【化学】高分子っていったい何なの?【高分子】

2018年11月8日

はじめに

高分子とはなんなのか、巷できくけど何なのでしょうか。ちょっとずつひも解いていきます。最終的には、論文の解説もしたいです。私自身、周りと比べても優秀ではなく勉強で苦労しました。論文を読むまでの解説を書いていきます。

高分子とは

高分子
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
Jump to navigationJump to search
高分子(こうぶんし)または高分子化合物(こうぶんしかごうぶつ)(英: macromolecule、giant molecule)とは、分子量が大きい分子である。国際純正・応用化学連合(IUPAC)の高分子命名法委員会では高分子macromoleculeを「分子量が大きい分子で、分子量が小さい分子から実質的または概念的に得られる単位の多数回の繰り返しで構成した構造」と定義し、ポリマー分子(英: polymer molecule)と同義であるとしている[1]。また、「高分子から成る物質」としてポリマー(重合体、多量体、英: polymer)を定義している[2]。すなわち、高分子は分子であり、ポリマーとは高分子の集合体としての物質を指す[3]。日本の高分子学会もこの定義に従う。

[1] “IUPAC Gold Book, macromolecule (polymer molecule)”. IUPAC. 2017年4月16日閲覧。
[2] “IUPAC Gold Book, polymer”. IUPAC. 2017年4月16日閲覧。
[3] a b “国際純正応用化学連合(IUPAC)高分子命名法委員会による高分子科学の基本的術語の用語集”. 公益社団法人高分子学会. 2017年4月17日閲覧。

高分子を勉強している人にとってはこの説明で十分わかるかもしれません。この引用において重要なキーワードは、

分子量

です。これさえわかれば、高分子という言葉の説明はできます。

分子量とは

分子とは様々な原子が手をつないだ集団のことです。

まずは、質量と重さについて、

  • 質量:どこにいても、宇宙どこにいて、変化しない物体そのものの量。例えば、1 kgの水。
  • 重さ:重力によって変わる物体の量。地球では10 kgだけど、月では1/6になるというやつです。

分子量は、分子の”相対”質量(原子の質量の総和)です。相対というのは、原子の値について基準を決めた時の値です。現在では炭素を12とした時の、相対原子質量をもとに計算されています。

では、分子量は、図のそれぞれの体重になります。例えば、6人全員同じ体重で、40 kgと設定したとき、上は合計160 kg、下が合計80 kgとなります。

この図で、一人をモノマーと呼びます(二人つらなるとダイマーなどなど呼び方があります)、この手をつないでる人がたくさんいるのが、高分子と呼ばれる集合になります。

では、高分子とは

wikipediaで説明あったように、高分子は分子量が大きい分子と説明あります。なぜ高分子なのか。

一番は、その熱に対する性質が変わることです(特に融点)。

まず簡単のために、炭素と水素からなる飽和炭化水素(二重結合をもたず、炭素Cと水素Hからなる分子のことです。)から説明します。炭素数からメタンから始まるCnH2n+2で表される分子です。炭素数が4のブタンまで気体、炭素数が5(ペンタン)から18(オクタデカン)までは液体、それ以上の炭素数になると固体の状態をとります。

オクタデカンを超えると沸騰する前に分解がおこり、沸点の測定ができません(例えば、分解してエタン9個できる、二酸化炭素が18個できる、という意味です。オクタデカンの気体ができないのです。)。それでも、融点は上昇し続けます。しかし、炭素数が700を超えて分子量1万近くなると、融点もほぼ一定になります。このあたりから、鎖長依存性(融点、沸点などの分子の長さに由来する特徴)がなくなり、フィルム成形(分子同士の絡まりあい)がでる1万くらいを基準としています。

これが、炭化水素以外で構成すると、分子量が2万以上(あくまで例で正確な値ではありません)じゃないと高分子の特性がでなかったりします。そのため、定義があいまいになっています。

高分子を説明するのに使う言葉

上の図の人の数を重合度といいます。高分子は右下のようにカッコでくくり、その右下に数字で重合度をかきます。さて、高分子にも大きく分けて3種類に分けることができます。

  • 天然高分子・・・セルロース、シルクなどたんぱく質
  • 合成高分子・・・ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル
  • 半合成高分子・・・再生高分子、セルロイド

さらに、これらの高分子は、無機高分子と有機高分子に分けられます。

高分子の形についても、それぞれ呼び名があります。

  • 線状高分子
  • 星型高分子
  • くし形高分子
  • ブラシ状高分子

近いうちにこのあたりの高分子の形を図にしてませます。

おわりに

以上の言葉を覚えていたら次の記事を読んでもわかるはずです。

おしまい

 

2018年11月8日

Posted by xxxchem