полимеры_белки

ПОЛИМЕРЫ
Честь науке – ей дано
уменье
Выводить нас из
недоуменья.
М. Светлов
Презентацию выполнила Левашова Т.В.,
учитель химии МБОУ СОШ №3 городского округа г. Мантурово
Что такое полимеры?
•
Полимеры– соединения с
большой молекулярной массой,
молекулы которых состоят из
большого числа повторяющихся
фрагментов.
•
Общая формула полимера
(- Х -)n,
где
фрагмент –Х- элементарное звено,
число n –степень полимеризации.
Для разных полимеров число n
изменяется от сотен до десятков
тысяч
Основные понятия
n CH2=CH2
CH2-CH2 n
Мономер
Полимер
n – степень полимеризации
(…..) - структурное звено
М = Мзв x n ,
где M – молекулярная масса полимера
Структура полимеров
линейные
-М–М–М-
Полиэтилен
разветвленные
М М
|
|
-М–М–М–М–
|
М
Натуральный каучук
сетчатые
|
|
-М–М–М–М–М–
|
|
М
М
|
|
-М–М–М–М–М–
|
Фенолформальдегидная
смола
Строение макромолекулы
линейное
разветвленное
сетчатое
Свойства полимеров зависят от
•Состава
•Молекулярной массы
•Геометрии макромолекулы
Физические свойства полимеров
Плотность. Для полимеров характерна низкая плотность (главным образом со значениями от 0,9 г/см3
(полиэтилен, полистирол) − до 2,2 г/см3 (фторопласт). Плотность большинства полимеров находится в
пределах 1,0 – 1,3 г/см3.
Теплоемкость. Теплоемкость полимеров в 10 – 15 раз больше, чем теплоемкость металлов (теплоемкость −
количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г вещества на 10 С).
Теплопроводность. Полимеры имеют низкую теплопроводность (в 70 – 220 раз меньше, чем
теплопроводность стали), что позволяет использовать их в качестве теплоизоляторов (теплопроводность −
способность материала передавать через свою толщину тепловой поток при разности температур).
Термическое расширение. Коэффициент линейного расширения полимеров при нагревании в 20 – 30 раз
больше, чем у металлов. При использовании полимеров совместно с металлами различие их коэффициентов
термического расширения может привести к большим термическим напряжениям при нагреве и охлаждении.
Электрические свойства. Полимеры обладают высоким электросопротивлением и являются хорошими
диэлектриками, особенно неполярные полимеры. По этой причине, например, фторопласты, имеющие к тому
же хорошую механическую прочность, являются ценным материалом для электро- и радиотехники.
Оптические свойства. Оптические свойства характеризуются способностью к поглощению и преломлению
света. Большинство аморфных полимеров прозрачны для видимого света. Они лучше, чем силикатные стекла,
пропускают ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.
Полимеры используют в различных оптических приборах для линз, призм и других деталей благодаря
хорошей прозрачности и малой хроматической аберрации. Специальные полимеры используют для
производства контактных линз.
Прозрачность полимеров уменьшается при кристаллизации или при введении наполнителей.
Химические свойства полимеров
Основным химическим свойством материала считается его коррозионная стойкость. Коррозионная
стойкость полимеров в агрессивных средах (растворах кислот, солей, щелочей) очень высока. В отличие от
металлических материалов, они не подвергаются электрохимической коррозии. Поэтому они нередко
используются для защиты металлов от коррозии. Химическая инертность полимеров объясняется высокой
прочностью связей между атомами в молекулах и слабой проницаемостью для агрессивных веществ.
Старение полимеров. Старением полимеров называется процесс постепенного изменения свойств под
действием окружающей среды. Тепло, свет, влага, окислители вызывают у полимеров конфигурационные
превращения и изменение их химического состава. Изменение строения и состава вызывает изменение
физических и механических свойств полимеров. При старении уменьшается прочность, твердость,
полимеры становятся хрупкими, растрескиваются и постепенно разрушаются.
Для защиты от старения к полимерам добавляют стабилизаторы, которые замедляют или устраняют
нежелательные процессы разрушения (деструкции) молекул.
Наиболее распространенными видами деструкции являются термическая деструкция и окисление и
разрушение под действием света. Окисление полимеров ускоряется при нагреве. Некоторые полимеры
(например, органическое стекло, целлулоид) хорошо горят, однако большинство полимеров прекращают
горение при удалении от пламени. При термической деструкции и окислении могут выделяться различные
вредные газы (СО, NO, NO2 и др.).
.
Механические свойства полимеров
Механические свойства полимеров зависят от их состава и структуры. Полимеры являются прочными
веществами, они хорошо сопротивляются внешним нагрузкам. Но одновременно они способным к большим
обратимым деформациям. Внешние силы вызывают два вида обратимых деформаций:
- упругую, которая связана с изменением межатомного расстояния;
- высокоэластическую, связанную с распрямлением молекул.
Если напряжения и обратимые деформации в металлах под действием приложенной нагрузки возникают и
исчезают мгновенно, то в полимерах это требует определенного времени. Поэтому, например, статические
испытания полимеров проводятся в течение длительного времени, необходимого для развития деформационных
процессов. Такое поведение полимеров связано с явлением релаксации.
В каждом физическом состоянии − стеклообразном, высокоэластическом, вязкотекучем − полимеры имеют
определенный порядок в расположении молекул. Расположение молекул, которое соответствует данному
состоянию, называется равновесной структурой. Время, затраченное на образование равновесной структуры,
называется временем релаксации.Релаксация зависит от температуры, молекулярного веса и структуры полимера.
При повышении температуры релаксация ускоряется, особенно вблизи
t0 ст, когда развивается
высокоэластическая деформация. Увеличение размера молекул и количества разнообразных связей замедляет
релаксационные процессы. Более того, при наличии поперечных связей, которые исключают течение, полимер
сохраняет напряжения неизменными.
Под действием нагрузки в полимерах может происходить явление ползучести ("холодного течения").
Ползучесть − медленное увеличение деформации при небольших нагрузках. При этом изменяются форма,
размеры деталей, а также механические свойства полимера. При повышении температуры ползучесть
увеличивается.Ползучесть объясняется распрямлением и перемещением молекул (конформационные
превращения). Однако, деформации, которые возникают при ползучести, необратимые.
И в аморфном, и в кристаллическом состоянии молекулы полимеров под действием приложенной нагрузки
могут быть ориентированы. Ориентирование структуры проходит при растяжении полимеров в
высокоэластическом или вязкотекучем состоянии, а при последующем охлаждении ниже t0 ст полученная
структура фиксируется. Ориентированная структура позволяет в несколько раз повысить предел прочности
полимера (так получают, например, ударопрочный полистирол УПС, который применяется для производства
крупногабаритных деталей).
Полимеры
• Термопластичные
(при нагревании
размягчаются, изделиям
можно придать любую
форму)
• Примеры: полиэтилен,
полипропилен,
поливинилхлорид и т.д.
• Термореактивные
(при нагревании
разлагаются)
• Пример: резина
По происхождению:
Полимеры.
Классификация
 природные (биополимеры), образуются в результате жизнедеятельности растений и животных. Содержатся в
древесине, шерсти, коже. Это целлюлоза, крахмал, белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы.
синтетические. Синтетические полимеры – это полимеры, искусственно созданные человеком, например,
полиэтилен и полипропилен.
По расположению атомов и атомных групп в макромолекуле:
линейные полимеры. Они эластичные, плотные, размягчатся при нагревании. Из них удобно изготовлять пленки и
волокна ( например натуральный каучук)
разветвленные полимеры. Эти полимеры имеют меньшую плотность и прочность по сравнению с линейными; при
нагревании они также размягчаются (например амилопектин)
сложные пространственные структуры -прочны, жесткостки, теплостойки
гомополимерами - полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев (например,
целлюлоза).
Сополимеры -полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев,
блоксополимеры - сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные
непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы
привитые сополимеры – в них к внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного
химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения.
В зависимости от состава главной цепи:
гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов (полиэтилен)
гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов (полиэфиры, полиамиды, белки,
некоторые кремнийорганические полимеры)
Элементоорганические соединения - в основную или боковые цепи входят металлы, сера, фосфор, кремний и др.,
Неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.
Полимерные материалы также делятся на три группы: пластические массы, каучуки и
химические волокна.
Как получают полимеры?
Полимеры получают с помощью реакций двух основных типов:
 Полимеризация – реакция присоединения по кратным связям
или за счет раскрытия циклов
 Поликонденсация – реакция обмена между мономерами за счет
содержащихся в них функциональных групп с выделением
низкомолекулярного продукта (например, воды)
Методы синтеза полимеров
Полимеризация
nCH2CH 2  -CH2-CH2-nПоликонденсация
- COOH 
nHO-CH2–CH2-OH + nHOOC-
 -O-CH2-CH2-OOC-
-n-
Классификация
высокомолекулярных
соединений
Пластмассы
Эластомеры
или каучуки
Волокна
Пластмасса
Пластмасса –
материал,содержащий в качестве
основного компонента
синтетический полимер.
В состав пластмассы входят также:
наполнители,
пластификаторы,
антиоксиданты,
красители.
Натуральный каучук
• Натуральный каучук
содержится в
млечном соке
(латексе)
бразильской гевеи.
Синтетический каучук
• В нашей стране
проблема синтеза
каучука была решена
академиком С.В.
Лебедевым в 1932 г.
• Сырьем для
производства
полибутадиена
служил этиловый
спирт.
Применение каучуков
Пластмассы
•
Пластмассы – материалы на
основе полимеров, способные
изменять свою форму при
нагревании и сохранять новую
форму после охлаждения:
 Термопластичные – могут
многократно изменять форму
при нагревании и последующем
охлаждении
 Термореактивные – при
нагревании изменяют форму, но
теряют пластичность, становятся
твердыми и дальнейшей
обработке не поддаются
Примеры пластмасс
Полиэтилен – твердый и прочный
материал, обладает хорошими
электроизоляционными
свойствами, при этом не
ослабляет электрических
сигналов, не подвержен
действию неблагоприятных
погодных условий и влаги
Фенолформальдегидная смола –
механически и
коррозионноустойчива, обладает
хорошими
электроизоляционными
свойствами.
Каучуки или эластомеры
Каучуки – продукты полимеризации
диеновых углеводородов и их
производных. Каучукилинейные непредельные
полимеры. В их структуре
присутствуют двойные связи,
что позволяет проводить процесс
вулканизации, приводящий к
образованию разветвленной
пространственной структуры.
Полимер с разветвленной
структурой называется резиной.
волокна
Волокна делятся по
происхождению на:
 Природные
 Искусственные
 Синтетические
Белки, как биополимеры,
их состав, строение и
функции в клетке
Понятие о белках и их классификация
Белки, или протеины.
В переводе с греческого «протос» - первый, главный.
Находятся в протоплазме и ядре всех растительных и
животных клеток, являются главными носителями жизни.
Альбумин (в курином яйце)
Гемоглобин (в крови человека)
Казеин (в коровьем молоке)
Миоглобин и миозин (в мышцах)
«Жизнь есть способ существования
белковых тел»
(Ф. Энгельс)
Понятие о белках и их классификация
Белки
простые
состоят только
из аминокислот
альбумин, фибрин
сложные
содержат белковую
и небелковую части
(липиды, углеводы,
ионы металлов) –
протеолипиды,
гемоглобин
Состав белков
Белки – сложные высокомолекулярные природные
соединения, построенные из α-аминокислот
Аминокислоты в белках связаны пептидными
связями
боковые радикалы одинаковых или
различных аминокислот
Около 20 видов аминокислот входят в состав белков.
Степень организации белковых молекул
Первичная структура белка
Последовательность
аминокислот в
полипептидной цепи,
соединенных между
собой пептидными
связями
Вторичная структура белка
Полипептидная цепь
скрученная в спираль,
удерживающуюся
посредством
образования
водородных связей
между остатками
карбоксильной и
аминной групп разных
аминокислот
Третичная структура белка
Спираль, в свою очередь,
свернута в форме глобулы и
шара.
Эта структура
стабилизируется
водородными, ионными,
ковалентными,
дисульфидными связями и
гидрофобными
взаимодействиями.
Каждому белку свойственна в
определенной среде своя особая
пространственная структура.
Четвертичная структура белка
представляет собой
объединение в
единую структуру
нескольких молекул
с третичной
организацией
(гемоглобин,
инсулин)
Строение белковой молекулы
Классификация белков
по выполняемым функциям
Структурные
Транспортные
Ферменты
Защитные
Гормоны
Запасные
Сократительные
Токсины
Классификация белков
по выполняемым функциям
Структурные
Структурная
Кератин
Ферменты
Каталитическая
Гормоны
Регуляторная
Инсулин
Сократительные
Сократительная
Миозин
Транспортные
Транспортная
Гемоглобин
Защитные
Защитная
Антитела
Запасные
Запасная
Казеин
Токсины
Защитная
Токсины растений
Промежуточный контроль знаний
Изучите схему разнообразия аминокислот.
1.
2.
3.
4.
Чем отличатся аминокислоты
друг от друга?
Охарактеризуйте обязательные
компоненты аминокислот.
Укажите те участки
аминокислот,между которыми
возникает пептидная связь.
Чем обусловлено большое
разнообразие белков?
Заполните пропуски в таблице.
Структурная организация белка
1. Какие связи
существуют в
белковой молекуле?
2. Благодаря каким связям
белковая цепочка
образует повороты?
3. Какие связи лежат в
основе третичной
структуры белка?
4. Какая структура
обеспечивает
разнообразие
функций белка?