что такое полимер и мономер в биологии

Что такое полимеры и мономеры?

Одним из важнейших направлений в органической химии является изучение и создание полимерных материалов, из которых сегодня изготавливается множество изделий бытового и промышленного назначения.

Это сложная тема, но разобраться в ней хотя бы в общих чертах необходимо, чтобы лучше понимать свойства и особенности разных видов полимеров.

Что такое мономеры?

В органической химии мономерами принято называть атомы, группы атомов либо небольшие молекулы, которые способны образовывать устойчивые полимерные цепочки. Слово образовано от двух греческих: «моно» – один, единичный, и «мерос» – часть. Чаще всего в качестве мономеров выступают органические вещества – этилен, ацетилен, алкены и т.д.

В качестве примера натуральных мономеров можно вспомнить аминокислоты, которые, полимеризуясь, образуют сложные белковые молекулы. Находящиеся в клеточном ядре нуклеотиды образуют чрезвычайно важные естественные полимеры – нуклеиновые кислоты РНК и ДНК. Но подавляющее большинство полимеров, используемых современной промышленностью, получены всё же путём органического синтеза на химических предприятиях, из акриламида и акриловой кислоты, этилена и ацетилена, винила хлорида и др.

Что такое полимеры?

Слово «полимер» получено из греческих слов «поли» – много и «мерос» – часть. Это химическое вещество, преимущественно органическое, молекула которого состоит из большого количества одинаковых молекулярных отрезков-мономеров.

Полимеры часто называют высокомолекулярными соединениями (ВМС), так как их молекулярный вес чрезвычайно высок и достигает сотен тысяч и даже миллионов единиц. Полимеры образуются в результате химических реакций поликонденсации и полимеризации.

Существует три типа формирования полимерных молекул:

– линейный, когда мономерные отрезки соединены друг с другом в виде длинной цепи двумя связями;

– сетчатый, когда макромолекула образует сетчатую структуру, а каждый мономер связан с другими при помощи трёх или четырёх связей;

– разветвлённый, сочетающий в одной молекуле двухвалентные (с двумя связями) и трёх-четырёхвалентные мономеры.

Линейные и разветвлённые полимеры могут образовывать эластичные плёнки и анизотропные волокна, тогда как сетчатые полимеры отличаются высокой прочностью, твёрдостью и достаточно высокой термоустойчивостью. Но сильный нагрев, до температуры плавления, разрушает сетчатую структуру, после чего она не восстанавливается.

Если же нагревать линейный или разветвлённый полимер, то он превращается в пластичную массу, а после застывания восстанавливает свои свойства, поэтому они пригодны для многоразового использования.

Получение полимеров химическим путём

Полимеры образуются из отдельных мономеров в ходе процессов поликонденсации либо полимеризации. Поликонденсация возможна для мономеров, состоящих из двух или нескольких атомных групп. В макромолекуле полимера, как правило, элементарное звено отличается по составу от исходного мономера.

В ходе реакции некоторые атомы теряются, и из них образуется, помимо полимера, другое вещество. Ярким примером служит поликонденсация капрона из аминокапроновой кислоты, протекающая с выделением молекул воды из «потерянных» атомов водорода и гидроксильной группы.

В процессе полимеризации единичные мономеры соединяются в молекулу полимера целиком, без потери атомов. При этом кратные связи в молекулах мономера преобразуются в одинарные, а валентные электроны вторых связей служат для установления связей между молекулами мономеров. Именно так из этилена образуется полиэтилен.

Природные и синтетические полимеры

Некоторые виды полимеров образуются естественным путём. Примерами натуральных полимеров могут служить таким распространённые вещества, как целлюлоза, крахмал, волокна шерсти, шёлка или хлопка, натуральный каучук, а также все виды белковых соединений.

Большинство видов полимеров получают искусственным путём в ходе полимерного синтеза из дешёвых и доступных видов органического сырья – каменного угля, природного газа, различных фракций нефти и т.д. Это разнообразные пластмассы, синтетические волокна, вспененные материалы, синтетический каучук и т.д.

Многие синтетические полимеры по прочности, химической стойкости, водонепроницаемости и ряду других важных свойств существенно превосходят натуральные материалы. Кроме того, в производстве полимеры намного дешевле природных материалов, поэтому их широко используют во всех сферах промышленности и быта.

Источник

Что такое полимеры и мономеры?

Классификация по структуре

По структуре полимеры делятся на: линейные, разветвленные и пространственные.

Целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон

Макромолекулы разветвленных имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной

Химические связи имеются и между цепями, образуя пространственную структуру

Резина, фенолформальдегидные смолы

Линейные — макромолекулы состоят из последовательности повторяющихся звеньев с большим отношением длины молекулы к ее поперечному размеру (целлюлоза, полиэтилен низкого давления, капрон).

Разветвленные — макромолекулы которых имеют боковые ответвления от цепи, называемой главной или основной (крахмал).

Сетчатые (пространственные) — химические связи имеются и между цепями (резина, фенолформальдегидные смолы).

Видео

Примеры полимеров

Примеры полимеров включают пластмассы, такие как полиэтилен, силиконы, такие как глупая замазка, биополимеры, такие как целлюлоза и ДНК, природные полимеры, такие как каучук и шеллак, и многие другие важные макромолекулы.

Классификация по химическому характеру

По химическому характеру и составу полимеры и химические волокна бывают: полиэфирные, полиамидные, элементоорганические (например, кремнийорганические полимеры).

Содержат атомы других хим. элементов (кремний и др.).

Элементоорганические полимеры — содержат атомы других химических элементов (помимо С, Н, О, N).

Как образуются полимеры

Полимеризация — это процесс ковалентного связывания мономеров меньшего размера с полимером. Во время полимеризации химические группы мономеров теряются, так что они могут соединяться вместе. В случае биополимеров углеводов это реакция дегидратации, в которой образуется вода.

Что такое полимеры?

Слово «полимер» получено из греческих слов «поли» – много и «мерос» – часть. Это химическое вещество, преимущественно органическое, молекула которого состоит из большого количества одинаковых молекулярных отрезков-мономеров.

Полимеры часто называют высокомолекулярными соединениями (ВМС), так как их молекулярный вес чрезвычайно высок и достигает сотен тысяч и даже миллионов единиц. Полимеры образуются в результате химических реакций поликонденсации и полимеризации.

Существует три типа формирования полимерных молекул:

– линейный, когда мономерные отрезки соединены друг с другом в виде длинной цепи двумя связями;

– сетчатый, когда макромолекула образует сетчатую структуру, а каждый мономер связан с другими при помощи трёх или четырёх связей; – разветвлённый, сочетающий в одной молекуле двухвалентные (с двумя связями) и трёх-четырёхвалентные мономеры.

Линейные и разветвлённые полимеры могут образовывать эластичные плёнки и анизотропные волокна, тогда как сетчатые полимеры отличаются высокой прочностью, твёрдостью и достаточно высокой термоустойчивостью. Но сильный нагрев, до температуры плавления, разрушает сетчатую структуру, после чего она не восстанавливается.

Если же нагревать линейный или разветвлённый полимер, то он превращается в пластичную массу, а после застывания восстанавливает свои свойства, поэтому они пригодны для многоразового использования.

Применение мономеров

Как уже было сказано выше, мономеры применяют для создания защитных покрытий. Однако сфера, в которой они используются, достаточно широка. Таким образом, из мономеров зачастую изготавливают некоторые ароматизированные вещества. С промышленной точки зрения подобные элементы важны.

Из некоторых типов мономеров впоследствии можно «собрать» более сложные вещества. Например, основанные на нескольких элементах полимеры вполне могут стать важной составляющей при производстве всевозможного сырья из нефти и подобных ей химических элементов.

Интерес к мономерам в последние годы значительно возрос из-за возможности их использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности.

Для России данное вещество могло бы стать отличным способом значительно улучшить положение экономики. Ведь, если при помощи мономеров производить всевозможные защитные покрытия для различных типов поверхностей, не понадобится осуществлять их закупку за рубежом. Этот факт значительно снизит уровень затрат на организацию и проведение всевозможных химических реакций.

Наша страна богата всевозможными запасами природных ископаемых и различных по своей структуре химических элементов. Однако необходимо организовать процесс добычи необходимых для промышленности веществ – правильно. Нельзя бездумно использовать все дары природы, не привнося в неё ничего взамен.

На данный момент в нашем государстве происходит реорганизация большинства сфер промышленности. Это позволит заменить старое оборудование на заводах более совершенным и, таким образом, выйти на совершенно новый в экономическом плане уровень развития.

Если рассматривать процесс получения мономеров, то он является больше химическим, нежели технологическим. Так как реакции происходят без вмешательства специалистов. Они просто создают для и протекания благоприятную среду и в результате получают нужный им мономер.

В зависимости от способа получения данного вещества, его структура будет различной. Однако, если для промышленных целей необходимо использовать конкретный по своей структуре мономер, процесс его получения будет выбран соответствующий.

Так как Россия может себе позволить проводить подобные химические реакции в пределах узкоспециализированных предприятий, у страны появляется уникальная возможность стать лидером среди других, развивающихся в промышленном плане стран мира. С другой стороны, отрасль требует к себе особого внимания и дополнительных финансовых затрат, а также инвестиций, на проведение определённых опытов выявляющих новые и наиболее приемлемые для промышленности способы получения мономеров.

Только после этого можно будет работать с уже проверенными специалистами способами, позволяющими получить нужный мономер в лабораториях или же при необходимости прямо на заводах.

Кроме современных, существуют так же и отечественные технологии, которые основаны на более простых способах, позволяющих создать в результате протекания различных химических реакций нужное по составу вещество.

Но, несмотря на то, что данный процесс представляет собой ряд определённых реакций от последовательности которых зависит, будет ли результат положительным, важно изначально использовать только качественное сырьё.

Многие страны сталкиваются на данный момент с дешёвыми поддёлками, не способными обеспечить полноценное протекание определённых типов реакций. Удивительно, но узнать, является ли данное вещество оригиналом практически невозможно без применения дорогостоящих индикаторов.

Поэтому Россия стремится вытеснить подобных несознательных производителей, чтобы занять их место на мировых рынках. Всё дело в том, что отсутствие инвестиций в данную область сказывается на недостаточном изучении данной темы. Необходимо создать в промышленности отдельное направление, которое занималось ба решением всех проблем, связанных с получением мономеров в лабораторных условиях.

Чтобы такие страны как Россия смогли обеспечить полноценное изучение данной темы, необходимо приобретать сырьё по достаточно доступной для производителей стоимости. Ведь если исходная цена будет высокой, нет гарантии в том, что при последующем производстве мономеров расходы на его получение окупятся сполна.

Важно так же учитывать, что процесс создания подобных химических веществ должен быть простым. То есть, чтобы разработать защитное покрытие, нужно лишь учесть все этапы проведения реакций, которые в результате приведут нас к получению необходимого по консистенции вещества.

При этом нужно использовать незначительное количество исходного сырья. То есть, пропорции веществ должны быть рассчитаны правильно, чтобы не происходил перерасход материалов, принимающих участие в последующем промышленном производстве мономеров.

Но самым главным условием положительного результата выступает качество уже готовой продукции. Если она отличается от дешёвых товаров своей прочностью и долговечностью подобный производитель будет высоко цениться.

Фактически разные группы в мономерах осуществляют своё влияние на формирование и последующие функциональных характеристики большинства защитных покрытий. Важность здесь представляет их соотношение между собой. От него напрямую зависит конечный результат большинства реакций, направленных на получение мономеров, а также их дальнейшее использование в промышленности.

Поэтому производителям следует, прежде всего, задуматься над тем, что исходный состав веществ, который необходим для получения мономеров, должен быть правильно рассчитан. А если каждое вещество при этом будет состоять из качественных составных элементов, исчезнет необходимость в том, чтобы израсходовать химические вещества на производство некачественных товаров. При проведении химических реакций необходимо так же соблюдать все меры безопасности!

Источник

Полимеры, мономеры, макромолекула, молекулярная цепочка, молекулярное звено

Полимеры – вещества, молекула которых состоит из большого количества повторяющихся фрагментов. Поэтому молекулу полимеров называют макромолекулой или молекулярной цепочкой. А повторяющиеся фрагменты макромолекулы называют молекулярными звеньями или мономерами или структурными звеньями. Вещество можно считать полимером, если количество молекулярных звеньев в его молекулярной цепочке настолько большое, что добавление еще одного звена не приводит к сколько-нибудь заметному изменению свойств.

Однако для специалиста по формовке и сварке пластмасс самое важное – знать, способен ли тот или иной полимер при нагреве перейти в пластическое и далее в вязко-текучее состояние, а затем после остывания вернуться к первоначальному виду.

У реактопластов есть эластичное подмножество – эластомеры. Как и их жесткие собратья-реактопласты, эластомеры ни при каком нагреве не перейдут в вязко-текучее состояние; если переборщить с нагревом – распадутся на мономеры. Типичный пример – резина (продукт вулканизации каучука).

Строго говоря, полимеры делятся на термопласты и реактопласты не по принципу «плавится или не плавится», а по природе межмолекулярных связей. Некоторые полимеры имеют природу межмолекулярных связей, отвечающую определению термопластов, но при нагреве ведут себя похоже на реактопласты – начинают распадаться на мономеры раньше, чем перейдут в вязко-текучее состояние. Такие полимеры относят к термопластам 3-й группы и не подразумевают их формовку или сварку нагревом. Классический пример – политетрафторэтилен (Фторопласт-4).
Однако это скорее исключение из правила. И факт остается фактом – никакие реактопласты (в т.ч. эластомеры) никогда ни при каких условиях не плавятся при нагреве. А большинство термопластов (в т.ч. термоэластопластов) – плавятся и позволяют формовку или сварку.

Таким образом, общее множество полимеров, при нормальных условиях находящихся в твердом (не жидком) состоянии, состоит из двух подмножеств – термопластов и реактопластов, и только первые из них могут свариваться нагревом. Если говорят о сварке полимеров, то имеют ввиду термопласты первой или второй группы – собирательно или какой-то конкретный термопласт. Если мы, например, говорим о полиэтилене, то он является подмножеством множества термопластов. А термопласты являются подмножеством множества полимеров. Т.е. полиэтилен является частной разновидностью полимеров.
Пластики, пластмассы, термопластичные полимеры – это просто синонимы «термопласта».
Полиэтилен, в свою очередь, тоже имеет несколько различных обозначений (ПЭ, PE) и частных разновидностей (ПНД, ПЭ-100, ПВП и пр).

Если при поиске информации в Интернете Вы нашли фразу вроде «Сварка полиэтиленовых, полимерных, ПНД и пластиковых труб», не читайте дальше! Эти люди не понимают, о чем пишут. Они Вас только запутают!

Источник

Мономер – определение, примеры и викторина

Определение мономера

Мономер маленький молекула который реагирует с подобной молекулой, чтобы сформировать большую молекулу. Это самая маленькая единица в полимере, которая часто макромолекула с высокой молекулярной массой.

Мономеры являются строительными блоками для биологических макромолекул, таких как ДНК, РНК, белки и углеводы. В конце переваривания эти полимеры распадаются на мономерные компоненты – углеводы ферментативно перевариваются в моносахариды, ДНК и РНК превращаются в нуклеотиды, белки распадаются на составляющие. аминокислоты, прежде чем быть поглощенным телом. Эти питательные вещества затем используются для создания полимеров на основе генетического состава и инструкций в организме.

Мономеры также важны для синтеза многих материалов в промышленном мире. Полимеризация этана приводит к созданию полиэтилена – самого распространенного пластика в мире. Многие синтетические ткани также представляют собой полимеры, созданные обычно из двух чередующихся мономеров.

Слово «мономер» происходит от греческого префикса «монос», что означает «один» или «только».

Примеры мономера

Моносахариды – самая доступная энергия

Углеводы представляют собой макроэлементные полимеры, которые должны быть разбиты на более мелкие единицы, называемые моносахаридами, перед тем, как их использовать для производства энергии. Моносахариды, наряду с глюкозой и фруктозой, входят в большую группу изомеров.

Моносахариды обычно образуют связи только с другими моносахаридами и высвобождаются в организм в процессе, называемом гликолизом. Гликолиз – единственный процесс, необходимый для расщепления углеводов с целью превращения их в энергию, превращая моносахариды в наиболее доступную форму энергии.

Жирные кислоты – многоступенчатый процесс

Жирные кислоты не может быть непосредственно окислен для обеспечения энергии в отличие от моносахаридов. Связи в жирных кислотах требуют трех процессов, прежде чем энергия будет выпущена. Во время первого процесса расщепление жира жиры, хранящиеся в жировой ткани организма ткань мобилизованы. Оттуда они подвергаются активации, во время которой они перемещаются в пероксисомы и митохондрии, Эти органеллы затем окисляют жирные вещества, выделяя жирные кислоты для получения энергии.

Жирные кислоты, такие как моносахариды, являются мономерами, которые, всасываясь через пищу, обеспечивают энергию для организма. Однако, как показывает более интенсивный процесс, которому подвергаются жирные кислоты, мономеры полагаются на несколько различных путей полимеризации.

силиконовый

Как показано жирными кислотами в Примере № 2, мономеры не образуют исключительных связей, даже если их основное определение означает связь между многочисленными звеньями. Как правило, они связываются с другими мономерами для создания более крупных единиц.

Силикон, уплотнительный материал, используемый в строительстве и электронике, является примером. Этот материал, также называемый полисилоксанами, состоит в основном из чередующихся мономеров атомов кремния и мономеров атомов кислорода. Однако в сочетании с углеродными мономерами и / или водородными мономерами он становится более стойким, более долговечным и менее горючим.

Это свидетельствует о том, что мономеры, хотя и способны создавать «чистые» полимеры, также могут сочетаться с другими изомерами для создания материалов, которые не встречаются в природе.

викторина

1. Мономеры являются наименьшей единицей:A. ПолимерB. МакромолекулаC. ИзомерD. Оба а и Б

Ответ на вопрос № 1

D верно. Мономеры – это самая маленькая единица полимера, которая также называется макромолекулой.

2. Мономеры _______________, но некоторые мономеры требуют более длительного процесса выделения, чем другие.A. мицеллярныйB. Винный погребC. одноклеточный D. Unicyclical

Ответ на вопрос № 2

С верно. Мономеры одноклеточные, однако длительность процесса их выделения зависит от природы и прочности связей, которые они создают с другими мономерами.

3. Мономеры иногда существуют в виде изомеров, что означает:A. Они имеют другое химическое соединение, чем любой другой существующий мономер.B. Они имеют ту же химическую формулу, что и другие мономеры.C. Они имеют такое же химическое соединение, как и другие мономеры.D. Они не могут связываться с любым другим мономером.

Ответ на вопрос № 3

В верно. Когда мономер является изомером, он имеет ту же химическую формулу, что и другие мономеры, но с другим числом электронов.

Источник

Мономер

Из Википедии — свободной энциклопедии

Мономе́р (др.-греч. μόνος «один» + μέρος «часть») — низкомолекулярное вещество, образующее полимер в реакции полимеризации; а также повторяющиеся звенья (структурные единицы) в составе полимеров.

Низкомолекулярные полимеры, образованные из небольшого количества мономеров и способные, в свою очередь, к полимеризации, принято называть олигомерами.

Способность к полимеризации в основном обусловлена наличием двойных связей в их молекулах.

Мономеры различают по функциональности. Бифункциональными называют мономеры, имеющие две реакционноспособные функциональные группы. Трифункциональными — соответственно три и т. д. Строго говоря монофункциональными мономеры быть не могут, так как такие вещества не способны к полимеризации, «обрывая» растущую полимерную цепь, но всё же могут использоваться для модификации молекулярной массы и молекулярно-массового распределения готового полимера и в качестве «активных разбавителей» для модификации технологических свойств реакционной смеси.

Функциональность мономера не является постоянной величиной и зависит от условий проведения реакции. Например в реакциях с эпоксидными или глицидиловыми группами глицерин при температурах ниже 80 °C проявляет себя как бифункциональный мономер. При температурах выше 120 °C — как трифункциональный. Бифункциональные мономеры образуют линейные (строго говоря — линейно-разветвлённые) полимеры. Трифункциональные и с более высокой функциональностью — сетчатые, «трёхмерные», характеризующиеся неплавкостью и нерастворимостью. Функциональность может быть и дробной величиной, если вычисляется по уравнению скорости реакции:

V = k ∗ ( C a ) a ∗ ( C b ) b <\displaystyle V=k*(C_)^*(C_)^> , где:

Другие низкомолекулярные вещества принято называть димерами, тримерами, тетрамерами, пентамерами и т. д., если они, соответственно, состоят из 2, 3, 4, и 5 мономеров. Приставку «олиго-» (сахариды, меры, пептиды) добавляют в общем случае, когда полимер состоит из небольшого количества мономеров.

Источник