1-mavzu: polimerlarning zanjirli tuzilishi, turlari va xossalari. Konfiguratsiya, konformatsiya, egiluvchanlik

Polimer molekulalarining o’zaro ta’sirlashishi.
Molekulyar massasi 5*10⁶ bo’lgan polimer zanjirida taxminan 10⁶ atom bo’lib, uning kontur uzunligi diametridan 6-7 ming marta katta bo’ladi. Bunday makromolekulalarning o’zaro ta’sirlashishi, ular tarkibidagi atomlar, elementar guruhlar faolligiga, zanjirlarning konformastion holatiga va ular orasidagi masofaga nihoyatda bog’liq bo’ladi. Shu tufayli makromolekulalarning o’zaro ta’sirlashishlari turli xil va ularning energiyasi ham turlicha bo’ladi. Bu hol II.4.1- rasmda ifodalangan. Bog’lanish chiziqlarining bunday o’zgarishi makro-molekulalarning kondensirlangan holatidagi tortishish kuchini, ularning bir-biriga to’liq ustma-ust birikishiga qarshilik qiluvchi itarish kuchiga nisbati bilan ifodalanadi. Molekulalar orasidagi masofaning ortib borishi bilan ular o’rtasidagi itarish kuchi, tortishish kuchiga nisbatan tezroq kamayadi. O’zaro ta’sirlashish kuchlari batamom tugatilganda makromolekulalar izolyastiyalangan deb hisoblanadi.

II.4.1- rasm. Makromolekulalarning o’zaro ta’sirlashish energiyasini (E) masofaga (r) bog’liqligi:
1-kovalent bog’;
2-vodorod bog’;
3-Van-der-Vaals o’zaro ta’sirlashish

Makromolekulalar o’rtasida shunday r_o masofa mavjud bo’ladiki, unda tortishish va itarish kuchlari bir-biriga tenglashib, o’zaro ta’sirlashish ozod energiyasi minimum miqdorga ega bo’ladi. Bunday minimal energiya 2-40 kJmol intervalda bo’lib, u kovalent (kimyoviy) energiyalar miqdoridan bir tartibga kichikdir. Odatda makromolekulalararo ta’sir etuvchi kuchlar tabiati ularning kimyoviy tuzilishiga bog’liq bo’ladi va ularni bir necha guruhga ajratiladi. Ular haqidagi asosiy ma’lumotlar II.4.1-jadvalda keltirilgan. Orientastion o’zaro ta’sirlashishlar odatda qutblangan makromolekulalar orasida bo’ladi va bir xil zaryadlangan elementar qismlar bir-biridan maksimal uzoqlashadi.
II.4.1-jadval
Makromolekulalarning o’zaro ta’sirlashish turlari,
ularning bog’lanish energiyasi va uzunliklari

O’zaro ta’sir yoki bog’lar	Bog’lanish energiyasi, kJmol	Bog’ uzunligi, nm
Ion bog’lar	590-1050	-
Kovalent bog’lar	335	0,152-0,154
Metall bog’lar	110-350	-
Vodorod bog’lar	< 50 (odatda 13-30)	0,25-0,32
Van-der-vaals ta’sirlashishlar: oriyentatsion induksion dispersion	< 20 < 2 < 40	0,35-0,5 0,35-0,5 0,35-0,5

Induksion, ya’ni deformatsion o’zaro ta’sirlashishlar qutblangan va qutblanmagan molekulalar o’rtasida ro’y beradi. Bunda qutblanmagan molekulada dipol ta’sirida elektronning siljishi amalga oshadi. Natijada majburiy hosil qilingan dipol o’zini qutblangan elementlar kabi tutadi va qutbiy molekula bilan oriyentatsion o’zaro ta’sirlashish tamoyili bo’yicha, ammo kichikroq energiya bilan ta’sirlashishni namoyon qiladi.

Dispersion o’zaro ta’sirlashishlar ham qutblangan, ham qutblanmagan molekulalar orasida amalga oshishi mumkin. Ularning kelib chiqishi kvant mexanikasi qonunlari bilan tushuntiriladi, chunki ular elektron qobiqlarining o’zaro ta’sirlashishi bilan bog’langandir.
Umuman olganda ikki molekulaning o’zaro ta’sirlashishi har uchala turdagi ta’sirlashishlar yig’indisidan iborat bo’ladi, ya’ni U  U_d  U_o  U_i kabi bo’lib, unda dispersion kuchlar katta ahamiyatga ega bo’ladi.
Vodorod bog’lari makromolekulalararo ta’sirlashishning alohida turi bo’lib, ular ikki elektrik qarama-qarshi atomlarning vodorod atomi orqali ta’sirlashishida namoyon bo’ladi. Bunda vodorod bir paytning o’zida bir elektrik qarama-qarshi atom (jumladan O, N, F, Cl, C) va boshqa bir atomning bo’linmagan elektron juftligi bilan valentli bog’langan bo’ladi. Bunday bog’lar tarkibida -OH, -COOH, -H-CO, -NH₂ kabi guruhlar bo’lgan makromolekulalarning o’zaro ta’sirlashishida hosil bo’ladi.
Makromolekulalar gidrofob (guruhlari qutbsiz) va gidrofil (guruhlari qutbiy) bo’ladi. Gidrofil makromolekulalar qutbiy guruhlarga ega boshqa makromolekulalar, past molekulyar birikmalar, jumladan, suv molekulalari bilan yuqori darajada ta’sirlashadi.
Polimer molekulalarining o’ziga xos yana bir xususiyati shundan iboratki, ularda molekulalararo o’zaro ta’sirlashishdan tashqari, bitta makromolekulaning ayrim qismlari ham o’zaro ta’sirlashadi. Bu makromolekulaning ichki ta’sirlashishi deb qaraladi va bunda zanjirli molekulaning bir-biri bilan kimyoviy bog’lanmagan atomlari va atom guruhlari o’zaro ta’sirlashishi nazarda tutiladi.
Makromolekulalararo o’zaro ta’sirlashish o’lchami kogeziya energiyasi zichligi (KEZ) orqali ifodalanadi. Kogeziya - bu makromolekulalararo o’zaro tortishish kuchi orqali namoyon bo’ladigan yopishqoqlikdir. Kogeziya energiyasi zichligi makromolekulalarni bir-biridan cheksiz uzoq masofaga uzoqlashishida bajarilgan ishga ekvivalent bo’lib, amaliy jihatdan moddaning bug’lanishiga yoki uchib chiqishiga muvofiq keladi. Quyidagi II.4.2-jadvalda chizig’iy polimerlarning o’zaro ta’sirlashish energiyasini zanjirning 0,5 nm qismiga nisbatan aniqlangan, ya’ni solishtirma molyar kogeziyasi keltirilgan.
Makromolekulalarning polimerlanish darajasi oshib borishi bilan ularning o’zaro ta’sirlashishi ham keskin oshadi. Polimerlanish darajasi 1000 bo’lganda o’zaro ta’sirlashish kuchlari kimyoviy bog’lanish kuchlaridan ancha ortib ketadi. Oqibatda polimerlarni bug’lantirib gaz holatiga o’tkazib bo’lmaydi. Ammo issiqlik ta’sirida polimer molekulalarining harakatchanligi oshadi. Buning natijasida makromolekulalararo bog’lar uzilishi va zanjirlar tizimi turli xil fizik holatlarga, jumladan suyuq-fazoviy agregat holatga o’tishi mumkin. Shuni aytish joizki, makromolekulalar o’zaro ta’sirlashishining issiqlikka bog’liqligini ifodalaydigan issiqlik harakatchanligi tushunchasi mavjuddir.
II.4.2. jadval.
Chizig’iy polimerlarning solishtirma molyar kogeziyasi

Polimer	Kogeziya energiyasi, kJmol	Zanjirning 0,5 nm qismidagi zvenolar soni
Polietilen	4,19	3
Polibutilen	4,51	1
Tabiiy kauchuk	5,44	1
Polivinilxlorid	10,87	2-3
Polivinil spirt	17,56	2-3
Poliamid	24,25	1
Sellyuloza	25,92	1
Ipak fibroini	41,00	1

Buning ma’nosi shuki, elektron atom yadro atrofida ma’lum orbitada katta tezlik bilan doimiy ravishda aylanma harakatda bo’lganligi tufayli makromolekula yoki makromolekulyar tizimni biror bir holatda tinch turibdi deb qarash shartlidir. Chunki, makromolekulaning ichida bo’ladigan bunday harakat uning muhitdagi umumiy holatiga bevosita ta’sir etadi. Natijada makromolekula tartibsiz, ya’ni xaotik (mikrobroun) harakati issiqlikka bevosita bog’liq bo’ladi.