结晶状态来看，线型结构的高聚物分为： 晶态高聚物（分子晶体） 高分子链有规则的排列， 晶态高聚物（分子晶体） 高分子链有规则的排列，分子间作用 力较大，有一定的熔点，耐热性和耐机械强度较高。 力较大，有一定的熔点，耐热性和耐机械强度较高。
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高分子化学：研究高分子化合物的结构、性能与反应、 高分子化学：研究高分子化合物的结构、性能与反应、 加工成型及应用的化学。 加工成型及应用的化学。
7.1 高分子化合物概述
7.1.1 高分子化合物的基本概念与特点 1. 基本概念 • 高分子化合物 （又称高聚物或聚合物） Macromolecules, 又称高聚物或聚合物） High Polymer, Polymer 是由许多特定结构单元通过共价键多次 重复连接而成，相对分子质量很大，通常为10 重复连接而成，相对分子质量很大，通常为104~106。如聚氯乙 烯的平均相对分子质量为5 15万 天然橡胶的为40 100万 40烯的平均相对分子质量为5-15万，天然橡胶的为40-100万。 有机化合物（或小分子） 有机化合物（或小分子） 相对分子质量通常低于1000 相对分子质量通常低于1000