乙烯与有机高分子材料(二
看懂加聚反应机理与单体判断,掌握三大合成材料的结构-性能-用途关系
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乙烯与有机高分子材料(二
看懂加聚反应机理与单体判断,掌握三大合成材料的结构-性能-用途关系
加成反应
上一页我们看到乙烯含有一个碳碳双键——一个σ键叠一个π键。σ键稳固,π键却像外露的‘插销’:电子云暴露在外、能量较高,容易被‘撬开’接纳新原子。这种打开π键、引入新基团的反应,就是加成反应。
凸起对合=双键,敲平凸起=π键断裂,两侧各扣上新块=加成,无碎片脱落
聚合反应
上一节我们看到乙烯分子能彼此加成。如果一万个乙烯分子排着队,依次头尾相连,会得到什么?——一条超长的大分子链,这就是聚合反应。
一颗珠子=一个单体,串成的整条链=聚合物,珠子个数=n
加成聚合反应(加聚反应)
前两页我们分别讲了加成反应(双键打开加东西)和聚合反应(小分子连成链)。如果无数个含双键的小分子彼此把双键打开、相互「牵手」呢?这就是加聚反应——两类反应合并得到的统一图像。
车厢两端的对接口就像双键,扣上后整列变长,没有零件掉队
聚乙烯
上一节我们刚讲完加聚反应的机理——双键打开、彼此相连。乙烯是所有加聚反应里最干净的参与者:两个碳、四个氢,π键一断、手拉手,就拼出了全球产量最大的合成高分子——聚乙烯。
每个小方块就是一个 —CH₂—CH₂— 单元,n 块相同积木首尾相接成一条长链
单体
上一页我们认识了聚乙烯——它由聚合反应得来。那到底是谁在参与聚合?答案是:单体。这一页我们把它拆开来看。
单颗珠子没功能,串起来才成整体;单体与高分子性质截然不同
链节与聚合度
乙烯手拉手串成聚乙烯长链,但「很多个」到底是多少?化学家用两个量刻画:链节(重复出现的小片段)和聚合度(片段重复的次数)。像一列由相同车厢组成的火车——看车厢数就知道列车有多长。
每节车厢 = 链节;车厢数 = 聚合度;总重 = 车厢数 × 单节重
乙烯的氧化反应
上一节给乙烯的 C=C「加东西」是加成反应。这一节反过来——给双键「加氧」或「拿电子」,就是氧化反应。乙烯因双键电子云密度高,比乙烷活泼得多。
铁和 C=C 都是电子富集区,遇到「抢电子」的氧化剂(O₂、KMnO₄)就被夺走电子
乙烯的加成反应
乙烯的加成反应:定义、要点与典型应用
橡胶及硫化橡胶
从一棵树流出的乳白色液体,经过凝固就成了我们熟悉的橡胶。但天然橡胶冬天变脆、夏天发粘——这种"两难"困扰了人类几百年。一个偶然的发现改变了这一切。
单绳受力易散开;编网后整体承担载荷,强度和弹性同步跃升
纤维与化学纤维
前面学过聚乙烯做塑料、硫化橡胶做弹性体。如果把同一类高分子拉成极细的丝呢?衣服的线、绳子、口罩的熔喷层——这些都叫纤维。
面团里蛋白质链被拉成同向排列,面条变强韧;高分子链取向同理
黏合剂
小时候用过的白乳胶、补鞋的万能胶、502瞬间胶——它们都是高分子家族的成员。黏合剂的本质,是靠聚合物链把两个表面"缝"在一起。
浆糊渗入木板孔隙,干后像无数小手把两面锁住——内聚力+界面嵌合缺一不可
涂料
冬天给暖气管道刷防锈漆,给木桌刷清漆防水,给汽车喷漆防腐蚀——这些动作背后都是同一种东西在工作:涂料。它不是单一物质,而是一套配方系统。
"布料"=成膜物质(高分子);"颜色"=颜料;"防水处理"=助剂;"穿好"=固化成膜
本节要点
- ✓加聚反应无小分子脱去,链中所有原子都来自单体
- ✓聚合度n是统计均值,决定分子量大小与性能上限
- ✓同种高分子经不同加工可得不同性能——硫化、取向、涂覆
- ✓三大材料都以高分子为基料,差异源于结构与成型方式
课后思考
先独立思考,再对照参考答案。能说清思路比答对更重要。
参考答案聚合度增大意味着分子链增长,分子间作用力累积。当 n 足够大,链开始缠绕,材料从液态低聚物过渡为具有强度的高分子,呈现宏观机械强度。
参考答案硫化时硫原子在相邻橡胶分子链双键位置间形成硫桥(—S—S—),将线性链交联成网状。交联限制链间滑移,使弹性与强度同时提升。
参考答案不是巧合。加聚的核心是单体打开 π 键、形成两个新 σ 键与其他单体相连。C=C 双键提供的 π 键是反应位点,没有它就无法链式加聚。