Файл: Пенкаля, Т. Очерки кристаллохимии.pdf

Примеры структур высокомолекулярных соединений

Полиэтилен. Полиэтилен — полимер, образованный полимерии задней простейшего ненасыщенного углеводорода — этилена:

•••СН2—СН2—СН2---. В его строении доминирует кристалличе-

Рис. 6.34. Ромбическая ячейка полиэтилена:

д—проекция в направлении удлинения цепей; б —боковая проекция —цепи лежат в плоскости рисунка.

ская часть (55—75%). Вытянутые углеродные цепи имеют форму плоского зигзага (рис. 6.34).

В полиэтилене, подвергнутом растяжению, кристаллиты уклады­ ваются параллельно, в ненапряженном полиэтилене —- беспо­ рядочно либо образуют скопление сферолитов, исчезающих при растяжении. Полиэтилен — прекрасный электроизоляционный ма­ териал, им пропитывают древесину и импрегнируют ткани.

Целлюлоза. Макромолекулы целлюлозы состоят из элементар­ ных шестичленных колец глюкозы СбНю05. Структурная единица повторяемости — целлобиоза, соединение двух звеньев, повернутых

Между цепями действуют водородные связи. Цепные молекулы целлюлозы могут содержать более 300 000 атомов (см. рис. 6.34). Степень кристалличности достигает 90%. Длина кристаллитов, по данным Гангстенберга и Марка (1928 г.), составляет около 600 Â, а толщина — 50—60Â (порядка 10 элементарных ячеек). Моно­ клинная элементарная ячейка в направлении удлинения цепи имеет трансляцию, равную 10,3 Â, что отвечает длине целлобиозного ком­ плекса. Остальные параметры элементарной ячейки в среднем рав­ ны: с = 7,9 Â, а — 8,35 Â, ß — 84° (рис. 6.35). Элементарная ячейка содержит четыре глюкозидных остатка — по два из каждой цепи. Известны четыре модификации целлюлозы, отличающиеся способом расположения цепей, что влияет на величины постоянных решетки

276

а и с. В мерсеризованной, обработанной щелочью целлюлозе а =а = 8,14 А, b = 10,3 А, с = 9,14 А; ß = 62°.

Рис. 6.35. Элементарная ячейка целлюлозы (по Мейеру и Миху, 1937 г.).

Вертикально расположена ось У (é=I0,3 А).

Из целлюлозы построены клетки растений, она является глав­ нейшим компонентом таких экономически важных растений, как хлопок, конопля, лен. Из нее получают искусственные волокна (вискозу), пластмассы, лаки, искусственную кожу, целлулоид,без­ дымный порох, кинопленку.

Натуральный каучук (полиизопропилен). Натуральный каучук

ГСН3 1

является полимером изопрена L—СН2—НС—С—CH2J n • Макромо­ лекулы построены из 1000—3000 изопреновых звеньев (рис. 6.36). Каучук в нормальном состоянии абсолютно аморфен. Растяжение при температуре выше 15 °С или охлаждение каучука приводит к параллельной упаковке удлиненных молекул и образованию кристаллитов, которые исчезают при переходе каучука в первоначальное состояние. Растянутый каучук может содержать

до 90% кристаллитов.

Различные исследователи по-разному описывали элементарную

групп. Средний размер отдельных кристаллитов равен 500Х150Х

X500 А3.

Впроцессе вулканизации каучук превращается в резину. Вулканизация состоит в обработке каучука серой, которая обра­ зует мостики, связывающие углеродные цепи,. Высокой степени

277

вулканизации (более 50%) отвечает образование эбонита. Вулка­ низация снижает способность каучука к кристаллизации. В эбоните не найдено кристаллической фазы.

Рис. 6.36. Схема строения молекулы каучука в двух различных проекциях.

Белки. Белки являются продуктом конденсации аминокислот:

В результате образуются длинные полипептидные цепи. Многие белки обладают высокой степенью кристалличности. В фиброине шелка трансляция вдоль оси волокна, найденная из рентгеновских данных, равна 6,95 А. Это же расстояние, вычисленное теоретически

2 7 8

как сумма радиусов атомов с учетом углов между связями, равно

7,0 А:

NH СО CH NH СО CHR NH

<--------------------------- 7,0 А --------------------------->

Вкератине, главном составляющем волос, рогов, шерсти, поли­ пептидные цепи могут принимать две формы: а-кератин (зигзаго­ образная цепь) и ß-кератин (цепь, вытянутая в одном направ­ лении):

Вытянутым цепям отвечает трансляция вдоль оси волокна 5,1 А, а зигзагообразной — 7,8 А (рис. 6.37).

279