Чтобы понять все эти слова о кристаллических и аморфных твердых телах, следовало бы пойти домой. Пойти домой? Но зачем? А затем, чтобы вы могли заглянуть в свой ящик с носками. Видите ли, некоторые люди очень аккуратны и опрятны. Когда они убирают свои носки в ящик, они всегда складывают их очень аккуратно, вот так:

Дпугих людей вовсе не беспокоит, как выглядят их ящики с носками. Такие люди просто бросают свои носки в ящик, так что те образуют одну большую запутанную массу. У таких людей ящики с носками выглядят вот так:

На этой странице речь у нас пойдет о кристаллических полимерах, аккуратных и упорядоченных.

Так и какие же структуры любят образовывать полимеры?

Они любят все вытягиваться в струнку и складываться как аккуратный штабель новых досок во дворе пилорамы.

Но не всегда у них получается вытягиваться столь ровно. На самом деле лишь очень немногим полимерам удается вытягиваться абсолютно ровно, и к таким полимерам относятся полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы и арамиды типа Кевлара и Номекса. Большинство полимеров могут вытягиваться только на небольших расстояниях, после чего они складываются сами с собой. Вы может это видеть на картинке.

Для полиэтилена длина цепочек может достигать 100 Ангстрем, прежде чем они снова начинают складываться.

Но они не только складываются таким образом. Полимеры образуют пачки таких сложенных цепочек. Вот такая пачка, еще называемая ламеллой, на рисунке внизу.

Конечно же, не всегда ламеллы такие аккуратные. Иногда часть макромолекулы включена в этот кристалл, а часть - нет. Если это происходит, то мы получаем беспорядок как тот, что на рисунке внизу. Наша ламелла уже не такая ровная и аккуратная, из нее повсюду торчат макрмолекулы!

Разумеется, будучи в нерешительности, цепочки полимеров часто решают, что они хотят вернуться в ламеллу после некоторого блуждания снаружи нее. Если это случается, мы получаем следующую картинку.

Эта модель полимерной кристаллической ламеллы называется моделью коммутационной доски . Поскольку вы нам нравитесь, мы скажем вам, что в случае, если макромолекула не блуждает в окрестности кристалла, а тут же складывается сама с собой, как мы видели на предыдущей картинке, то это называется моделью с соседним входом и выходом макромолекул из кристаллической ламеллы .

Аморфность и Кристалличность

Вас, не иначе как, разбирает любопытство. Если вы посмотрите на рисунки вверху, то вы увидите, что часть полимера кристаллична, а часть - нет! Да, ребята, большинство кристаллических полимеров не являются полностью кристаллическими. Макромолекулы или части макромолекул, не входящие в состав кристаллов, не укладываются ни по какой схеме. Мы мудрые большие ученые говорим, что такие макромолекулы находятся в аморфном состоянии. Таким образом, кристаллический полимер на самом деле содержит две составляющие: кристаллическую и аморфную. Кристаллическая часть находится внутри ламелл, а аморфная часть - снаружи. Если мы посмотрим на картинку этой ламеллы с меньшим увеличением, мы увидим, как устроены кристаллическая и аморфная части.

Как вы видите, ламеллы растут как спицы велосипедного колеса из центрального ядра. (Иногда мы, большие ученые, любим называть ламеллы ламеллярными фибриллами.) На самом деле они растут в трех измерениях, поэтому в действительности они выглядят скорее как сферы, а не как колеса. Эта полная сфера называется сферолитом. В кристаллическом образце много миллиардов сферолитов.

Между кристаллическими ламеллами существуют области, в которых упорядоченность макромолекул отсутствует. Эти разупорядоченные области и есть аморфные области, о которых мы говорили выше.

Как вы видите на картинке, единичная макромолекула может быть частично расположена в кристаллической ламелле, а частично - в аморфной области. Некоторые макромолекулы даже начинаются в одной ламелле, пересекают аморфную область, а потом присоединяются к другой ламелле. Такие молекулы называются связующими.

Как вы видите, ни один полимер не является полностью кристаллическим. Если вы делаете пластмассу, то это хорошо. Кристалличность делает материал прочным, но хрупким. Аморфные области придают полимерному материалу вязкость, то есть способность гнуться, не ломаясь при этом.

Но при изготовлении волокон мы хотим, чтобы наши полимеры были сколь можно более кристаллическими. Это нам нужно потому, что волокно на самом деле - это длинный кристалл. Хотите узнать об этом больше? Тогда посетите Страницу о Волокнах!

Многие полимеры представляют собой чередование кристаллических и аморфных областей, но некоторые являются в высокой степени кристаллическими, а другие в высокой степени аморфными. Вот некоторые из полимеров, которые склонны к крайностям:

Некоторые в Высокой Степени Кристаллические Полимеры:	Некоторые в Высокой Степени Аморфные Полимеры:
Полипропилен	Поли(метилметакрилат)
Синдиотактический полистирол	Атактический полистирол
Найлон	Поликарбонат
Кевлар и Номекс	Полиизопрен
Поликетоны	Полибутадиен

Почему?

Кристалличность и структура макромолекулы.

Как вы видите в приведенном выше списке, существуют два вида полистирола: атактический и синдиотактический. Один из них высококристалличен, другой в высокой степени аморфен.

Синдиотактический полистирол очень упорядочен, его фенильные группы прикреплены, чередуясь, по разные стороны основной цепи. Это означает, что он будет весьма легко упаковываться в кристаллы.

Но в атактическом полистироле такого порядка нет. Фенильные группы располагаются как им угодно с любой стороны основной цепи. В отсутствие порядка макромолекулы не могут столь хорошо упаковываться. Поэтому атактический полистирол очень аморфен.

Другие атактические полимеры, такие как поли(метилметакрилат) и поли(хлорвинил) также аморфны. И, как вы можете ожидать, стереорегулярные полимеры, такие как полипропилен и поли(тетрафторэтилен) обладают высокой степенью кристалличности.

Другим хорошим примером является полиэтилен. Он может быть как кристаллическим, так и аморфным. Линейный полиэтилен почти на 100% кристалличен. Но разветвленная разновидность полиэтилена просто не может упаковываться так же хорошо, как и линейная, поэтому она в высокой степени аморфна.

Кристалличность и межмолекулярные силы

Межмолекулярные силы могут весьма сильно способствовать образованию кристаллов в полимере. Хорошим примером этого является найлон. Как вы видите на рисунке, полярные амидные группы в скелетной цепочке найлона 6,6 сильно притягиваются друг к другу. Они образуют сильную водородную связь, которая и скрепляет кристаллы.

Другим примером являются полиэфиры. Давайте посмотрим на полиэфир, который мы называем поли(этилентерефталат).

Полярные группы сложного эфира обеспечивают прочность кристалла. В дополнение к этому, ароматические кольца любят упорядоченно складываться друг с другом, что делает кристалл еще прочнее.

Какова Степень Кристалличности?

Вернуться в директорию Третьего Уровня

Вернуться в основную директорию Макрогалереи