Количество звеньев

[Dasha-Bachelor]

Здравствуйте

Имеется рисунок:



В правом нижнем углу записана формула полиэтилена. Что обозначает буква n? Думается, что буква n показывает число повторений вот этой минимальной цепочки в скобках, правильно?

Есть данные о том, что если:

n = 1...4 - газ
n = 7...15 - жидкость
n = 20...25 - свечка
n = очень большое - полимер.

Я не пойму вот чего: если мы очень много раз будем делать ctrl+c ctrl+v минимальной цепочки(та, что в скобках), то мы получим прирост самого вещества т.е. его должно стать больше и всё на этом, разве нет? Или за количество вещества отвечает другой параметр?

Например, у нас есть вода $H_{2}O$: если мы ее таким же образом запихнем в скобки и поставим n равное большому числу, то у нас получится много воды?

[Aritaborian]

Да, у нас получится много воды, но формула не будет иметь такого смысла, какой она имеет в случае полиэтилена, ибо она не полимеризуется в том смысле, в каком делает это этилен.

-- 15.09.2016, 01:57 --

(Оффтоп)

Dasha-Bachelor в сообщении #1151256 писал(а):

если мы очень много раз будем делать ctrl+c ctrl+v минимальной цепочки

М-да... В наше время и слов-то таких-не было...

[Anton_Peplov]

Милая Dasha-Bachelor.

Тут дело вот в чем. Формула описывает строение молекулы. Одной молекулы. То есть, делая "копировать-вставить" основной цепочки, Вы присоединяете этот новый фрагмент к предыдущему химическими связями и получаете все более и более длинную молекулу. Количество молекул (а количество вещества это и есть количество молекул, только измеренное не в штуках, а в числах Авогадро) от этого не меняется. Молекула по-прежнему одна, только она стала длиннее. Аналогия: если к поезду цеплять все новые и новые вагоны, это по-прежнему будет один поезд, только большой. Особенность полиэтилена в том и состоит, что существует и молекула с $n = 4$, и молекула с $n = 50$. К этому паровозу можно прицепить много вагонов.

С водой такой номер не пройдет просто потому, что к $H_2O$ невозможно химическими связями подсоединить другую $H_2O$. Молекула $H_2O$ существует, а молекула $(H_2O)_2$ - нет. Второй вагон к паровозу не цепляется. Максимум, что можно сделать - это положить вторую молекулу $H_2O$ рядом с первой, поставить на пути второй паровоз с одним вагоном. Это будет не один поезд, а два, не одна большая молекула, а две маленькие. Поэтому изменится количество вещества (количество молекул).

Понятна мысль сия неглубокая?

[madschumacher]

К предыдущему сообщению сложно что-то добавить.
Но

Anton_Peplov в сообщении #1151261 писал(а):

Особенность полиэтилена в том и состоит, что существует и молекула с $n = 4$, и молекула с $n = 50$.

чтобы назвать молекулу $\mathrm{(CH_2 - CH_2)}_n$ полиэтиленом, это $n$ должно быть порядка $10^2 - 10^5$...

[Dasha-Bachelor]

Тогда такой вопрос, а почему нельзя записать $CH_{2}$ по n, вместо $CH_{2} CH_{2}$ по n? Зачем дублировать второй раз $CH_{2}$? Или это должна быть обязательно пара(т.е. всегда должно быть четное кол-во)? И если:
n = 1, то $CH_{2} CH_{2}$
n = 2, то $CH_{2} CH_{2} CH_{2} CH_{2}$, верно? <-- Получается молекула состоит из двух элементарных звеньев(кстати, как называются такие элементарные звенья. Например, какой-нибудь базис или основание?)?

Замечательный пример с поездами . Выходит, что молекула полимера ОЧЕНЬ длинная! А что если взять молекулу $CH_{2}$ и еще молекулу $CH_{2}$, а потом соединить их вместе? Получится ли у нас n = 1($CH_{2} - CH_{2}$ по n)?

Возникает вопрос, а до каких пор мы можем присоединять пары $CH_{2} - CH_{2}$? До каких пор мы можем присоединять вагоны друг к другу?

Отсюда еще один вопрос. У нас есть две молекулы:
1) $CH_{2} - CH_{2}$ где $n_{1} = 1000$
2) $CH_{2} - CH_{2}$ где $n_{2} = 1000 \cdot 10 = 10 000$

Вопросы:
1. У первой молекулы меньше молекулярная масса, значит это будет что-то мягкое или рыхлое?
2. У второй молекулы больше молекулярная масса, значит это будет что-то твердое?
3. Если соединить вместе эти две молекулы, то получится одна молекула с $n = n_{1} + n_{2}$?

В последнем вопросе не понятен механизм соединения молекул... Они сольются в одну молекулу($n_{1} + n_{2}$) или выстроятся в цепочку друг за другом(тогда чем они будут цепляться друг за друга? через связь углерод - углерод?) или же они будут занимать места как в кристаллическое решетке?

[Anton_Peplov]

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

А что если взять молекулу $CH_{2}$ и еще молекулу $CH_2$

Начнем с того, что молекулы $CH_2$ не существует:) Ну, при сколько-нибудь вменяемых температурах и концентрациях. Углерод четырехвалентен, и двумя атомами водорода он не насытится, обязательно присоединит что-нибудь еще. Так что $CH_2$ - это фрагмент молекулы.

(Когда это все-таки может быть молекулой)

В глубоком космосе бывают такие странные молекулы, как $OH$ (и это молекула, не ион). Эти две молекулы и рады бы встретиться и слиться в любовном экстазе, породив $H_2O$ и атомарный кислород, который в свою очередь к чему-нибудь прицепится. Но концентрации и температуры там такие низкие, что вожделенная встреча все никак не случается. Вот и получаются OH-мазеры, которые наблюдают радиоастрономы. Правда, именно о молекуле $CH_2$ в космосе не слышал. Но это ничего не значит, я в этом вопросе не эксперт.

(TeX)

Чтобы получить $CH_2$, достаточно набрать

$CH_2$

Фигурные скобки при нижнем индексе не обязательны. Они обязательны, только если индекс состоит из более чем одного символа, например $C_{12}$ будет

$C_{12}$

Без фигурных скобок программа принимает за нижний индекс только первый символ после "_", так что

$C_12$

приведет к $C_12$.

[arseniiv]

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

Зачем дублировать второй раз $CH_{2}$?

Вот это, действительно, незачем. Но некоторые почему-то так пишут. В реальном же синтезе полиэтилена по краям цепочек всё равно будет получаться какая-то ерунда (возможно, изредка они и замыкаются в циклы, но вряд ли концентрация таких циклических полиэтиленных молекул получается достаточно высокой, чтобы о них тут говорить), потому что у радикалов жизнь ээ… радикальная. Так что у реальных цепочек по этой и по вот этой:

madschumacher в сообщении #1151272 писал(а):

чтобы назвать молекулу $\mathrm{(CH_2 - CH_2)}_n$ полиэтиленом, это $n$ должно быть порядка $10^2 - 10^5$...

нет смысла говорить о чётности или не-обязательно-чётности $n$. Хотя бритва Оккама тогда будет импонировать варианту $\mathrm{({-}CH_2{-})}_n$, думается.

-- Чт сен 15, 2016 18:23:45 --

Эта же ерунда на концах не будет давать молекулам реагировать дальше, если они вдруг удачно и расположатся. Или, скажем, она, наоборот, может дать разветвлённые молекулы, реагируя с мономерами в глубине цепочек. Вообще, химия полимеров — это далеко не химия их мономеров, умноженная на $n$.

-- Чт сен 15, 2016 18:26:17 --

Тут как раз madschumacher лучше скажет. Я могу только привести в пример всякие полимеры из глюкозы, используемые жизнью: крахмал (да не один!), целлюлоза, гликоген, ещё какие-то штуки… у всех разные свойства, разумеется. Например, крахмал люди переваривают, а целлюлозу нет, потому что ферменты, помогающие с крахмалом, «не признают» структуру последней подходящей.

[rockclimber]

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

Тогда такой вопрос, а почему нельзя записать $CH_{2}$ по n, вместо $CH_{2} CH_{2}$ по n? Зачем дублировать второй раз $CH_{2}$? Или это должна быть обязательно пара(т.е. всегда должно быть четное кол-во)? И если:
n = 1, то $CH_{2} CH_{2}$
n = 2, то $CH_{2} CH_{2} CH_{2} CH_{2}$, верно? <-- Получается молекула состоит из двух элементарных звеньев(кстати, как называются такие элементарные звенья. Например, какой-нибудь базис или основание?)?

Вы удивитесь, но элементарные звенья называются мономеры. "Моно-" значит "один", "поли-" - "много". Молекулы из двух мономеров еще называют димерами. Для полиэтилена мономером является этилен - молекула с двойной связью между двумя атомами углерода. При полимеризации эта двойная связь рвется (остается одинарная). Примерно как два человека, которые держат друг друга за руки обеими руками. В таком положении они не могут никого к себе "прицепить", но если разожмут одну руку, то могут выстроиться в длинную цепочку с другими такими же парами. А запись такая потому, что в скобках пишут то, что является мономером. Полиэтилен тут скорее исключение, в общем случае мономеры могут быть несократимыми.

[Munin]

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

Тогда такой вопрос, а почему нельзя записать $CH_{2}$ по n, вместо $CH_{2} CH_{2}$ по n?

Это условность. Само название "поли-этилен" подразумевает, что мы исходно берём какой-то мономер - этилен $\mathrm{CH_2{=}CH_2},$ а потом двойную связь разрываем, так что получается одинарная, и два "хвостика", которые идут на полимеризацию. Не уверен, что этому отвечает какая-то реальная реакция, но логически это мыслится так: мономер от звена полимера не отличается по составу, и тогда их можно назвать "поли-что-то".

А если мы в качестве звена выберем $[\mathrm{-CH_2-}]_n,$ то станет неясно, а что за мономер-то такой? Метан в природе существует, а "метилен" - нет.

Для всех полимеров, кроме полиэтилена, и может быть, ещё парочки, это всё выглядит очень логично. Посмотрите на формулы поливинилхлорида, полистирола, полисахаридов. Полипептидов, наконец.

[Droog_Andrey]

arseniiv в сообщении #1151358 писал(а):

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

Зачем дублировать второй раз $CH_{2}$?

Вот это, действительно, незачем. Но некоторые почему-то так пишут.

Так пишут, чтобы формула несла больше химической информации (в данном случае об исходном мономере). По аналогичной причине, например, формулу пероксида калия пишут $\rm{K_2O_2}$.

[madschumacher]

Anton_Peplov в сообщении #1151325 писал(а):

Начнем с того, что молекулы $CH_2$ не существует:)

Вообще, это самый простейший представитель обширного класса частиц -- карбенов. Конкретно он (собственно это и есть карбен -- родоначальник всего этого класса) действительно живет мало

Anton_Peplov в сообщении #1151325 писал(а):

при сколько-нибудь вменяемых

условиях. Но вот его производные могут жить весьма долго при комнатных температурах. Для химии (особенно органической) карбены очень значимы, т.к. позволяют делать различные финты ушами.

arseniiv в сообщении #1151358 писал(а):

Вот это, действительно, незачем. Но некоторые почему-то так пишут.

Это, кстати, требование ИЮПАК, насколько я помню.

arseniiv в сообщении #1151358 писал(а):

В реальном же синтезе полиэтилена по краям цепочек всё равно будет получаться какая-то ерунда

Это да, но вклада концы в макросвойства вообще почти не вносят (правда они бывают важны при разрушении полимера через деполимеризацию).

rockclimber в сообщении #1151379 писал(а):

Молекулы из двух мономеров еще называют димерами.

Не совсем так. Димерами называют две молекулы, связанные межмолекулярными взаимодействиями, но не химическими связями. Например, аммиак с водой. Димеры, кстати, любят наблюдать в космосе через радиотелескопы.

Munin в сообщении #1151381 писал(а):

Не уверен, что этому отвечает какая-то реальная реакция

В случае полиэтилена вполне отвечает (механизм, правда может меняться).

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

1. У первой молекулы меньше молекулярная масса, значит это будет что-то мягкое или рыхлое?
2. У второй молекулы больше молекулярная масса, значит это будет что-то твердое?

Не совсем корректные вопросы. Одна молекула (даже такая длинная) не даст особо наблюдаемых макросвойств, типа рыхлости. (некоторые свойства, правда и для столь малых объектов можно получать, но подобные работы редки и почти все попадают в Натуру и Сайенс)
Но в целом, да, длина цепи (в реальности распределение длин) влияет на, в т.ч. и физические, свойства полимеров. Правда, надо не забывать, что там еще очень много других существенных факторов на это влияет (типа даже способа полимеризации).

Dasha-Bachelor в сообщении #1151311 писал(а):

Если соединить вместе эти две молекулы, то получится одна молекула...?

Да.

[Osmiy]

Munin в сообщении #1151381 писал(а):

А если мы в качестве звена выберем $[\mathrm{-CH_2-}]_n,$ то станет неясно, а что за мономер-то такой? Метан в природе существует, а "метилен" - нет.

"Сущесвует"! Например, есть гексаметилентетрамин- уротропин. Метилен в нём и есть тот самый фрагмент, который вы указали. И куча подобных "метиленов" есть. И как тут уже писали существует и свободный метилен (это свободный бирадикал).

Полиэтилен- это тривиальное название химического соединения с нерегулярным составом. Название и его формула сложились исторически, и являются с точки зрения номенклатуры ИЮПАК единственными "правильными" способами обозначения полиэтилена.

[Droog_Andrey]

madschumacher в сообщении #1151489 писал(а):

Не совсем так. Димерами называют две молекулы, связанные межмолекулярными взаимодействиями, но не химическими связями.

Не обязательно. Банальный пример - димер циклопентадиена.

[madschumacher]

Droog_Andrey в сообщении #1151497 писал(а):

Не обязательно

Да, действительно бывают примеры с химическими связями. Я был неправ.
Правда, наверное, это всё же исторически сложившееся название. Результат подобной "димеризации" для новых веществ сейчас скорее назовут по какой-нть номенклатуре или придумают новое обозначение, чем назовут "димером". Разве нет?

[Munin]

Обычно слово "димер" само по себе не употребляется, а вместо этого, кусочек "-мер" заменяют на соответствующее название вещества. Например, дисахарид (пример - сахароза), дипептид.

-- 16.09.2016 10:47:22 --

Osmiy в сообщении #1151491 писал(а):

Метилен в нём и есть тот самый фрагмент

Фрагмент, а речь-то о самостоятельном веществе. Например, для метана соответствующий фрагмент называется "метил".

Насчёт вещества madschumacher уточнил, что оно короткоживущее. В общем, в "обычной" химии Dasha-Bachelor стоит считать, что его просто нет.