10 класс. Химия. Каучук и резина. Полимеры.
10 класс. Химия. Каучук и резина. Полимеры.
Комментарии преподавателя
1) линейные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых представляют собой открытую, линейную, цепь (каучук натуральный) или вытянутую в линию последовательность циклов (целлюлоза);
2) разветвленные высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых имеют форму линейной цепи с ответвлениями (амилопектин);
3) пространственные или сетчатые высокомолекулярные соединения - трехмерные сетки, образованные отрезками высокомолекулярных соединений цепного строения (пластмассы, дубленый коллаген, вулканизованный каучук).
Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул расположены упорядоченно:
- или все они находятся по одну сторону от плоскости цепи (такие полимеры называютизотактическими)
- или строго очередно по одну и другую стороны от этой плоскости (синдиотактические полимеры)
Стереорегулярные полимеры способны кристаллизоваться, они обладают большей прочностью и теплостойкостью.
- Если боковые заместители в макромолекулах располагаются в беспорядке относительно плоскости основной цепи, то такой полимер являетсястереонерегулярным или атактическим.
Атактические полимеры не способны кристаллизоваться и уступают по большинству эксплуатационных свойств стереорегулярным полимерам такого же химического состава.
1). Пoлимеризация – реакция образования высокомолекулярных соединений путем последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи.
Например, полимеризация этилена записывается следующим образом:
n CH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n
или СH2=CH2 + CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... →
→ -CH2–CH2- + -CH2–CH2- + -CH2–CH2- + ... → (–СН2–СH2–)n
Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.
Пример. Схема сополимеризации этилена с пропиленом:
2). Пoликонденсация – процесс образования высокомолекулярных соединений, протекающий по механизму замещения и сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов.
Например, получение капрона из ε-аминокапроновой кислоты:
n H2N-(CH2)5-COOH → H-[-NH-(CH2)5-CO-]n-OH + (n-1) H2O
или лавсана из терефталевой кислоты и этиленгликоля:
n HOOC-C6H4-COOH + n HO-CH2CH2-OH →
→ HO-(-CO-C6H4-CO-O-CH2CH2-O-)n-H + (n-1) H2O
Поликонденсация является основным способом образования природных полимеров в естественных условиях.
Пластмассы – материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные органические вещества – полимеры.
В зависимости от условий полимеризации различают три вида полиэтилена.
1. Полиэтилен высокого давления (ВД) или низкой плотности (НП), получаемый при давлении 1000-3000 атм и температуре около 180°С; инициатором служит кислород (радикальная полимеризация). Макромолекулы полиэтилена, полученного этим способом имеют разветвленное строение, этим объясняется его невысокая плотность (менее плотная упаковка макромолекул).
2. Полиэтилен среднего давления (полиэтилен СД) получают в среде разбавителя при 35-40 атм и 125-150°С на металлоксидных катализаторах.
3. Полиэтилен низкого давления (НД) или высокой плотности (ВП). Полимеризацию проводят в среде органического растворителя при давлении около 5 атм и температуре ниже 80°С. Катализаторами являются металлорганические комплексы (катализаторы Циглера-Натта). Процесс идет по ионному механизму.
Несмотря на то, что различные виды полиэтилена получают из одного и того же мономера, они представляют собой совершенно различные материалы, отличаясь друг от друга не меньше, чем от других полимеров. Это объясняется различными геометрическими формами макромолекул и разной способностью к кристаллизации.
Полиэтилен высокого давления состоит из разветвленных макромолекул и представляет собой мягкий и эластичный материал. Полиэтилены среднего и низкого давления, имеющие линейное строение и довольно высокую степень кристалличности (85-90%), – жесткие продукты. Все полиэтилены обладают высокой морозостойкостью (низкой температурой хрупкости) и могут эксплуатироваться при температурах до -70°С, некоторые марки сохраняют свои ценные свойства при температурах ниже -120°С. Полиэтилены, являясь предельными углеводородами, стойки по отношению ко многим агрессивным средам (кислотам, щелочам и т.д.) и органическим жидкостям.
В промышленности полиэтилен разных марок выпускается в виде блоков, листов и гранул. Перерабатываются они в изделия главным образом методом литья под давлением, экструзии (выдавливание размягченного полимера через сопло шприц-машины) и выдувания. Из полиэтилена производят бесшовные коррозионно-стойкие трубки, изоляционные оболочки электропроводов и пленки, широко применяемые в качестве упаковочного материала, для изготовления покрытий, перегородок, в сельском хозяйстве и т.д. При помощи литья под давлением или выдувания получают различную тару (бутылки, ведра и т.п.). Благодаря прекрасным диэлектрическим свойствам полиэтилен применяется для изоляции электрических кабелей в телевидении, радиолокации и многопроводной телефонной связи.
Полиэтилен хорошо сваривается. Пропуская струю сжатого воздуха со взвешенными в ней частицами полимера через воздушно-ацетиленовое пламя и направляя эту струю на металлические изделия, можно покрыть их сплошным защитным слоем (метод газопламенного напыления).
Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение, которое, однако, можно резко замедлить при введении в полимер противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа).
Полимеризация пропилена осуществляется в условиях, близких к тем, которые применяются при получении полиэтилена низкого давления. При этом образуется стереорегулярный (изотактический) полипропилен. Этот полимер легко кристаллизуется и обладает высокой температурой плавления (175° С). Кристаллический полипропилен – наиболее легкий из всех известных жестких полимеров (относительная плотность 0,9); он отличается высокой прочностью на разрыв и твердостью. Благодаря кристаллической структуре стереорегулярный полипропилен сохраняет форму и хорошие механические свойства вплоть до температуры плавления и может поэтому подвергаться обычной стерилизации. По прочности полипропилен превосходит полиэтилен, но уступает ему по морозостойкости (температура хрупкости от -5 до-15° С). Однако этот недостаток устраняется путем введения в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).
Стереорегулярный полипропилен обладает такими же диэлектическими свойствами, как и полиэтилен, но более химически устойчив при повышенных температурах. При помощи тех же методов, которые используются при переработке полиэтилена, из полипропилена изготовляют трубы для горячих жидкостей, прозрачные пленки с низкой проницаемостью для жидкостей и газов, бутылки и различные сосуды для химической промышленности.
Полипропилен является экологически чистым материалом. За столь ценные свойства он получил титул "короля пластмасс".
При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающегося повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению.
Политетрафторэтилен (тефлон)
Полимеризация тетрафторэтилена проводится обычно водно-эмульсионным способом при 70-80° С и давлении 40-100 атм в присутствии инициаторов.
Вследствие симметричного линейного строения политетрафторэтилен
...-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-CF2-..., или (-CF2-CF2-)n, или (-CF2-)2n
имеет кристаллическую структуру и высокую температуру плавления (320-327°С). Суммарный дипольный момент полимера равен 0, поэтому тефлон является прекрасным диэлектриком. Температурный интервал эксплуатации очень велик: от -190° С до +300° С. При этом полимер отличается высокой химической стойкостью.
Для переработки тефлона в изделия применяется метод холодного прессования порошкообразного полимера в цилиндрические заготовки, которые затем подвергаются механической обработке на токарных станках.
Тефлон используется в химическом машиностроении для изготовления пластин, кранов, вентилей, клапанов и т.д., применяемых при высокой температуре в среде концентрированных минеральных кислот. Высокое сопротивление износу и низкий коэффициент трения сделали тефлон незаменимым материалом для производства подшипников, работающих в агрессивных средах или в контакте со сжиженными газами (кислород, водород и т.п.) и не требующих смазки.
Источник конспекта - https://sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/10-klass---tretij-god-obucenia/urok-no61-klassifikacia-plastmass-termoplasticnye-polimery-polietilen-polipropilen
Полимеры – это вещества, состоящие из множества повторяющихся звеньев. В результате чего их молекулярная масса может достигать много сотен и даже миллионов единиц. Это чрезвычайно важные для человека и промышленности соединения. Из полимеров изготавливаются многие синтетические ткани, каучуки и пластики. Полимеры всегда образуются из множества одинаковых молекул, называемых мономерами.
Способы получения полимеров.
Схема 1.
Реакция поликонденсации – это процесс образования высокомолекулярных веществ из низкомолекулярных, идущий с выделением побочных продуктов. В отличие от реакции полимеризации, этот процесс не может быть отнесен к типу реакций соединения.
Для реакции поликонденсации также необходимо, чтобы молекулы исходного вещества могли реагировать не менее чем с двумя другими молекулами. Но это достигается в данном случае не за счет двойных связей, а благодаря наличию в молекулах не менее двух функциональных групп атомов.
Примером такой реакции может служить уже известный процесс образования полипептидов из аминокислот. Аминокислоты – соединения, имеющие две функциональные группы:
За счет этих групп молекулы одной и той же аминокислоты могут многократно реагировать друг с другом, образуя более крупные молекулы; при этом выделяется побочный продукт реакции – вода:
Элементарным, многократно повторяющимся звеном такой макромолекулы будет:
Когда в подобное взаимодействие вступают две молекулы, процесс называется конденсацией. Поскольку при образовании макромолекулы процесс происходит междумногими молекулами, реакция называется поликонденсацией.
Полимеризация непредельных соединений схематически может быть представлена простым уравнением
в действительности представляет собой сложный процесс, состоящий из большого числа последовательных реакций.
В зависимости от типа катализатора, существуют разновидности полимеризации: радикальная, ионная, координационная. См. схему 1.
Радикальная полимеризация
Катализаторами являются свободные радикалы: как радикалы галогенов, так и молекулы кислорода, и даже радиоактивное излучение. При реакции радикальной полимеризации получается одно из самых важных промышленно важных веществ – полиэтилен.
n СН2=СН2
(-CH2-CH2-)n
Из полиэтилена изготавливают различные пластиковые бутылки, покрытия, пленки, изоляцию для проводов и др.
Ионная полимеризация
Ионная полимеризация делится накатионнуюи анионную. В качестве катализаторов используются щелочные металлы для анионной полимеризации, и кислоты – для катионной.Ионная полимеризация сейчас редко применяется в промышленности, так как требует тщательной очистки исходных веществ. Но этот вид полимеризации имеет историческое значение. С начала XX века человечеству стало не хватать природного каучука, поскольку уже тогда он использовался для получения автомобильных шин, а автомобилей становилось все больше. Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука считается русский ученый С.В. Лебедев. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910 г., промышленное производство началось в 1932 г.
n СН2=СН-СН=СН2
(-CH2-CH=CH-CH2-)n
При двойной связи атомы могут находиться как в цис-, так и в транс- положении. В натуральном каучуке содержится углеводород цис-полиизопрен (C5H8)n. Он является стереорегулярным полимером. Молекула может содержать 20–40 тыс. элементарных звеньев. Поэтому каучук, полученный С. В. Лебедевым, уступает природным аналогам.
Координационная полимеризация
Координационная полимеризация была открыта в середине ХХ века. В ней в качестве катализаторов используются ионы переходных металлов. В реакции образуются неустойчивые комплексы этих металлов с органическими соединениями. В 1963 году за открытие данного метода полимеризации итальянец Джулио Натта и немец Карл Циглер получили нобелевскую премию. В координационной полимеризации чаще всего используются смешанные катализаторы, состоящие из тетрахлорида титана и триэтилалюминия. Он также называется катализатором Циглера-Натта.
Преимущество данного метода заключается в том, что каучук получается только с цис-расположением двойной связи. Он не только не уступает природному аналогу, но даже и превосходит его. Поэтому большинство современных каучуков получаются именно с использованием такого катализатора.
n СН2=СН-СН=СН2
В настоящее время выпускаются сотни сортов различных синтетических каучуков.
Источники
конспект - http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/10-klass
http://www.youtube.com/watch?v=yZyyPtW5PQg
http://www.youtube.com/watch?v=PxTciGVChyw
http://www.youtube.com/watch?v=u3B3H7_eE2M
http://www.youtube.com/watch?v=FTH96BvFigM
http://www.youtube.com/watch?v=y0zsvRHb5XY
http://www.youtube.com/watch?v=4CiumBwAFsY
http://www.youtube.com/watch?v=fA3v0Mt0Xxc
http://www.youtube.com/watch?v=LjXVeocHuTQ
http://www.youtube.com/watch?v=BSRt3hzGSPM
http://www.youtube.com/watch?v=45V-q4bweDc
http://www.youtube.com/watch?v=JN6T1i2951c
http://www.youtube.com/watch?v=UyBQ7YwCL3U
http://www.youtube.com/watch?v=6aM4XugA7vg
http://www.youtube.com/watch?v=wjY9xf_yMyU
http://www.youtube.com/watch?v=jDs9cA-knTQ
источник презентации - http://ppt4web.ru/khimija/polimery-kauchuki-rezina.html
источник презентации - http://ppt4web.ru/khimija/polimery3.html