Polimerlar
Tasnifi
ChEBI	60027
Maʼlumotlar standart sharoitlar (25 °C, 100 kPa) uchun keltirilgan, agar boshqacha ko‘rsatilmagan bo‘lsa.
Vikiombordagi mediafayllar

Polimerlar (yunon. πολύ «ko‘p» + μέρος «qism» so‘zlaridan) — moddalar, yaʼni «monomer bo‘g‘inlar» kimyoviy bog‘lar yordamida uzun makromolekulalar hosil qiladigan birikmalardir. Polimerlar noorganik yoki organik, amorf yoki kristall moddalar bo‘lishi mumkin. Polimer yuqori molekulyar birikma hisoblanadi: undagi monomer bo‘g‘inlar soni (polimerlanish darajasi) yetarlicha katta bo‘lishi kerak (aks holda bunday birikma oligomer deb ataladi). Ko‘p hollarda, agar navbatdagi monomer bo‘g‘in qo‘shilganda molekulaning xossalari o‘zgarmasa, bo‘g‘inlar soni molekulani polimer deb hisoblash uchun yetarli deb qaraladi. Odatda, polimerlar molekulyar massasi bir necha mingdan bir necha milliongacha bo‘lgan moddalardir.

Agar makromolekulalar orasidagi bog‘lanish kuchsiz Van-der-Vaals kuchlari orqali amalga oshsa, ular termoplastlar deb ataladi; kimyoviy bog‘lar orqali amalga oshsa, reaktoplastlar deyiladi. Chiziqli polimerlarga, masalan, selluloza, tarmoqlangan polimerlarga esa amilopektin misol bo‘ladi. Murakkab uch o‘lchamli fazoviy tuzilishga ega polimerlar ham mavjud.

Polimer tuzilishida monomer bo‘g‘in — bir nechta atomni o‘z ichiga olgan takrorlanuvchi tuzilma qismini ajratish mumkin. Polimerlar tuzilishi bir xil bo‘lgan ko‘p sonli takrorlanuvchi guruhlar (bo‘g‘inlar)dan iborat. Masalan, polivinilxlorid (−CH₂−CHCl−)_n, kauchukning tabiiy turi va boshqalar. Molekulalarida bir necha turdagi takrorlanuvchi guruhlar mavjud bo‘lgan yuqori molekulyar birikmalar sopolimerlar yoki geteropolimerlar.

Polimer monomerlardan polimerlanish yoki polikondensatsiya reaksiyalari natijasida hosil bo‘ladi. Polimerlarga ko‘plab tabiiy birikmalar kiradi: oqsillar, nuklein kislotalar, polisaxaridlar, kauchuk va boshqa organik moddalar. Bu tushuncha aksariyat hollarda organik birikmalarga nisbatan ishlatiladi, biroq ko‘plab noorganik polimerlar ham mavjud. Ko‘p sonli polimerlar tabiiy kelib chiqishli elementlarning oddiy birikmalaridan polimerlanish, polikondensatsiya va kimyoviy o‘zgartirish reaksiyalari yordamida sintetik yo‘l bilan olinadi. Polimerlarning nomi monomer nomiga quyidagi old qo‘shimchani qo‘shish orqali hosil bo‘ladi: poli-: polietilen, polipropilen, polivinilatsetat va hokazo.

O‘ziga xos mexanik xossalari

• elastiklik — nisbatan kichik yuklama taʼsirida katta, qaytar deformatsiyalarga uchrash qobiliyati (kauchuklar);
• shishasimon va kristall polimerlarning mo‘rtligi past bo‘lishi (plastmassalar, organik shisha);
• makromolekulalarning yo‘nalgan mexanik maydon taʼsirida muayyan yo‘nalishda tartiblanish qobiliyati (tolalar va plyonkalar tayyorlashda foydalaniladi).

Polimer eritmalarining xususiyatlari:

• polimer konsentratsiyasi past bo‘lsa ham, eritmaning qovushoqligi yuqori bo‘lishi;
• polimerning erishi bo‘kish bosqichi orqali kechishi.

O‘ziga xos kimyoviy xossalari, masalan, oz miqdordagi reagent taʼsirida fizik-mexanik xossalarini keskin o‘zgartirish qobiliyati (kauchukni vulkanizatsiya qilish, terini oshlash va hokazo). Polimerlarning o‘ziga xos xossalari faqat molekulyar massasining kattaligi bilan emas, balki makromolekulalarining zanjirsimon tuzilishi va egiluvchanligi bilan ham izohlanadi.

Zanjirsimon molekula bir-biri bilan maʼlum valent burchaklarini hosil qiladigan bog‘lardan iborat. Deformatsion tebranishlar vaqtida bu burchaklar juda oz o‘zgaradi. Valent burchaklarining belgilangan qiymatlari bilan aniqlanadigan muvozanat konfiguratsiyalarini ko‘rib chiqishda bu tebranishlarni garmonik deb hisoblash mumkin. Har bir bo‘g‘inga vektor mos kelsin, bu yerda Zanjir uchlari orasidagi masofa quyidagi vektor bilan aniqlanadi

Demak,

bu yerda — vektorlar orasidagi burchak kosinusining o‘rtacha qiymati

Rasmda ko‘rsatilgan standart Gauss modeli qo‘shni bo‘g‘inlar joylashuvi Gauss korrelyatsiyasiga bo‘ysunadigan, hajmsiz ipga tizilgan o‘zaro taʼsirlashuvchi sferik simmetriyali sharchalar zanjiridan iborat. Hajmiy o‘zaro taʼsirlar nuqtayi nazaridan sharcha taxminan uzunlikdagi zanjir bo‘lagini ifodalaydi. Bunday sharchalarning o‘zaro taʼsir potensiali markaziy, yaʼni faqat markazlar orasidagi masofaga bog‘liq bo‘lgani uchun shartli maʼnoga ega. Shunga qaramay, potensialning rasmda ko‘rsatilganga taxminan mos kelishi sifat jihatidan ravshan: kichik masofalarda bo‘g‘inlarning o‘z hajmi mavjudligi sababli itarilish kuzatiladi, katta masofalarda esa sharchalar Van-der-Vaals kuchlari taʼsirida bir-birini tortishi kerak. O‘zaro taʼsirlashuvchi sharchalar tizimini tavsiflash uchun ularni zanjirdan tashqarida ko‘rib chiqish zarur: polimer tizimi uchun Gibbs taqsimoti quyidagicha ifodalanadi

bu yerda — bog‘lanishlar, — o‘zaro taʼsirlar, yaʼni mikrokonfiguratsiyalardagi hajmiy o‘zaro taʼsirlar energiyasi (masalan, standart Gauss modeli uchun ). Uzilgan bo‘g‘inlar tizimi quyidagi Gibbs taqsimotiga ega:

Statistik fizikada hajmiy o‘zaro taʼsirlar uzilgan bo‘g‘inlar tizimining termodinamik xususiyatlari orqali tavsiflanadi.

Panjarali modellar ayrim analitik hisoblashlarda va kompyuterda polimer tizimlarini modellashtirishda qulaydir. Bunday modellarda polimer zanjiri fazoviy panjaraning qirralari bo‘ylab tasodifiy yurish trayektoriyasi sifatida ifodalanadi.

Eng sodda holatda hajmiy o‘zaro taʼsirlar tasodifiy yurish trayektoriyasining o‘zini kesib o‘tmasligi sharti, yaʼni zanjirning panjaradagi ayni bir tugunga ikki marta kelishini taqiqlash (itarilish), shuningdek, zanjir bo‘ylab qo‘shni bo‘lmagan, ammo panjaraning bitta qirrasi bilan ajralgan har bir juft bo‘g‘inga −E<0 energiya berish (tortilish) orqali belgilanadi.

Turli monomerlardan yoki turli polimerlarning kimyoviy bog‘langan molekulalaridan tayyorlangan polimerlar sopolimerlar deb ataladi. Masalan, zarbga chidamli polistirol polistirol–polibutadiyen sopolimeridir.

Sopolimerlar tuzilishi, tayyorlash texnologiyasi va hosil bo‘ladigan xossalari bilan farqlanadi. 2014-yil holatiga ko‘ra, quyidagi texnologiyalar yaratilgan:

• statistik sopolimerlar — turli kimyoviy tabiatga ega guruhlar qatnashgan zanjirlardan iborat bo‘lib, bir nechta boshlang‘ich monomer aralashmasini polimerlash orqali olinadi;
• navbatlashuvchi sopolimerlar — turli monomerlarning radikallari almashinib keladigan zanjirlardan iborat;
• payvandlangan sopolimerlar — ikkinchi monomer molekulalari zanjirlarini asosiy monomerdan hosil bo‘lgan makromolekulalarning yon tomoniga biriktirish orqali olinadi;
• taroqsimon sopolimerlar — yon zanjirlari juda uzun bo‘lgan payvandlangan sopolimerlardir;
• blok-sopolimerlar — bir monomerdan hosil bo‘lgan yetarlicha uzun zanjirlar (bloklar) boshqa monomerdan hosil bo‘lgan uzun zanjirlarning uchlari bilan birikishidan tuzilgan.

Kimyoviy tarkibiga ko‘ra barcha polimerlar organik, elementorganik, noorganik turlarga bo‘linadi.

Organik polimerlar organik radikallar (CH₃, C₆H₅, CH₂) ishtirokida hosil bo‘ladi. Bular smolalar va kauchuklardir.

Elementorganik polimerlarning organik radikallardan tashkil topgan asosiy zanjirida noorganik atomlar (Si, Ti, Al) bo‘ladi va ular organik radikallar bilan birikadi. Tabiatda bunday polimerlar uchramaydi. Sunʼiy yo‘l bilan olingan vakili — kremniyorganik birikmalardir.

Noorganik polimerlarning takrorlanuvchi bo‘g‘inida C−C bog‘lari bo‘lmaydi, biroq ular yon o‘rinbosarlar sifatida organik radikallarni tutishi mumkin.

Texnikada polimerlardan ko‘pincha kompozitsion materiallarning tarkibiy qismlari, masalan, shisha tolali plastmassalar tarkibida foydalaniladi. Barcha tarkibiy qismlari turli tarkib va xossalarga ega polimerlardan iborat kompozitsion materiallar ham bo‘lishi mumkin.

Makromolekulalar shakliga ko‘ra polimerlar chiziqli, tarmoqlangan (jumladan, yulduzsimon), tasmasimon, yassi, taroqsimon, polimer to‘rlar va boshqa turlarga bo‘linadi.

Polimerlar qutbliligiga ko‘ra ham ajratiladi (bu ularning turli suyuqliklarda eruvchanligiga taʼsir qiladi). Polimer bo‘g‘inlarining qutbliligi tarkibidagi dipollar — musbat va manfiy zaryadlari fazoda ajralgan molekulalar mavjudligiga bog‘liq. Qutbsiz bo‘g‘inlarda atomlar orasidagi bog‘larning dipol momentlari bir-birini kompensatsiyalaydi. Bo‘g‘inlari sezilarli qutblilikka ega polimerlar gidrofil yoki qutbli deb ataladi. Bo‘g‘inlari qutbsiz bo‘lgan polimerlar qutbsiz, , gidrofob deyiladi. Qutbli hamda qutbsiz bo‘g‘inlarni o‘z ichiga oladigan polimerlar amfifil deb ataladi. Har bir bo‘g‘ini yirik qutbli va qutbsiz guruhlarni birgalikda tutadigan gomopolimerlarni amfifil gomopolimerlar.

deb atash taklif qilingan. Qizdirishga munosabatiga ko‘ra polimerlar termoplastik va termoreaktiv turlarga bo‘linadi. Termoplastik polimerlar (polietilen, polipropilen, polistirol) qizdirilganda yumshaydi, hatto eriydi, sovitilganda esa qotadi. Bu jarayon qaytardir. Termoreaktiv polimerlar qizdirilganda erimasdan, qaytmas kimyoviy parchalanishga uchraydi. Termoreaktiv polimerlarning molekulalari polimer zanjirlarini ko‘ndalang bog‘lash (masalan, vulkanizatsiya) natijasida hosil bo‘lgan chiziqli bo‘lmagan tuzilishga ega. Termoreaktiv polimerlarning elastik xossalari termoplastlarnikidan yuqori. Biroq ular deyarli oquvchanlikka ega bo‘lmagani sababli, buzilishdagi kuchlanishi pastroq bo‘ladi.

Tabiiy organik polimerlar o‘simlik va hayvon organizmlarida hosil bo‘ladi. Ularning eng muhimlari polisaxaridlar, oqsillar va nuklein kislotalar bo‘lib, o‘simliklar va hayvonlar tanasining katta qismini tashkil etadi hamda Yerda hayot faoliyatini taʼminlaydi. Yerda hayot paydo bo‘lishidagi hal qiluvchi bosqich oddiy organik molekulalardan yanada murakkab — yuqori molekulyar birikmalar hosil bo‘lishi bo‘lgan deb hisoblanadi (qarang: Kimyoviy evolyutsiya).

Polimerlanish — ko‘plab kichik molekulalar, yaʼni monomerlarning kovalent bog‘langan zanjir yoki to‘rga birikish jarayonidir. Polimerlanish davomida har bir monomerdan ayrim kimyoviy guruhlar ajralib chiqishi mumkin. Bu PET-poliesterning polimerlanishida sodir bo‘ladi. Monomerlar — tereftal kislota (HOOC — C ₆ H ₄  — COOH) va etilenglikol (HO  — CH ₂  — CH ₂  — OH), biroq takrorlanuvchi bo‘g‘in  — OC  — C ₆ H ₄  — COO  — CH ₂  — CH ₂  — О  — bo‘lib, bu ikki monomerning ikkita suv molekulasi ajralib chiqishi bilan birikishiga mos keladi. Polimer tarkibiga kirgan har bir monomerning alohida qismi tarkibiy bo‘g‘in deb ataladi.

Laboratoriyada sintez usullari odatda ikki turga bo‘linadi: bosqichma-bosqich polimerlanish va zanjirli polimerlanish. Ular orasidagi muhim farq shundaki, zanjirli polimerlanishda zanjir o‘sishi jarayonida monomerlar faqat bittadan qo‘shiladi, masalan, polietilenda; bosqichma-bosqich polimerlanishda esa monomerlar zanjirlari bir-biri bilan bevosita birikishi mumkin, masalan, poliesterda. Plazmali polimerlanish kabi zamonaviy usullar bu ikki toifaning hech biriga to‘liq kirmaydi. Sintetik polimerlanish reaksiyalari katalizator ishtirokida yoki usiz olib borilishi mumkin. Biopolimerlarni, ayniqsa oqsillarni laboratoriyada sintez qilish faol tadqiq etilayotgan sohadir.

Polimerlanishni boshlash uchun asosan kimyoviy usullar qo‘llanadi: radikal mexanizm bo‘yicha kechadigan polimerlanishda monomerlarga yoki ularning eritmalariga initsiatorlar, ionli polimerlanishda esa katalizatorlar kiritiladi. Polimerlanishni termik va fotokimyoviy usulda boshlash cheklangan (birinchi usulda yuqori harorat zanjirlarning o‘sishi uchun noqulay sharoitlar yaratadi va ikkilamchi jarayonlarni keltirib chiqaradi; ikkinchisida esa samaradorlik past bo‘ladi va muhitning optik xossalari fotokimyoviy reaksiyalarga taʼsir qilgani uchun texnologik jarayonni tashkil etish murakkablashadi). Radiatsion polimerlanish usulidan ham foydalaniladi; unda zanjirli jarayon ionlashtiruvchi nurlanish taʼsirida boshlanadi.

Qimmatli xossalari tufayli polimerlar mashinasozlik, to‘qimachilik sanoati, qurilish, qishloq xo‘jaligi, tibbiyot, avtomobil- va kemasozlik, samolyotsozlik sohalarida hamda turmushda (to‘qimachilik va charm buyumlari, idish-tovoqlar, yelim va laklar, bezaklar va boshqa buyumlar) qo‘llanadi. Yuqori molekulyar birikmalar asosida rezinalar, tolalar, plastmassalar, plyonkalar hamda lak-bo‘yoq qoplamalari tayyorlanadi. Tirik organizmlarning barcha to‘qimalari yuqori molekulyar birikmalardan tashkil topgan.

Polimerlar haqidagi fan Ikkinchi jahon urushi boshlanishi arafasida mustaqil bilim sohasi sifatida rivojlana boshladi va 1950-yillarda yagona ilmiy yo‘nalish sifatida shakllandi. O‘sha davrda polimerlarning texnik taraqqiyot va biologik organizmlar hayot faoliyatidagi ahamiyati anglab yetildi. Ushbu fan fizika, fizik, kolloid va organik kimyo bilan chambarchas bog‘liq hamda zamonaviy molekulyar biologiyaning asosiy poydevorlaridan biri sifatida qaralishi mumkin; uning o‘rganish obyekti biopolimerlardir.

• Vinogradova S. V., Vasnev V. A. Polikondensatsiya jarayonlari va polimerlar. — M.: MAIK «Nauka/Interperiodika», 2000. — 372 bet.
• Volinskiy, A. L. Polimerlarni qanday aralashtirish mumkin? // Priroda. — 2014. — № 3. — B. 44—52.
• Korshak V. V., Vinogradova S. V. Muvozanatli polikondensatsiya. — M.: Nauka, 1968.
• Korshak V. V., Vinogradova S. V. Nomuvozanatli polikondensatsiya. — M.: Nauka, 1972.
• Krivoshey V. N. Polimer materiallardan tayyorlangan idishlar. — M., 1990.
• Maxlis F. A., Fedyukin D. L. Rezina bo‘yicha atamalar maʼlumotnomasi. — M., 1989.
• Tager A. A. Polimerlarning fizik kimyosi. — M.: Nauchnyy mir, 2007.
• Sheftel V. O. Plastmassalar tarkibidagi zararli moddalar. — M., 1991.
• Polimerlar ensiklopediyasi. Bosh muharrir V. A. Kargin. 1—3-jildlar. — M., 1972—1977.
• Polimerlar — kimyoning ajoyib ijodi.

1. ↑ Oila va maktab. — № 5, — 1963. — B. 38—40.