高分子化合物

高分子化合物的定义

　　高分子化合物，指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子质量在一万以上的化合物。和具有相同化学组成和结构的低分子同系物相比较，高分子化合物具有高熔点(或高软化点)、高强度、高弹性以及溶液和熔体的高黏度等特殊物理性能，这些都归因于其具有特殊的大分子结构，这将是高分子物理学课程所讲述的主要内容。

　　首先，这里对“众多原子”、“主要以共价键”和“相对分子质量在一万以上”三个关键词加以解释。目前已经知道无论天然高分子还是合成高分子，组成其大分子的原子数目虽然成千上万，但是所涉及的元素种类却相当有限，通常以C、H、O、N四种非金属元素Z为普遍，S、Cl、P、Si、F等元素也存在于一些高分子化合物中。

　　由此可见，一般合成高分子主要由非金属元素组成。不过构成生物大分子的微量元素还包括Fe、Ca、Mg、Na、K、I等。

　　其次，所谓“主要以共价键”系指绝大多数高分子化合物中构成大分子主链的元素几乎都是通过共价键实现相互联结的，只有极少数高分子化合物(如某些新型合成聚合物)的分子主链可能含有配位键。一些特殊高分子化合物(如功能高分子等)的分子侧基或侧链上则可能含有离子键或配位键。

　　第三，所谓“相对分子质量在一万以上”其实只是一个大概的数值。事实上对于不同种类的高分子化合物而言，具备高分子特性所必需的相对分子质量下限各不相同，甚至相去甚远。例如一般缩合聚合物(简称缩聚物)的相对分子质量通常在一万左右或稍低;而一般加成聚合物(简称加聚物)的相对分子质量通常超过一万，有些甚至高达百万以上。

高分子化合物的基本特点

　　高分子化合物的基本特点如下：

　　1、相对分子质量很大，一般在一万以上甚至更高。

　　2、合成高分子化合物的化学组成比较简单，分子结构有规律性。

　　合成高分子化合物大分子结构的规律性，首先体现在它们都是由某些符合特定条件的低分子有机化合物通过聚合反应，并按照一定规律连接而成。通常将这些能够进行聚合反应并生成大分子的低分子有机化合物叫做“单体”。

　　不同种类的单体通过聚合反应生成聚合物的时候可能存在两种不同的情况：一种情况是单体的化学组成并不改变而只是化学结构发生变化——这是加成聚合物的一般情况;另一种情况是单体的化学组成和结构都发生一定变化——这是合成缩合聚合物的一般情况。

　　3、各种合成聚合物的分子形态是多种多样的。

　　绝大多数合成聚合物的大分子均为长链线型。所以常常将聚合物的分子称为“分子链”或“大分子链”。将具有Z大尺寸、贯穿整个大分子的分子链称为主链;将连接在大分子主链上除氢原子以外的原子或原子团称做侧基;有时将连接在主链上足够长的侧基(往往也是由某种单体聚合而成)称做侧链;将大分子主链上带有数量和长度不等的侧链的聚合物称为支链聚合物。

　　高分子物理学课程中常常将这种长链线型大分子的形态描述为“无规线团状”，可见这种长链线型大分子在通常情况下均呈现卷曲缠绕状，而并非刚硬的棒状。假设能够将聚烯烃大分子的主链拉伸到“刚硬直线状”，可以发现其分子长度与直径之比大约在10³～10⁵范围内。由此可见，绝大多数高分子化合物的分子链是非常细长的。

　　一些聚合物的“分子”具有空间三维网状结构，这类聚合物通常称为“体型聚合物”。它们的一个具体物件事实上就是一个几乎无限巨大的“分子”，相对分子质量对于这种体型聚合物而言已经失去意义。目前完全平面网状结构的聚合物尚未合成出来。

　　近年来，已有大分子主链呈星形、梯形、环形等特殊类型的新型聚合物的研究报道。

　　4、一般高分子化合物实际上是由相对分子质量大小不等的同系物组成的混合物，其相对分子质量只具有统计平均的意义。

　　不仅如此，即使具有相同平均相对分子质量的同一种聚合物的性能也不一定完全相同。原来高分子化合物还具有相对分子质量的多分散性的特点。

　　5、由于高分子化合物相对分子质量很大，因而具有与低分子同系物完全不同的物理性能。例如高分子化合物具有高软化点、高强度、高弹性、其溶液和熔体的高黏度等性质。这将是高分子物理学课程讲述的内容。

有机高分子化合物

　　1、有机高分子化合物合成

　　有机高分子化合物是指由低分子有机物以共价键合成的相对分子质量为10⁴～10⁶的有机物，又被称为有机高分子。由于高分子化合物大部分是由低分子通过聚合反应制得的，所以也被称为聚合物。与有机高分子化合物相关的概念如下表所示：

　　2、有机高分子材料

　　有机高分子化合物制成的材料就被叫做有机高分子材料。

　　有机合成材料的种类非常的多，塑料、橡胶、土工材料等都包括在其中。可以将它们简单的分类为：如棉花和天然橡胶等用有机高分子化合物制成的的有机高分子材料;不需要经过加工的天然有机高分子材料有羊毛和天然橡胶等;还有一种高分子材料是人工合成的有机高分子材料，例如塑料，纤维和橡胶等。

　　有机合成材料可以对日渐匮乏的自然资源进行补充，而化学技术是有机合成材料合成中的必备技术。新型有机合成材料会给人类未来增添更多美好的色彩。

　　3、有机高分子材料的性质

　　有机高分子材料种类各种各样，不同的种类又拥有不同的性质，就拿合成橡胶来说，合成橡胶是生活中常见的有机合成材料，比如汽车上的轮胎就是由合成橡胶做成的，所以轮胎具有合成橡胶的优点，不仅弹性好而且耐磨性质良好，轮船的轮胎还具有防水的功能;合成橡胶还具有耐油、酸、碱、耐高温、耐老化的性质。

有机高分子化合物的应用

　　1、有机高分子化合物在“衣”方面的应用

　　自1935年人们研究成功尼龙纤维，1947年制成涤纶纤维，那种完全依靠自然获取棉、麻等原料，再加工成衣物的时代，已经离人类远去。

　　面对自然界的泠暖，人类有了更多、更聪明的选择。合成纤维在服装领域应用非常广泛，不仅节省人力、物力，而且制成的衣服还很漂亮，不易起褶皱、耐洗，干爽，透气性很好，在市场上很受人们的欢迎。

　　Z近几年，有机高分子材料在衣服方面又取得了巨大的进步，英国各位科学家就他们的研究成果发出说明，他们称已经仿照人类皮肤、肌肉的特性，制造出来一种智能的人工“肌肉”，并且以此为基，设计出一套能自动换颜色的服装，也是有可能的。

　　研究人员表示，这项Z新技术，充分融合了有机化学、软材料科学、机器人学，应用在人类生活中，就是打破原有的分子结构制成一种新的分子材料，然后运用这种有机高分子材料制造出能够随时变换色彩的衣服，运用于军事或者其他。

　　2、有机高分子化合物在“食”方面的应用

　　有机高分子材料广泛运用于“食”这一块。

　　一方面，有机高分子添加剂解决了传统的食物容有易变质，腐烂等多种问题，在未来的生活中，有机高分子餐具也会诞生，这种有机高分子餐具在一定程度上也可以节约成本，增长使用寿命。并且具有轻巧、美观、耐高温、不易碎等性质，相信会被广泛应用于快餐及儿童餐饮业等。

　　另一方面，在未来生活中有机高分子材料可以用于餐具洗涤上，在洗涤剂中加入一些聚合物作为洗涤助剂，在洗涤过程中可使活性成分的去污作用得到提高，洗涤性质更优良，产品的使用效果更好，同时，有机高分子材料还可以运用于食材的包装，使其具有美观、价廉等特点，也可以运用于制造新的食材工具，使其使用起来方便、耐用。

　　3、有机高分子化合物在“行”方面的应用

　　通过将有机高分子材料与天然橡胶与生俱来的的弹性、绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点融合，被广泛地应用于交通和运输、机械等方面。

　　交通运输车辆上用的轮胎，轮胎的用量要占天然橡胶使用量的一半以上，是天然橡胶使用Z广泛的方面之一，随着道路交通的快速发展，消费者对车辆的需求日益增多，科学家也正在尝试将有机高分子材料与天然橡胶的有机结合研发出更廉价、耐用的轮胎以提高车辆的性能。相信在以后交通运输应用中，橡胶制品的种类会更多，原料的价格会更低，产品的性能会更好，运用也会更广泛。

　　4、有机高分子化合物在建筑方面的应用

　　有机高分子建筑材料也是有机高分子材料应用的一个重要领域，基本原料是有机高分子化合物，再辅以添加剂、填料，经过适当温度、压力的作用，形成的一种建筑材料。

　　这种有机建筑材料通过一定的合称，使得阻燃效果更好，在未来的建筑生产过程中，能降低安全隐患，保护工人们的生命安全。同时，有机有机高分子建筑材料在未来的建筑行业凭借它具有质轻、无毒、电绝缘性能好、耐化学腐蚀性能好、成型加工方便等优点广泛使用。

　　5、有机高分子化合物在其他方面的应用

　　有机高分子材料的改革正席卷一场新的工业革命，并且用于各个方面。Z典型的就是利用多孔碳的优势研发新型空气电池。

　　这开始于英国，如果研制成功的话，新型电池将会拥有超过平常电池寿命的10倍的使用时间。借助新型电池的超大优势，日常生活中的电子产品，如手机，在性价比上面将会带给消费者更多的实惠。Z难能可贵的是这种电池不受风雨天气的影响。这种电池，不含锂钻氧化物等化学成分，所以能提供给使用者更多的电能，特别是那些用电较多的产业，如电动汽车产业。