Роль органических природных полимеров (биополимеров) в обеспечении процессов жизнедеятельности организмов. Получение композиционных материалов, ионообменных смол. Полимеризация и сополимеризация. Занимательные факты о каучуке, способы его получения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Глава 1. Синтетические каучуки

Особую, очень важную, группу органических веществ составляют высокомолекулярные соединения (полимеры). Масса их молекул достигает нескольких десятков тысяч и даже миллионов. Полимерные вещества являются основой Жизни на Земле.

Органические природные полимеры - биополимеры - обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов. Интересно, что из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров:

Благодаря особым, только для них характерным свойствам, полимеры (синтетические, искусственные и некоторые природные) широко используются при изготовлении самых разнообразных материалов:

Полимеры применяются для получения композиционных материалов, ионообменных смол (полиэлектролитов).

Полимеризация.

Пoлимеризация - реакция образования высокомолекулярных соединений путем последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи.

Пoлимеризация является цепным процессом и протекает в несколько стадий (аналогичных стадиям цепной реакции свободно-радикального галогенирования алканов,):

· инициирование

· рост цепи

· обрыв цепи

Характерные признаки полимеризации

1. В основе полимеризации лежит реакция присоединения

2. Полимеризация является цепным процессом, т.к. включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи.

3. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.

Сополимеризация

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Пример. Схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Химическое строение сополимеров зависит от свойств мономеров и условий реакции.

синтетический каучук полимер полимеризация

В сополимерах сочетаются свойства полимеров, полученных из каждого в отдельности взятого мономера. Поэтому сополимеризация - эффективный способ синтеза полимеров с заданными свойствами.

Некоторые важнейшие синтетические полимеры

Глава 2. Занимательные факты о каучуке

Впервые с каучуком познакомился Христофор Колумб, во время второго путешествия на американский континент. Он и его команда увидели индейцев, игравших чёрными мячами. Их скатывали из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре гевеи бразильской.

Индейцы делали из них непромокаемые калоши, которые в жару прилипали к ногам, а растянувшись, больше уже не сжимались.

Но ещё до этого туземцы Юго-Восточной Азии о резине (каучуке), сделанной из "сока" гевеи, которой они обмазывали свои корзины и кувшины, чтобы сделать их водонепроницаемыми!"Каучук", о котором Колумб рассказал европейцам, долго оставался просто заморской диковинкой. Его первое научное описание было сделано во Франции в академии наук Шарлем Кондамином в 1739 году. В конце Хох века каучук исследовали такие учёные, как Г. Бушард, Г. Вильямсон, К. Гарриес, И.И. Остросмысленский, М.Г. Кучеров, Б.В. Бызов. Но лишь первооткрыватель фотосинтеза Джозефер Пристли впервые нашёл ему применение. Он стал стирать кусочком каучука карандашные линии, то есть изобрёл чертёжную "резинку". А в 1819 году американский фабрикант Макинтош стал производить знаменитые непромокаемые плащи. Ткань покрывалась плёнкой из каучука. Но эти плащи были хрупкими в холод и липкими в жару. В 1823 году Франция начала изготовлять из каучука подтяжки и подвязки.

В 1839 году американский учёный Чарльз Гудайр научился устранять эти недостатки, открыв вулканизацию.

Каучук - натуральный эластичный материал растительного происхождения, применяется для изготовления резины и резиновых изделий. Каучук натуральный содержится в млечном соке каучуконосных растений. Товарный каучук добывают из бразильской гевеи. Название "каучук" произошло от кау (дерево) и учу (плакать). Резиновая промышленность в Европе стала развиваться в 1839 году, когда открыли процесс вулканизации. Основные данные о строении были получены лишь в 70-х годах XIX века. Существенную роль в изучении каучука натурального сыграли русские ученые. Обширные исследования вулканизации провел Бызов. латекс добывается подсечкой деревьев,Догадкин развил его теорию. Млечный сок 3 кг товарногодостигших пятилетнего возраста. В среднем одно дерево дает 2 каучука в год. Каучук в млечном соке содержится в виде глобул. Для получения НК млечный сок предварительно подвергают желатинированию, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту. Рыхлый сгусток пропитывают водой и прокатывают на вальцах в листы, которые коптят в камерах, заполненных дымом. Вымытые и отвальцованные листы сушат на воздухе или в камерах.

В химическом отношении чистый НК представляет собой высокомолекулярное соединение, имеющее состав (С5Н8) n. Основной группировкой молекулы является изопреновая группа. Более тысячи таких групп определяют важнейшие физические и химические свойства, в частности эластичность. Ценным свойством НК является водо - и газонепроницаемость, кроме того, он является хорошим изолятором. Каучук в воде практически нерастворим. В этаноле, его растворимость не большая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает и лишь затем растворяется. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твердым и хрупким. При длительном хранении каучук твердеет.

Глава 3. Способы получения каучука и их демонстрация на уроках химии

Опыты с каучуком проводятся с целью показан, отношение его к органическим растворителям, принадлежность к непредельным соединениям и отличие свойств вулканизированного каучука и резины.

Отношение каучука и резины к растворителям. Невулканизированный каучук растворяется во многих органических растворителях; вулканизированный каучук (резина) в той или иной степени растворяет в себе эти вещества, от чего увеличивается в объеме (как говорят, "набухает").

В две пробирки с бензином или бензолом помещают по одинаковому кусочку сырого (невулканизированного) каучука и резины (например, от резиновой пробки или галоши). Пробирки закрывают корковыми пробками и оставляют для дальнейшего наблюдения. На следующем занятии обнаруживают, что в одной пробирке каучук растворяется, а в другой пробирке резина набухает.

Взаимодействие каучука с бромом. Вследствие наличия двойных связей каучук легко присоединяет галогены. Этим объясняется, например, затвердение каучуковых пробок и трубок при работе с галогенами.

Готовят раствор сырого (невулканизированного) каучука в бензине, свободном от непредельных соединений, или в бензоле (что удобнее, так как он обычно не требует предварительной очистки). Это может быть достигнуто кипячением тонко нарезанных кусочков каучука с растворителем в колбе с обратным холодильником или настаиванием (без нагревания) в течение нескольких суток.

В большую пробирку с раствором каучука приливают раствор брома в бензоле, бензине или хлороформе (чтобы в пробирке могла образоваться гомогенная смесь). При встряхивании содержимого пробирки окраска брома исчезает.

Для опыта можно воспользоваться также бромной водой. При сильном взбалтывании с раствором каучука бромная вода также обесцвечивается.

Разложение каучука при нагревании. Каучук при нагревании разлагается на продукты с меньшей молекулярной массой.

Образующиеся вещества обладают свойствами непредельных соединений. Основной продукт разложения каучука - изопрен.

В небольшой колбочке с отводной трубкой нагревают немного каучука.

Образующиеся парообразные продукты отводят в пробирку, охлаждаемую в стакане с водой, где они конденсируются. По образованию жидкости и газообразных веществ делают заключение об образовании из высокомолекулярного (твердого) продукта веществ с меньшей молекулярной массой. К собранному небольшому количеству жидкости приливают бромную воду или раствор перманганата калия и энергично встряхивают. Обесцвечивание раствора указывает на непредельный характер образующихся при разложении каучука продуктов.

Опыты с резиновым клеем. Резиновый клей представляет собой раствор каучука в бензине. Поэтому с ним можно провести ряд опытов, характерных для каучука.

Каплю брома растворяют в 1 мл бензина или бензола и прибавляют 1 мл резинового клея. Исчезновение окраски указывает на непредельный характер каучука. Встряхивают 0,5 мл клея с раствором перманганата калия, наблюдают аналогичный результат.

Немного резинового клея наливают на стеклянную пластинку, выпаривают растворитель на водяной бане, остается тонкая пленка каучука. Снимают каучук со стекла и испытывают его эластичность, размягчение при нагревании (сравнивают отсутствие этого свойства у резины), растворимость в органических растворителях и нерастворимость в воде.

Открытие серы в вулканизированном каучуке. При сильном нагревании вулканизированного каучука сера выделяется из него в виде сероводорода и может быть обнаружена солями свинца:

Pb (NO₃) ₂ + H₂S PbS + 2HNO,

В колбочке или пробирке нагревают несколько кусочков резины. В выдел...