Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул

Это гигантские молекулы с молекулярной массой от 10 000 до 100 000 г/моль. Так как полиэтилен представляет собой большую неполярную молекулу, он не растворяется в воде. Данное качество делает его идеальной молекулой для создания холодильников. Неспособность полиэтилена раствориться в воде позволяет наполнить холодильник льдом и принести его к океану.

Внешнее пластиковое покрытие большинства холодильников изготавливается из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), в то время как пакеты для сэндвичей из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Давайте поговорим о ПЭНП, чтобы лучше понять разницу. ПЭНП впервые был использован еще в 1930-х годах, он имеет более низкую плотность, чем ПЭВП (да-да, я капитан очевидность). Но несмотря на то, что два этих вида пластика имеют одинаковые атомы и ковалентные связи внутри полимеров, способ образования связей у них очень различается.

ПЭНП представляет собой полимер, в котором ковалентные связи образованы между соседними молекулами этилена. Как мы уже обсуждали ранее, когда молекулы этилена вступают в реакцию друг с другом, двойная связь разрывается, а между молекулами образуется новая одинарная связь. В ходе этого процесса создается разветвленная углеводородная цепь. Следовательно, вместо того, чтобы формировать одну прямую цепочку атомов углерода (в ряд), связи образуются между случайными атомами. В результате образуется цепочка, по внешнему виду напоминающая букву Т. Форму «в ряд» можно сравнить со строем школьников, идущих в столовую, в то время как разветвленная форма напоминает хаос, который эти же школьники устраивают на перемене.

Из-за разветвленной формы ПЭНП намного слабее ПЭВП (и намного эластичнее). Такая форма не позволяет молекулам располагаться вплотную к другим ПЭНП, а значит, они не могут образовывать сильные дисперсионные взаимодействия. Следовательно, если мы возьмем определенное пространство, то там будет небольшая плотность полимером (диапазон плотности колеблется от 0,917 до 0,930 г/см³).

Что на самом деле важно, так это то, почему мы так часто используем эти типы полимеров в повседневной жизни. Они легко растягиваются, эластичные и износостойкие, поэтому данные полимеры отлично подходят для использования в качестве пакетов для сэндвичей (и пластиковых пляжных сумок – но лишь до тех пор, пока все не поняли, что одноразовые сумки загрязняют окружающую среду; так что довольно быстро они превратились в многоразовые). ПЭНП идеально подходят для хранения больших сэндвичей, так как им можно обернуть хрупкие ломтики хлеба и защитить их от влаги. Тут полимеры определенно выигрывают конкуренцию с бумагой, которая неэластична и промокает при контакте с водой.

По сути, полиэтилен не считается твердым полимером, а это значит, что у нас есть возможность формировать молекулы в разных конфигурациях – изменять форму пластиков благодаря тому, как молекулы выстраиваются в линию в полимере. К примеру, если мы возьмемся за две стороны пакета для сэндвичей и потянем его в разные стороны, то увидим, что его форма изменится. Он ответит на прилагаемое давление, увеличиваясь в длину и уменьшаясь в ширине. Если мы потянем слишком сильно, то пакет порвется.

Этот процесс, называемый уменьшением поперечного сечения, происходит каждый раз, когда молекулы внутри полимера пытаются адаптироваться к изменениям. До того, как мы начали растягивать пакет, молекулы были в полном беспорядке, прямо как мокрые спагетти на сковородке. Но как только мы растянули пакет, молекулы выпрямились в ряд. Это можно сравнить с тем, что мы поставили сковородку на огонь и высушили спагетти. В стрессовой ситуации молекулы выпрямляются и выстраиваются в идеальный ряд. Благодаря длинной форме молекул мы можем растянуть пакет, придав ему форму гантели, о которой я уже говорила выше.

Но если вы отпустите пакет, то он со временем примет изначальную форму. Конечно, в некоторых местах могут появиться повреждения, особенно в тех, где пальцы соприкасались с поверхностью. Однако остальные полимеры должны вернуться к своему изначальному положению.

В отличие от ПЭНП, ПЭВП имеет линейную конфигурацию с прочными ковалентными связями между множеством атомов углерода. Чуть ниже я объясню, что это значит (выглядит очень странно). Сейчас вам необходимо знать, что именно эта форма делает ПЭВП особо прочными; ведь так ПЭВП могут располагаться вплотную друг к другу. При такой конфигурации полимеры образуют прочные дисперсионные взаимодействия между каждой молекулой полиэтилена, а это приводит к тому, что мы получаем ПЭВП. Он используется в создании холодильников, а их плотность колеблется от 0,930 до 0,970 г/см³.

И хотя ученые смогли предсказать, что ПЭВП будет прочнее ПЭНП, сначала они пытались найти хороший способ синтеза полимера. Спустя двадцать лет после открытия ПЭНП немецкий химик Карл Циглер начал проводить эксперименты с этиленом. После каждой реакции он находил один и тот же продукт – бутен, молекулу, у которой все связи были одинарными и только одна – двойная.