Синтетические высокомолекулярные вещества и полимерные материалы на их основе - Органическая химия

Основные понятия хими ВМС (высокомолекулярных соединений)	Мономер Низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер
	Полимер Вещество, молекула которого построена из большого количества одинаковых групп атомов
	Элементарное звено Группа атомов, которая повторяется п раз в молекуле полимера
	Сополимер Полимер, содержащий различные элементарные звенья
	Гомополимер Полимер, который содержит одинаковые элементарные звенья
	Степень полимеризации Количество элементарных звеньев в макромолекуле полимера. Обозначается буквой n
	Средняя молекулярная масса Мr(полимера) = n ∙ Мr(эл. звена) Величина, равная относительной молекулярной массе элементарного звена, умноженной на степень полимеризации. Мr(полимера) не является постоянной величиной, ее значения для различных полимеров могут существенно отличаться в пределах 14 000-15 000 000

Классификации ВМС

По структуре макромолекул

1. Линейные

Полимеры, состоящие из макромолекул, не имеющие разветвлений:

...—СН₂—СН₂—СН₂—СН₂—... — полиэтилен.

2. Разветвленные

Полимеры отличаются наличием в цепях боковых ответвлений, которые также состоят из элементарных звеньев:

— полиэтилен, который получают при высоком давлении.

3. Сетчатые (пространственные)

Полимеры имеют трехмерное строение. Цепи в них соединены отдельными атомами или группами атомов с помощью ковалентных связей:

Процесс вулканизации. Каучук превращается в резину.

В зависимости от способа упаковки молекул
Аморфные — полимеры, в которых отсутствует упорядоченность в размещении макромолекул	Кристаллические — полимеры с упорядоченным размещением макромолекул

По размещению элементарных звеньев	Стереорегулярные — полимеры, в цепи которых наблюдается однообразное чередование звеньев
	Стереонерегулярные — полимеры, у которых размещение структурных звеньев в макромолекуле имеет хаотичный характер

В зависимости от способа получения ВМС	природные	Белки (натуральный каучук, натуральный шелк и др.)
	искусственные	Ацетатное и вискозное волокно и др.
	синтетические	Полистирен, капрон, полипропилен, лавсан и др.

Способы синтеза ВМС

1. Полимеризация — реакция, в результате которой молекулы мономера последовательно присоединяются друг к другу без изменения своего состава за счет разрыва π-связей или раскрытия циклов.

2. Поликонденсация — реакция образования полимера из одного или нескольких мономеров, при которой выделяются молекулы воды, аммиака, хлороводорода или иного низкомолекулярного соединенияю

а) При участии одного мономера:

б) При участии двух мономеров:

Полимеры по свойствам делятся на:

1) термопластичные — полимеры, которые после нагревания и последующего охлаждения химически не изменяются и сохраняют свои физические свойства (полиэтилен, полипропилен, тефлон, полистирол и др.);

2) термореактивные — полимеры, которые при нагревании теряют пластичность, способность плавиться и растворяться, у них формируется сетчатая структура. К ним относятся фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы.

Пластмассы — материалы, созданные на основе полимеров, способные под воздействием температуры и давления приобретать определенную форму и сохранять ее.

Полимеры, входящие в состав важнейших пластмасс

Полимер	Мономер	Метод получения	Формула полимера
Полиэтилен	СН2=СН2 этилен	Полимеризация
Полипропилен	СН3—СН=СН2 пропилен	Полимеризация
Поливинилхлорид	винилхлорид	Полимеризация
Полистирол	С6Н5—СН=СН2 стирол	Полимеризация
Тефлон	CF2=CF2 1,1,2,2-тетрафторэтен	Полимеризация
Фенолформальдегидные смолы	С6Н5-ОН фенол НСНО метаналь	Поликонденсация
Полиизопрен	2-метилбутандиен-1,3, изопрен	Полимеризация
Полибутадиен	CH2=CH—CH=CH2 бутадиен-1,3, дивинил	Полимеризация
Капрон	капролактам	Полимеризация
Лавсан	терефталевая кислота этиленгликоль	Поликондснсация

Каучуки — полимеры диеновых углеводородов и их производных (большая часть).

Характерное свойство каучуков — эластичность. При нагревании или охлаждении эластичность утрачивается. Отличаются высокой прочностью, изно- со- и морозостойкостью.

Волокна — длинные гибкие нити, которые производят из природных или синтетических полимеров и используют для изготовления пряжи, текстильных изделий.

Классификация волокон

Волокна
природные		химические
растительного происхождения хлопок» лен	животного происхождения шерсть, шелк	искусственные вискозное, ацетатное	синтетические капрон, найлон, нитрон, лавсан, энант

Природные волокна. Растительные волокна формируются на поверхности семян (хлопок), в стеблях и листьях (конопля, лен). Их основа — целлюлоза. Животные волокна являются белковыми полимерами. Большинство видов шерсти производят из волосяного покрова овец. Шелк — продукт выделения особых желез тутового шелкопряда. Хлопок отличается термической стойкостью, хорошими механическими свойствами, шерсть — эластичностью, а шелк — высокой прочностью и характерным блеском.

Химические волокна производят из некоторых полимеров линейного строения. Их сначала расплавляют или растворяют в органических растворителях, а затем расплав или раствор пропускают через очень маленькие отверстия. При этом образуются длинные и тонкие нити.

Искусственные волокна получают переработкой природных полимеров, преимущественно целлюлозы.

Синтетические волокна превосходят естественные по прочности, эластичности, долговечности. Они имеют и недостатки: малую гигроскопичность, способность к электризации.

Значение полимеров в общественном хозяйстве и быту

Синтетические каучуки

1. Производство резины.

2. Эбонит — термореактивный материал, его используют для изготовления электротехнических деталей, химической аппаратуры.

3. Производство на их основе:

• клее.

• обуви

• некоторых пластмас.

• напольной плитки

• искусственной кож.

• электроизоляционных материалов

Синтетические волокна используют для изготовления

1) канатов;

2) рыболовных сетей;

3) тканей;

4) трикотажных изделий;

5) искусственного меха.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Напишите уравнение реакции с образованием тефлона. Назовите исходное вещество.

2. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить преобразование метана в полистирол.

3. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить преобразование этана в полипропилен.

4. Напишите уравнение реакции с образованием полиметилметакрилата (органического стекла).

5. Назовите первые синтетические полимеры, которые получили широкое применение в различных сферах. Как их получают?

6. Напишите уравнение полимеризации хлорэтена.

7. Основной компонент клея ПВА — поливинилацетат, который соответствует формуле где X — группа СН₃СOO^-. Напишите схему реакции полимеризации с образованием этого полимера.

8. Напишите схему реакции совместной полимеризации бутадиена и стирола.

9. Назовите мономер изопренового каучука.

10. С помощью каких реакций получают синтетические каучуки?

11. Напишите схему термического разложения натурального каучука до мономера. Чем окисляется натуральный каучук?

12. Что является сырьем для производства резины и резиновых изделий?

13. Какова химическая основа природных волокон? Из чего добывают искусственные волокна?

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Укажите формулу полипропилена.

2. ВМС получают с помощью реакций

А поликонденсации

Б дегидратации

В полимеризации

Г полимеризации и поликонденсации

3. Низкомолекулярные вещества, из которых синтезируют высокомолекулярные вещества, называют

А полимерами

Б димерами

В тримерами

Г мономерами

4. Мономер для проведения реакции поликонденсации должен содержать

А кратную связь

Б цикл из атомов углерода

В не менее трех атомов углерода

Г не менее двух разных функциональных групп

5. Исходным веществом для получения бутадиенового каучука по методу Лебедева является

А ацетилен

Б изобутан

В этанол

Г бутан

6. Укажите формулу полистирола.

7. Капрон добывают из

А капроновой кислоты

Б ε-аминокапроновой кислоты

В ε-аминоэнантовой кислоты

Г терефталевой кислоты

8. При поликонденсации в качестве побочных продуктов выделяются

А вода

Б водород

В галогены

Г аммиак

Д спирт

9. К искусственным волокнам относятся

А хлопковое

Б льняное

В вискозное

Г ацетатное

10. К полиамидным полимерам относятся

А найлон

Б полистирол

В капрон

Г поливинилхлорид

11. Важнейшими искусственными волокнами являются

А вискозное

Б льняное

В хлопковое

Г ацетатное

12. Какое волокно напоминает шерсть, но является более прочным?

А капрон

Б найлон

В лавсан

Г энант

13. Из каких полимеров производят химические волокна?

А из полимеров линейного строения

Б из полимеров сетчатого строения

В из полимеров разветвленного строения

Г другой вариант

14. Синтетические волокна лучше естественных по

А прочности

Б низкой гигроскопичности

В способности к электризации

Г долговечности

15. С помощью какой реакции получают капрон и найлон?

А полимеризации

Б поликонденсации

В гидрирования

Г гидратации