天然与合成聚合物

本页讲解中五聚合物一章的内容标准 12.1：天然与合成聚合物。这是整章的基础，因为一旦你明白什么是聚合物、单体如何连接，接下来的一切，聚合反应类型、天然橡胶及其硫化、以及塑料的用途与环境问题，就都变得容易推理得多。

在这里把术语学扎实，你读本章其余部分时就会很有把握。

什么是聚合物？

聚合物是由许多小的重复单元通过共价键连接而成的很大的分子（大分子）。每一个连上去的小单元叫做单体，而连接的过程叫做聚合反应。

因为成千上万个单体可以连成一条链，一个聚合物分子的相对分子质量非常大，往往是几万甚至几十万。

关键术语。 单体是小的起始分子。聚合物是长链产物。重复单元是链中被一再重复的那一部分；你把它写在括号里、外面加一个 n，表示它重复很多次。聚合度就是一个聚合物分子里单体单元的数目 n。

例如，单体乙烯（CH₂=CH₂）聚合成聚乙烯（也叫聚乙烯），它的重复单元是，CH₂，CH₂，。整个聚合物写成 (，CH₂，CH₂，)ₙ，其中 n 是一个非常大的数。

天然聚合物

天然聚合物是由生物制造或存在于自然界的聚合物。你应能说出常见例子并说明每一个的来源：

• 天然橡胶，异戊二烯的聚合物，以胶乳的形式从橡胶树取得。
• 蛋白质，氨基酸的聚合物；存在于肉、蛋、头发和酶中。
• 淀粉与纤维素，葡萄糖的聚合物；淀粉在植物里储存能量，纤维素构成植物细胞壁，也是棉花和木材的主要成分。
• 核酸（DNA），携带遗传信息的聚合物。

这些是在活细胞内通过生命的化学过程形成的，而不是在工厂里。

合成聚合物

合成聚合物是人造聚合物，用通常来自**石油（原油）**和天然气的单体在工厂里制成。你必须掌握的常见例子包括：

合成聚合物	常见用途
聚乙烯	塑料袋、瓶子、薄膜
聚丙烯	容器、绳索、箱子
聚氯乙烯（PVC）	水管、电缆绝缘、雨衣
有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）	透明板、飞机窗
尼龙	钓鱼线、纺织品、绳索
涤纶（一种聚酯）	衣物纤维、瓶子

合成聚合物被设计成具有有用的性质，强度、柔韧性、耐水和耐化学品，这就是塑料取代了那么多传统材料的原因。

区分两者

判断标准就是聚合物的来源。如果它由生物制造或在自然界生长（橡胶、蛋白质、淀粉、纤维素、丝、羊毛），它就是天然的。

如果由人类用小单体分子制造，通常来自石化产品（聚乙烯、PVC、尼龙、涤纶、有机玻璃），它就是合成的。两者仍然都是真正的聚合物，由共价键连着的重复单元长链，所以这个分类看的是聚合物怎样被生产，而不是它的结构。

例题

问题。 一个聚乙烯分子 (，CH₂，CH₂，)ₙ 的相对分子质量为 42 000。

它的单体是乙烯 C₂H₄。计算聚合度 n。

[相对原子质量：H = 1，C = 12]

第一步，求重复单元的相对分子质量。 重复单元是，CH₂，CH₂，与一个乙烯分子 C₂H₄ 的分子式相同。

C₂H₄ 的 Mr = (2 × 12) + (4 × 1) = 24 + 4 = 28

第二步，建立关系。 一个聚合物分子由 n 个重复单元构成，所以：

聚合物的 Mr = n × 重复单元的 Mr

第三步，解出 n。

n = 聚合物的 Mr ÷ 重复单元的 Mr
n = 42 000 ÷ 28
n = 1500

答案。 聚合度是 n = 1500，即 1500 个乙烯单体连接成一个聚乙烯分子。

练习题

问题。 把下列各项分类为天然聚合物或合成聚合物，并说出每一个的单体或组成单元：(a) 淀粉，(b) 聚乙烯，(c) 天然橡胶，(d) 尼龙。

答案。 (a) 淀粉，天然聚合物；组成单元是葡萄糖。 (b) 聚乙烯，合成聚合物；单体是乙烯。 (c) 天然橡胶，天然聚合物；单体是异戊二烯。 (d) 尼龙，合成聚合物；由两种单体（一种二胺和一种二羧酸）制成。

考试提示

这条标准里最可靠的分数来自精准的术语。绝不要写「小分子连起来变成大分子」，要说单体通过共价键连接形成聚合物，若被问到，就命名重复单元。

当你给聚合物分类时，用来源来论证：「天然的，因为它取自生物」或「合成的，因为它用石化单体制造」。做聚合度计算时，永远先求重复单元的 Mr，再用聚合物的 Mr 去除以它，常见的失误是除以了错误的质量。

记住加成聚合物的重复单元与它的单体分子式相同，所以它的 Mr 等于单体的 Mr。

本节定位

这是 聚合物 一章的内容标准 12.1，它为接下来的一切打好基础。下一条标准聚合反应类型，正是解释单体如何连接；天然橡胶与硫化把这些观念用到一种重要的天然聚合物上；而最后一条标准审视上面列出的合成聚合物的用途与环境问题。

在本章 例题 页面练习聚合度计算，并在 常见错误 页面核对术语陷阱。在我们以英文授课、每小时 RM50 起的在线一对一 SPM化学课上，老师会确保你能画出并命名重复单元，绝不把单体与聚合物混淆。

快速回顾

• 聚合物是由许多单体通过共价键连接而成的大分子；重复的那部分是重复单元。
• 天然聚合物：橡胶、蛋白质、淀粉、纤维素，由生物制造。
• 合成聚合物：聚乙烯、聚丙烯、PVC、有机玻璃、尼龙、涤纶，由石化产品人造。
• 聚合度 n = 聚合物的 Mr ÷ 重复单元的 Mr。
• 按来源分类，而非结构，两种都是真正的聚合物。