Химические и физические свойства молекул и веществ
Масс–спектрометрия и спектроскопия электронов
Диэлькометрия и магнетохимия
Метод изучения релаксации напряжения
Прочность и модуль упругости при изгибе ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)
Световая (оптическая) микроскопия
Электронография
Оптические испытания
Сложность повторного использования резины из старых шин связана с тем, что она вулканизированная
Изложение материала в университете
Семинарское занятие
Навигация
Изложение материала в университете
Роль и место физических методов исследования при изучении некоторых разделов химии высокомолекулярных соединений в школе и в вузе
104614
знаков
4
таблицы
26
изображений
3.2 Изложение материала в университете
3.2.1 Вводное занятие по теме: «Полимеры»
Планируемые результаты обучения: знать основные понятия химии высокомолекулярных веществ (мономер, полимер, структурная звено, степень полимеризации, линейная, разветвленная и пространственная структуры), влияние строения на свойства полимеров. Знать сущность реакций полимеризации и поликонденсации.
Краткое содержание темы. Высокомолекулярные соединения, т.е. соединения с большой молекулярной массой называются полимерами. Низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер, называется мономером; многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов – структурными звеньями.
Напишем уравнение реакции полимеризации пропилена:
n CH2 = CH ® (–CH2–CH–)n
| |
CH3 CH3
Молекула мономера и структурное звено макромолекулы одинаковы по составу, но различны по строению. В молекуле пропилена имеется двойная связь, в структурном звене полипропилена она отсутствует.
Число n в формуле полимера показывает, сколько молекул мономера соединяется в макромолекулу (сколько раз повторяется структурное звено). Оно называется степенью полимеризации.
Макромолекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму:
а) линейную, когда структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим (полиэтилен, полипропилен);
б) разветвленную (крахмал);
в) пространственную, когда линейные молекулы соединены между собой химическими связями (в вулканизированном каучуку-резине).
Геометрическая форма полимеров существенно сказывается на их свойствах.
Понятие молекулярная масса для полимеров имеет некоторые особенности. В процессе полимеризации в макромолекулы соединяется различное число молекул мономера в зависимости от того, когда произойдет обрыв растущей полимерной цепи. Вследствие этого образуются макромолекулы разной длины и, следовательно, разной массы. Поэтому обычно указываемая для такого вещества молекулярная масса – это лишь ее среднее значение, от которого масса отдельных молекул существенно отклоняется в ту или иную сторону.
Важным свойством полимеров является их высокая механическая прочность, что в сочетании с легкостью, химической стойкостью и обусловливают их широкое применение.
ВМС синтезируют преимущественно двумя способами – полимеризацией и поликонденсацией низкомолекулярных веществ.
Реакция полимеризации – это процесс последовательного соединения одинаковых молекул (мономеров) в более крупные.
Вступать в такие реакции могут соединения, в молекулах которых содержится двойная связь. При разрыве такой связи в молекуле освобождаются две валентности для соединения с другими молекулами, что необходимо для образования ВМС.
Процесс идет постепенно, через образование свободных радикалов. Чтобы началось образование свободных радикалов, к мономеру добавляют инициатор – неустойчивое соединение, способное распадаться на свободные радикалы R. Когда свободный радикал сталкивается с молекулой мономера, его электрон действует на p-связь и образует пару с одним из ее электронов; так устанавливается ковалентная связь радикала с молекулой мономера. Второй электрон p-связи остается свободным, в результате чего вся частица становится радикалом:
R· + CH2 CH ® R: CH2: CH ·
| |
X X
Образовавшийся свободный радикал подобным же образом действует на другую молекулу мономера, присоединяя ее е себе, в результате чего появляется новый радикал:
R: CH2: CH2 · + CH2 CH®R: CH2: CH: CH2: CH ·
| | | |
X X X X
Такое последовательное присоединение молекул в ходе цепной реакции продолжается до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи.
Реакция поликонденсации – это процесс образования высокомолекулярных веществ из низкомолекулярных, идущий с отщеплением побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды).
 |
Реакция осуществляется за счет наличия в молекулах исходных веществ не менее двух функциональных группа атомов.
Например, так образуются пептиды:
В реакцию поликонденсации могут вступать не только вещества с различными функциональными группами в молекуле, но и вещества с одинаковыми функциональными группами. Например, поликонденсация дикарбоновой кислоты с двухатомным спиртом:
 |
O O O O
\\ || || ||
C–(CH2)n –C–O–(CH2)m –O–C–(CH2)n–C–... + nH2O.
/
HO
Физические свойства полимеров сильно зависят от степени полимеризации. Кроме того, они зависят от и от того, как соединяются друг с другом молекулы мономера.
Высокомолекулярные соединения, в отличии от низкомолекулярных веществ, могут быть только в двух агрегатных состояниях: твердом и жидком. Полимер из твердого состояния переходит в жидкое в интервале температур. Это объясняется наличием в полимере макромолекул с различной молекулярной массой.
Большинство полимеров в воде не растворяются. Линейные и разветвленные полимеры в органических растворителях набухают, а пространственные – не растворяются и плавятся без разложения. При длительном действии на полимер кислорода воздуха, воды, света и температуры в структуре полимера происходят изменения: полимер «стареет» - большие макромолекулы разрываются. Для предотвращения этого процесса или при необходимости его замедления нужно добавлять различные вещества: антиокислители, фотостабилизаторы и т.д.
Классификация полимеров (по происхождению):
1. природные (каучук, хлопок, лен, белки и т.д.)
2. синтетические (полученные при помощи синтеза).
Полимеры по строению делятся на:
- органические;
- неорганические.
Органическими называют те полимеры, цепь которых состоит из атомов углерода С. Если же участвуют другие атомы, их называют неорганическими.
В зависимости от атомов, участвующих в цепи разделяют на:
- карбоцепные;
- гетероцепные.
Также идет классификация по температуре:
-термопластичные (многократно перерабатываемые: полиэтилен, полипропилен, полистирол);
-термореактивные (вторичная переработка невозможна: фенолформальдегидные полимеры).
В зависимости от конечной формы полимеры также делят на:
1. пластики (стекла, пластмасс)
2. волокна (полиамидные волокна, ткани)
3. жидкие смолы (эпоксидные смолы, жидкие гвозди)
4. эластомеры (резиновые изделия, подошва).
Химическое превращение полимеров – реакции, приводящие к изменению состава, строения или степени полимеризации макромолекул. В зависимости от степени полимеризации химические превращения полимеров условно делят на типы:
1. реакции в основных или боковых цепях макромолекул, не приводящие к изменению их длины, т.е. к степени полимеризации. К ним относятся полимераналогичные превращения и внутримолекулярные реакции;
2. реакции, приводящие к соединению макромолекул друг с другом или с низкомолекулярными веществами с образованием пространственной сетчатой структуры, сопровождающиеся увеличением степени полимеризации;
3. реакции деструкции, сопровождающиеся разрывом макромолекул, т.е. уменьшением степени полимеризации.
Условность этого деления состоит в том, что в реальных случаях каждый из указанных трех типов реакции в чистом виде встречается сравнительно редко. Чаще полимераналогичные превращения сопровождаются частичной деструкцией макромолекул и сшиванием макроцепей.
Сегодня нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы ни использовались пластмассы. Они настолько вошли в нашу жизнь, что мы не можем без них обойтись пластмассы с успехом заменяют многие материалы, в том числе и металлы. Однако производство пластмасс в ряде случаев вызывает экологические проблемы. Они не подвергаются распаду в природе и поэтому загрязняют почву, водоемы. В настоящее время стоит острый вопрос о переработке отходов из полимерных материалов – полиэтилена, пропилена, полихлорвинила.
В реакцию полимеризации могут вступать не только одинаковые мономеры, но и разные. Такая реакция называется сополимеризацией (совместная полимеризация), а образующийся продукт – сополимер. Эти реакции позволяют получить высокомолекулярные соединения с улучшенными физико-химическими свойствами. [34, 37, 40].
3.2.2 Закрепление знаний материалам лекции
1. Мономер – это:
а) участок цепи макромолекулы;
б) низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер; b
в) многократно повторяющаяся в макромолекуле группа атомов.
2. Молекулярная масса полимера – это:
а) средняя величина, поскольку массы отдельных молекул различны; b
б) приближенная величина; в) постоянная величина.
3. Полимеризация – это:
а) процесс соединения крупных молекул;
б) процесс образования высокомолекулярных соединений из низкомолекулярных без выделения побочных продуктов; b
в) процесс образования высокомолекулярных соединений из углекислого газа и воды.
4. Наиболее прочны полимеры:
а) разветвленные; б) линейные; в) пространственные; b
5. На первой стадии реакции полимеризации происходит:
а) зарождение цепи; b б) образование макромолекулы;
в) образование димера.
3.2.3 Завершающий контроль знаний по теме
В качестве завершающего контроля знаний был проведен контрольный срез.
1. Какими общими физическими свойствами обладают полимеры? Почему полимеры не имеют постоянной температуры кипения?
2. Какие вам известны способы получения полимеров? Чем они отличаются между собой?
3. Приведите примеры термопластичных и термореактивных полимеров. В чем их основное отличие?
4. Чем отличается реакция сополимеризации от реакций: а) полимеризации, б) поликонденсации?
РЕЗУЛЬТАТЫ: школе было уделено меньше времени, но эффект был более заметным: улучшилось отношение к предмету, степень его усвояемости (качество знаний и успеваемость), дети перестали бояться приступать к улучшению объективно-сложного материала.
Похожие работы
... . И в следующей главе мы будем рассматривать, способы проведения уроков в школе по этой теме. ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ НА УРОКЕ ПО ХИМИИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ 3.1 План урока Урок 1. Тема урок. Понятие о высокомолекулярных соединениях Цель урока: Систематизировать и углубить знания учащихся о высокомолекулярных веществах. Задачи: 1. ввести понятия – мономер, ...
... информационной плотности, что весьма важно для развития современных технических средств записи, накопления и хранения информации. 7. Важнейшие открытия в химии XXI века 2001 Уильям Ноулз, Риоджи Нойори и Барри Шарплесс «За исследования, используемые в фармацевтической промышленности - создание хиральных катализаторов окислительно-восстановительных реакций». 2002 Джон Фенн и Койчи Танака «За ...
... питьевой воды на станциях водоподготовки и обеззараживания сточных и оборотных вод. Производительность свыше 100 кг. активного хлора в сутки более 100 тыс. кубометров воды в сутки. 3. Расчет экономической эффективности очистки технической воды: 3.1 Определение затрат труда 3.1.1. Определим оплату труда обслуживающего персонала в год Сп = Тм*aз*nм, где Тм – 167 часов –норма времент в ...
... . Эти качества придают ей ведущие принципы построения и организации современного научного знания: системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность. Данные принципы построения современной научной картины мира в целом соответствуют фундаментальным закономерностям существования и развития самой Природы. Системность означает воспроизведение наукой того факта, что наблюдаемая ...
0 комментариев