Текст выступления:

Жоғары молекулалық қосылыстар химиясының негізгі ұғымдары
1. Жоғары молекулалық қосылыстардың негізгі ұғымдары және маңызы

Жоғары молекулалық қосылыстар — бұл молекулалық массасы өте жоғары, тіпті миллиондаған бірліктерге жететін күрделі химиялық құрылымдар. Олар қазіргі заманғы өмірдің әр саласында шешуші рөл атқарады — медицинадан бастап жоғары технологияларға дейін. Осындай үлкен молекулалық құрылымдардың бар болуы, шын мәнінде, организмдердің және өнеркәсіптегі инновациялардың негізгі тірегін құрайды.

2. Жоғары молекулалық қосылыстардың зерттеу тарихы

Полимерлік химияның дамуы XIX ғасырдың соңында басталып, оның негізін қалаушы Герман Штаудингер 1920-шы жылдары макромолекула теориясын ұсынды. Бұл революциялық идея молекулаларды үлкен тізбектер ретінде қарастыруға мүмкіндік берді. XX ғасырда табиғи және синтетикалық полимерлердің зерттелуі жылдам қарқынмен дамыды, жаңа өндіріс әдістерінің пайда болуы материалдық ғылымның дамуына серпін берді.

3. Жоғары молекулалық қосылыстардың негізгі сипаттамалары

Жоғары молекулалық қосылыстар — бұл молекулалық массасы мыңнан миллиондағанға дейін өзгеретін күрделі құрылымдық жүйелер. Олар мономерлерден құралған қайталанатын құрылымдарға ие, бұл олардың физикалық және химиялық қасиеттеріне тікелей ықпал етеді. Молекулалық құрылыстың ерекшеліктері олардың қолданылу аясына және беріктігіне әсер етеді, бұл материалдардың заманауи индустриядағы маңыздылығын арттырады.

4. Мономерлер: полимердің құрылымдық негізгі бөлігі

Мономерлер — полимерлердің ең негізгі құрылымдық элементтері. Әр мономер ерекше химиялық қасиетке ие және олар полимерлік тізбектерде қайталанып орналасады. Мысалы, этиленнің полимерленуі полиэтиленді, ал амин қышқылдарының тізбегі ақуыздарды құрайды. Бұл құрылымдық ерекшеліктер полимердің функционалдық қасиеттерін анықтап, түрлі өндіріс пен ғылым саласында кеңінен қолданылады.

5. Полимерлердің синтез әдістері

Полимерлердің синтезі көптеген әдістер арқылы жүзеге асады. Полимерлену — мономерлердің қосылу реакциясы, мысалы этиленнен полиэтилен синтезі негізгі өндірістік әдістердің бірі. Поликонденсация процесі кезінде мономерлер су немесе басқа кіші молекулаларды бөліп шығарып, күрделі құрылымдар түзеді, бұл әдіс, мысалы, нейлон өндірісінде кең таралған. Сонымен қатар, полигидратация сияқты сирек қолданылатын әдістерде су қосылу реакциясы арқылы да полимерлер түзіледі. Әр түрлі әдістер нәтижесінде алынған полимерлердің құрылымы мен қасиеттері алуан түрлі болып, оларды қолдану салаларына бейімделеді.

6. Полимерлердің молекулалық массаларының диапазоны

Полимерлердің молекулалық массалары кең ауқымда өзгереді, бұл олардың физикалық қасиеттерін кеңінен анықтайды. Молекула массасы неғұрлым жоғары болса, полимердің беріктігі мен термиялық тұрақтылығы соғұрлым артады. Ғылыми зерттеулердің нәтижелері көрсеткендей, молекулалық массаның өсуі материалдардың механикалық сипаттамаларын айтарлықтай жақсартады, бұл жоғары сапалы өнімдер жасауға мүмкіндік береді.

7. Полимерлердің құрылымдық түрлері

Полимерлердің негізгі құрылымдық түрлері үшке бөлінеді: желілік, тармақталған және кеңейтілген (торлы). Желілік полимерлер бір тізбектен тұрады, мысалы, полиэтилен, олар икемді және жеңіл. Тармақталған полимерлерде бүйірлік тармақтар қосылады, бұл олардың тығыздығы мен қасиеттеріне әсер етеді. Торлы полимерлерде үшөлшемді желілік байланыстар мол механикалық беріктігімен ерекшеленеді, бұл құрылым оларды арнайы қолдану салаларына лайықты етеді.

8. Табиғи полимерлер және олардың құрылымы

Табиғи полимерлерге целлюлоза, кератин, коллаген сияқты организмнен алынған құрылымдар жатады. Бұл полимерлер табиғи тізбек ретінде өсімдік пен жануарлардың өмірлік құрылымында маңызды рөл атқарады. Мысалы, целлюлоза өсімдіктің клеткалық қабырғасының негізін құрайды, ал коллаген адам терісінің және сүйектерінің беріктігін қамтамасыз етеді. Табиғи полимерлер олардың биологиялық үйлесімділігі мен қоршаған ортаның қауіпсіздігі жағынан ерекше.

9. Синтетикалық полимерлердің негізгі түрлері мен қолданылуы

Синтетикалық полимерлер әртүрлі өндірістерде кеңінен қолданылады. Полиэтилен мен полипропилен жеңіл және икемді өнімдер жасауға мүмкіндік берсе, поливинилхлорид қатты және химиялық төзімді материалдар етеді. Нейлон мен полистирол сияқты полимерлер автомобиль және тігін өнеркәсібінде сапалы өнім жасауға негіз болып табылады. Олардың әрқайсысының өндіріс технологиясы мен қасиеті қолдану аймағын анықтайды.

10. Табиғи және синтетикалық полимерлердің салыстырмалы қасиеттері

Кестеде табиғи және синтетикалық полимерлердің құрылымдық, экологиялық және қолдану ерекшеліктері көрсетілген. Табиғи полимерлер экологиялық таза, биологиялық ыдырайтын материалдар болып саналады және минералды ресурстарды тиімді пайдаланады. Ал синтетикалық полимерлер ұзақ мерзімді беріктілік пен әмбебаптыққа ие, олардың қолдану аясы көбірек. Бұл мәліметтер материал таңдау кезінде экологиялық және техникалық факторларды ескеру қажеттігін айқындайды.

11. Полимердің негізгі физикалық қасиеттері

Аморфты полимерлерде молекулалық тізбектер ретсіз орналасып, бұл материалдарға икемділік пен пластикалық қасиеттер береді. Олар жеңіл иіледі, формасын оңай өзгерте алады. Кристалды полимерлерде тізбектер тығыз құрылымда, бұл жоғары механикалық беріктік пен тұрақтылыққа әкеледі, олар ауыр жағдайларда сенімді жұмыс істейді. Полимердің ішкі байланыстарындағы сутек және дисперстік күштер оның созылғыштығын және тығыздығын қалыптастырады. Сонымен қатар, термиялық және электрлік қасиеттері молекулалық құрылымы мен массасына байланысты, бұл олардың қолдану саласын шектемей кеңейтеді.

12. Қабаттасқан және композитті полимер материалдары

Қабаттасқан полимерлер ламинатталған құрылымы арқасында жұқа қабаттардың қатарына бірігеді, бұл оларға жоғары беріктік пен жеңілдік береді. Талшықпен нығайтылған композиттерде арнайы талшықтар полимер негізімен бірігіп, авиация, спорт жабдықтары және автокөлік индустриясында қолданылатын сапалы, сенімді материалдар жасалады. Бұл заманауи технологиялар материалдардың беріктігі мен қасиеттерін айтарлықтай жақсартады.

13. Полимерлердің ерігіштігі, химиялық және термиялық тұрақтылығы

Полимерлердің ерігіштігі молекулалық құрылымына және полярлығына тәуелді; полярлы молекулалары полярлы еріткіштерде жақсы ериді. Көптеген полимерлер органикалық еріткіштерде еріп, өңдеуге мүмкіндік береді, дегенмен химиялық тұрақтылығы жоғары полимерлер де бар. Мысалы, политетрафторэтилен мен поливинилхлорид қышқылдарға, сілтілерге төзімділігі жоғары, сондықтан фармацевтика мен өнеркәсіпте кең қолданылады.

14. Полимерлермен байланысты экологиялық проблемалар және қайта өңдеу

Пластмассалар табиғатта өте баяу ыдырайды, бұл топырақ пен су қабаттарының ластануына әкеледі және экожүйелерге зиян тигізеді. Қайта өңдеудің дамуы пластиктің қоршаған ортаға әсерін азайтуға мүмкіндік береді, экологиялық зиянды төмендетеді. Биоыдырайтын полимерлерді құрастыру қазіргі экологиялық мәселелерді шешудің тиімді жолдарының бірі және табиғи материалдарға жақсы балама бола алады. Сонымен қатар, микропластиктер адамның денсаулығы мен жануарлар тіршілігіне теріс ықпал етіп, бұл бағытта ғылыми зерттеулер белсенді жүргізілуде.

15. Қазақстандағы полимер өндірісі мен тұтыну динамикасы

Қазақстанда полимерлерге сұраныс арта түссе де, өндіріс көлемі сол деңгейде қайталанбай, импортқа тәуелділік жоғары болып қала береді. Статистикалық мәліметтер импорт көлемінің ұлғаюы өндірісті дамыту қажеттігін айқын көрсетеді. Бұл жағдай ішкі өндіріс пен технологияларды жаңартуға үлкен көңіл бөлу қажеттігін дәлелдейді, еліміздің экономикалық тәуелсіздігі үшін маңызды.

16. Инновациялық полимерлік материалдар мен озық жетістіктер

Инновациялық полимерлік материалдар бүгінгі ғылым мен техникада аса маңызды орын алады. Олар жеңіл әрі берік құрылымдардан бастап, қажетті қасиеттерді иеленуге бағытталған заманауи композиттерге дейін кеңінен таралған. Мысалы, биомедицинада қолданылатын полимерлер адам ағзасына үйлесімді, организмнің шеткі реакцияларын азайтатын қасиеттерімен ерекшеленеді, бұл имплантаттарды жетілдіруге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, нанотехнологиялар саласында жасалған полимерлер диагностика мен зерттеу құралдарының дамуына серпін беруде. Бұл материалдардың жетістіктері экологияға зиянды азайтып, энергияны үнемдеуде де септігін тигізеді, оларды кең көлемде қолданудың жаңа мүмкіндіктерін ашады.

17. Полимерлердің медицина саласындағы қолдану ерекшеліктері

Полимерлер медицина саласында ерекше маңызға ие, себебі олардың биосәйкестік қасиеттері әртүрлі медициналық құралдарда – имплантаттар мен протездерде кеңінен қолданылады. Артериялық протездер мен эндопротездер биосәйкестік арқасында организмнің тіндерімен үйлесімді жұмыс істеп, жанама әсерлерді төмендетеді. Сонымен қатар, гидрогельдер бағаналы жасушалармен әрекеттесіп, тіндерді қалпына келтіруді жылдамдатады және дәрілік заттарды мақсатты жеткізу үшін тиімді құрал ретінде қызмет етеді. Тиімділікті арттыру мақсатында дәрілік препараттарды тасымалдауда капсулалар мен наноматриялық жүйелер пайдаланылады, бұл әдістер дәрі-дәрмектің жанама әсерлерін төмендетіп, олардың мақсатты аймақта жоғары тиімділігін қамтамасыз етеді.

18. Жоғары молекулалық қосылыстарды түрлі салаларда қолдану

Жоғары молекулалық қосылыстарды қолданудың ауқымы өте кең және әр саланың өзіндік ерекшеліктеріне сай икемделген. Мысалы, химия саласында олар арнайы құрылымдар құру үшін пайдаланылады, ал медицинада биосәйкестігі жоғары материалдар мен дәрілік жүйелер ретінде маңызы зор. Құрылыс саласында полимерлерді энергия үнемдеуші және берік шынылар, тығыздағыш материалдар ретінде қолдану кеңінен тараған. Ауыл шаруашылығында биодеградирленетін пленкалар мен тыңайтқыштар жасау үшін, ал машина жасауда жеңіл әрі берік компоненттер ретінде жоғары молекулалық қосылыстар кеңінен пайдаланылады. Қазақстан Республикасы Инновациялар министрлігінің 2023 жылғы мәліметтері бұл материалдардың ел экономикасында маңызды рөл атқаратынын растауда, сондай-ақ олардың даму перспективалары мен өндіріс технологияларын жетілдіруге бағытталғандығын көрсетеді.

19. Жоғары молекулалық қосылыстардың ғылым мен инновацияға ықпалы

Полимерлердің даму тарихы ғылымдағы жаңа бағыттардың ашылуына ықпал етіп, нанотехнология мен биоинженерия салаларындағы жетістіктерге негіз қалады. Бұл ғылымдарда жасалған жаңалықтар тек қана материалдарды жасау емес, оларды медицинада, электронды құрылғыларда және энергетикада қолдану мүмкіндіктерін кеңейтті, әлемдік ғылыми қоғамдастықта кеңінен танылуына себеп болды. 1991 жылы Пьер де Жене сұйықкристалды полимерлердің ерекше қасиеттерін зерттеу үшін Нобель сыйлығын алған, бұл полимер химиясының ғылыми мәртебесін көтеріп, инновациялар саласына жаңа серпін берді. Бұл оқиға полимерлердің ғылым мен өндіріс арасындағы көпір ретіндегі рөлін нақты көрсетті.

20. Жоғары молекулалық қосылыстар химиясының даму және өсу перспективалары

Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы экология мен технологияның арасындағы қиылыс нүктесінде тұрақты дамудың негізі ретінде көрінеді. Қазақстанның инновациялық әлеуетін арттыру мен өндіріс пен ғылыми зерттеулер арасындағы байланысты күшейту – полимерлік өнеркәсіптің болашағын айқындау үшін маңызды. Елдің интеллектуалды ресурстарын пайдалана отырып, тұрақты даму мен экологиялық қауіпсіздікті қамтамасыз ету полимерлерді одан әрі жетілдіруге мүмкіндік береді. Бұл бағыттағы ғылыми және өндірістік ынтымақтастық Қазақстанның экономикалық өрлеуін қамтамасыз етуде шешуші роль атқарады.

Дереккөздер

В.П.Филатов, Основы полимерной химии, Москва, Химия, 2018.

Г.Штаудингер, Макромолекулярная химия, Берлин, 1922.

Химическая энциклопедия, т.15, Москва, Советская энциклопедия, 2022.

А.А.Есенбаев, Полимерные материалы и технологии, Алматы, 2021.

Отчет о состоянии полимерной промышленности Казахстана, Правительство Казахстана, 2023.

Қазақстан Республикасы Инновациялар министрлігі. Жоғары молекулалық қосылыстардың қолдану салалары туралы есеп, 2023.

П. де Жене. Сұйықкристалды полимерлердің физикасы және химиясы. Нобель лекциялар жинағы, 1991.

Бекенов А.Ж., Мұхамеджанов Т.Полимер химиясы және биомедицинадағы қолданылуы. Алматы, 2020.

Әбдіқадырова Г.С. Жаңа материалдар және нанотехнология. Қазақ Ұлттық Университеті, 2022.