Polimēri Medicīnas inženierijas un fizikas bakalaura studiju programmas kursa students Vladislavs Minalto

 
 
 
 
 

---

4 
1. GALVENIE JĒDZIENI 
Monomērs – mazmolekulārais savienojums, no kura polimerizācijas vai 
polikondensācijas reakcijas rezultātā tiek iegūts polimērs. Lielākais monomēru daudzums, kas 
piedalās polimerizācijā, pieder pie vienas no sekojošajām divām klasēm: 
1) Savienojumi, kas polimerizējas saišu, tādu kā C = C, C ≡ C, C ≡ N, C = O, atvēršanas dēļ. 
Piemēram, olefīni, acetilēnu ogļūdeņraži, aldehīdi, nitrili, un citi; 
2) Savienojumi, kas polimerizējas ciklisko grupējumu atvēršanas rezultātā. Piemēram, olefīnu 
oksīdi, laktami, laktoni. 
Polikondensācijai der tādi monomēri, kuru molekulās ir vismaz divas reaģējošās jeb 
funkcionālās grupas. Piemēram, diamīni, dikarbonskābes, aminoskābes, glikoli. No 
bifunkcionāliem savienojumiem veidojas lineārie polimēri, savukārt no polifunkcionāliem jeb 
daudzfunkcionāliem savienojumiem veidojas sazaroti un telpiski (sietiņveida) polimēri.
Monomēru piemēri: etilēns, propilēns, stirols, butadiēns, kaprolaktāms. 
Polimerizācijas (polikondensācijas) pakāpe (koeficients) n – makromolekulā esošo 
elementārposmu skaits [3]. 
Polimerizācijas pakāpes n vērtība polimēros var būt no dažām vienībām līdz miljoniem. 
Zinot polimerizācijas pakāpi, var noteikt polimēra makromolekulas molekulāro masu: 
𝑀
𝑀
= 𝑛 ∙ 𝑀
𝑒
, 
kur M
M
– makromolekulas molekulārā masa, 
M
e
– elementārposma molekulārā masa, 
n – polimerizācijas pakāpe. 
Elementārposms – atomu grupa, kas vairākkārt atkārtojas polimēra makromolekulā. 
Elementārposmu piemēri: polietilēns CH
2
, polistirols CH
2
– CH – C
6
H
5 
[11].
Monomērais elementārposms – strukturālais elementārposms, kas atbilst monomēra 
molekulas uzbūvei. 
Monomēro elementārposmu piemēri: polietilēns CH
2
– CH
2
, polistirols CH
2
– CH – C
6
H
5
.
Makromolekulu konfigurācija un konformācija. Konfigurācija – telpiskais atomu 
sadalījums makromolekulā, kas ir definēts ar attiecīgo saišu garumiem un valento leņķu 
vērtībām. Konfigurācija raksturo makromolekulas (1.1. att.) ķīmisko struktūru. Tā nevar būt 
izmainīta bez vismaz vienas saišu vai leņķu pārkārtošanas, tas ir, bez ķīmiskās reakcijas [1]. 

---

5 
1.1. att. Makromolekula. 
Konformācija – makromolekulu veidojošo atomu un atomu grupu mainīgs izvietojums 
telpā. Konformācija ir makromolekulas fizikālais raksturlielums, kas ir atvasināts no 
konfigurācijas. Noteiktai konfigurācijai atbilst makromolekulas konformāciju kopa, kas izmainās 
pārtrauktā vai nepārtrauktā veidā tikai uz iekšējās siltumkustības rēķina. 
Makromolekulas elastība – makromolekulas spēja atgriezeniski (tas ir, bez ķīmisko saišu 
pārraušanas) mainīt savu formu. Elastības cēlonis ir makromolekulas iekšmolekulāra rotācija σ-
saišu kopā. Atkarībā no strukturālās uzbūves makromolekula var ņemt jucekļa, izstieptas ķēdes, 
spirāles, lentes un citas formas. Pie tā makromolekulu ģeometriskā forma (lineāra, sazarota vai 
telpiska (sietiņveida)) neizmainās. 
Specifiska polimēru īpašība, balstīta uz makromolekulu elastību, parādās polimēru 
deformēšanā. Pie ārējās ietekmes neesamības makromolekulas līdzsvara stāvoklis ir irdena 
jucekļa forma. Ja makromolekula ir līdzsvara stāvoklī, tad tai piemīt maksimālā entropija. 
Entropija – vielas iekšējās struktūras sakārtotības mērs. Jo mazāka ir sakārtotība, jo lielāka ir 
entropija [10]. Polimēram deformējoties, makromolekulas iztaisnojas, bet pēc deformējošās 
slodzes izbeigšanas, tiecoties pie līdzsvara stāvokļa, makromolekulas atkal sakļaujas juceklī 
pagriezienu ap σ-saitēm, kurus izraisa siltumkustība, dēļ. No iepriekšminētās informācijas var 
secināt, ka makromolekulas elastība ir cēlonis polimēru speciālas īpašības – elastīcitātes – 
veidošanai, tas ir, polimēru elasticitāte – polimēru spēja rādīt augstas atgriezeniskas 
deformācijas. 
Atšķir termodinamisko un kinētisko elastību. 
Termodināmiskā elastība. Elementārposma rotācija apkārt kovalentajai saitei var būt 
interpretēta kā šī elementārposma pāreja no vienas “bedres” citā “bedrē” ar enerģētisko 
barjeru pārvārēšanu. Potenciālo bedru enerģiju starpība definē makromolekulas 
termodināmisko elastību, tas ir, realizācijas varbūtību kādai no iespējamām konformācijām. 
Enerģētiskās barjeras lielums raksturo makromolekulas kinētisko elastību, tas ir, tās pārejas no 
vienas konformācijas citā konformācijā ātrumu. 
Makromolekulas elastība ir atkarīga no galvenās ķēdes kovalento saišu ķīmiskās dabas 
un no blakus grupu raksturojumiem, tādiem kā izmērs, polaritāte, un citi. Uz šo faktoru pamata 
polimērus iedala elastīgķēžu polimēros un cietķēžu polimēros. 

---

6 
Ķēžu makromolekulu iekšmolekulārās rotācijas pa σ-saitēm brīvību un attiecīgi to 
elastības pakāpi norobežo iekšmolekulārās mijiedarbības un starpmolekulārās mijiedarbības 
(ūdeņražsaites, dipolu mijiedarbības u.c.), kā arī aizvietotāji R. Aizvietotājs R – izomērs, kuram 
secības relatīvais virziens ir pulksteņrādītāja virzienā [4].
Ķēžu makromolekulu elastības pakāpi definē molekulārā masa un makromolekulu 
garums: jo lielākā ir molekulārā masa un makromolekulu garums, jo lielāka ir makromolekulas 
elastības pakāpe. 
Pie elastīgķēžu polimēriem pieder, piemēram, polietilēns, polibutadiēns, poliizoprēns, 
polivinilhlorīds. Elastīgķēžu polimērus raksturo plašs iespējamo konformāciju skaits. Iespēja 
pāriet no vienas konformācijas citā konformācijā definē tādas specifiskas polimēru īpašības kā 
augstā elasticitāte, spēja orientēties un spēja veidot virsmolekulārās kristāliskās struktūras. 
Pie cietķēžu polimēriem pieder, piemēram, poliimīdi un aromātiskie poliamīdi. Cietķēžu 
polimēru konformāciju skaitu norobežo stieņveidīgas konformācijas. Kā rezultātā šie polimēri 
veido cietas anizotropas sistēmas un šķidras anizotropas sistēmas, kā arī šķidrkristālisko 
agregātstāvokli. 
Elastības kvantitatīvie raksturlielumi ir statistiskais segments un persistentais garums.
Statistiskais segments – minimālais ķēdes posms, kura garumā gala elementārposma 
izvietojums telpā vairs nav atkarīgs no sākotnējā elementārposma izvietojuma.
Persistentais garums – minimālais ķēdes posms ar pastāvīgu izliekumu, kura visā 
stiepumā leņķis starp pieskarēm pie sākotnējā un gala punktiem ir 67°. Jo lielāks ir statistiskais 
segments un persistentais garums, jo mazāka ir makromolekulas elastība. Parasti statistiskais 
segments divreiz pārsniedz persistento garumu. 
Eksperimentāli statistiskā segmenta un persistentā garuma lielumus noteic ar gaismas 
izkliedes un viskozimetrijas metodēm. 
Tieši biopolimēru elastības dēļ dzīvajā dabā parādās tādi strukturāli veidojumi kā α-
spirāles polipeptīdos un dubultspirāles nukleīnskābēs. Šie strukturālie veidojumi ir augu un 
dzīvnieku organismu dzīvības pamatā [1]. 

---

7