ポリマーの化学構造式から製造法、構造、物性を想起する方法を教えてください。

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A 回答 (3件)

「化学構造式」とは、価標(-や=)で原子同士をつないだ構造式のことをいっているのでしょうか。

そうであれば、dragon-2さんの言っている通りモノマーからポリマーが生じているのですが、その結合部分を確認してください。

ポリマーといっても、二次元的に鎖状に伸びているものと、三次元的に立体的な構造を持つ物に大きく分けることができると思います。

まず二次元的に伸びているポリマーから説明します。

通常、これらの高分子化合物(ポリマー)を構造式や分子式で表す時には、(○○○○)nという表現形式で表すことが多いはずです。構造式や示性式(官能基を一定の一定の約束で示した化学式)で示される場合は、その両端が考えるヒントとなります。

両端が、-NH-と-CO-である場合は、この2つが、結合部位で繰り返されているのですから、アミド結合(-NH-CO-)ということになります。
ですから、この場合は製造法は、-NH2と-CO-OHのある化合物から水をとった縮合反応で生じたものです。そのため、脱水剤として濃硫酸を加えてあると考えられることになります。(一般には、加えてある濃硫酸は触媒といいます。)
このため、出来た物質は、ポリアミドといい、一般に-NH2が2つある化合物と-CO-OHが2つある化合物から重合体(ポリマー)を作ることが多いです。そのため、長い鎖状の物質となり、一般に繊維として使うことが多いです。

両端が、-O-と-CO-である場合は、この2つが、結合部位で繰り返されているのですから、エステル結合(-O-CO-)ということになります。
ですから、この場合は製造法は、-OHと-CO-OHのある化合物から水をとった縮合反応で生じたものです。そのため、脱水剤として濃硫酸を加えてあると考えられることになります。(一般には、加えてある濃硫酸は触媒といいます。)
このため、出来た物質は、ポリエステルといい、一般に-NH2が2つある化合物と-CO-OHが2つある化合物から重合体(ポリマー)を作ることが多いです。そのため、長い鎖状の物質となり、一般に繊維として使うことが多いです。

このように両端の部分を組み合わせて、特別な名称が生じている結合の場合には、その結合が出来るための元の物質を考えてみてください。

では、それらのものがない場合は、二重結合や三重結合などの不飽和結合による付加反応を考えてみてください。
例えば、ポリ塩化ビニルなどは、
 (-CH2-CHCl-)n
となりますが、上のような特別な結合は、考えられません。そこで
  CH2=CHCl 
が付加重合したのではないかと考えてください。

今度は、三次元的に生じた物質を説明します。

三次元的なポリマーが生じる為には、縮合反応で生じることが多いと考えて考えて下さい。

例えば、フェノール樹脂などは、フェノールなどとホルムアルデヒドで、出来ています。このポリマーの説明では、二次元的な物質の表記とことなり、割とぞんざいな書き方で、(○○○○)nのような書き方でなかったと思います。
このような化合物を考える時は、-CH2-でつながっていないかどうか見てください。この-CH2-の部分は、
ホルムアルデヒド由来の部分です。この部分をとりさって、残りの物質に-Hをつけてみてください。ホルムアルデヒド以外のモノマーが見えてくるはずです。

完全な分類とは言い難いですが、こんな考え方を参考にしてください。

物性ということについて、質問されていますが、おそらく「木綿に似た性質」とかの話のことではないでしょうか。残念なことなのですが、ポリマーが吸湿性があるかどうかは、そのポリマーの官能基として、親水基があるどうかで判断できるのですが(親水基が多いと吸湿性が高い)、その他の性質は、憶えるしか手が無かったと思います。例えば、ナイロンは、「絹に似た肌触りである(吸湿性に関しては、絹と異なり全くない)」とか、「アクリルケ系繊維は、羊毛に似た肌触り」とか。物質を実際に作ってみてから、「天然にあるものに似ていて使えるな」というかなり大胆なことをやっていたように思います。

多少は参考になるのではないかと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
大学で勉強していることなので、なかなか聞ける人がいなくて困ってました。
教授の講義よりわかりやすかったです(笑)。

ちなみに僕は、プラスチックなどを光ファイバーで利用することなどの勉強をしてます。
もう少し、まじめに講義を受けないとだめですね。

お礼日時:2000/12/13 10:43

ポリ=「多数の」という意味です。


ポリマーとはモノマー(=単量体)が多数、重合や縮重合
した物質をいいます。
 ので、何のポリマーかをはっきりさせて質問する必要が
あります。
 例えば、ポリエチレンはエチレンのポリマーです。ま
た、ペットボトルのペットはポリエチレンテレフタラート
の略でエチレンとテレフタル酸の縮重合体です・・・など
とね。

この回答への補足

ポリマーの化学構造式と、製造法、立体構造、物性との関係を知りたいのですが。
構造式から、製造法、立体構造、物性を推定できるはずですが。
どうしてたら推定できるかを知りたいです。

そういうことが、詳しくのってるHPを教えてくれる程度でいいです。

補足日時:2000/12/12 23:17
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範囲が広過ぎてアドバイスしにくいですね??


この質問の「構造」とはどう言う意味でしょうか?
更に、質問の意図を補足お願いします。
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質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

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