1. мягкий и эластичный пластифицированный полимер – пластикат;
2. жесткий непластифицированный полимер, смешанный с 2 – 3% стабилизатора – винипласт.
Винипласт представляет собой твердый упругий продукт с высокой прочностью на удар и сравнительно хорошими механическими свойствами. Их массы, полученной вальцеванием порошкообразного полимера со стабилизаторами, формуют листы, пленки, трубы, вентили, детали насосов т.д.; которые могут эксплуатироваться при температурах, не превышающих 50 – 60оС. Винипласт сваривается, склеивается и хорошо перерабатывается механическими методами; им можно футеровать электролизные ванны, резервуары кислот и другие сосуды.
Для производства перчаток, галош, обуви, плащей и т.д. широкое применение нашли поливинилхлоридные пасты, представляющие собой тонкодисперсионного полимера в пластификаторе. Вследствие сравнительно небольшой вязкости и липкости таких паст их можно наносить в виде тонкого слоя на ткань, бумагу, кожу или форму. На холоде паста долгое время практически не меняется, при нагревании же происходит быстрое набухание полимера и превращение пасты в монолитную прочную и эластичную пленку. Поливинилхлорид используется также для изготовления мягких и жестких пенопластов.
Методом экструзии (выдавливания) из ПВХ можно получать различные строительные изделия: плинтусы, карнизы, дверные ручки и т.д. Также ПВХ используют для производства линолеума. Из растворов ПВХ формуют поливинилхлоридное волокно – хлорин, которое применяют в производстве фильтровальных и негорючих тканей, спецодежды, нетканых материалов, а в смеси с другими волокнами – для изготовления ковров, искусственной кожи, пушистых трикотажных изделий.
Поливинилацетат (ПВА) [ - СН2 – СН(ОСОСН3) - ]n получают радикальной полимеризацией винилацетата.
ПВА – твердый, бесцветный и прозрачный полимер, имеющий низкую термостойкость (размягчается при 40оС). Набухает в воде, растворяется в органических растворителях. Является сырьем для получения поливинилового спирта. Благодаря высокой адгезии ко многим материалам (стеклу, металлам, древесине и д.р.) ПВА в виде дисперсии часто входит в состав лаков и клеев, а также применяют для покрытия дерева, ткани, бумаги (моющиеся обои), керамики – для придания им гидрофобных свойств. Поливинилацетатная дисперсия (ПВАД) входит в состав высокоэмульсионных красок. ПВА – основа клеев и связующее при изготовлении полимербетонов.
Полиметилметакрилат («органическое стекло» или «плексиглас»)
[ - СН2 – С(СН3)(СООСН3) - ]n получают радикальной полимеризацией метилметакрилата.
Полиметилметакрилата – прозрачный полимер, стойкий к действию агрессивных веществ. Термопластичен. Обладает способностью пропускать 74% ультрафиолетового излучения (для сравнения: кварцевое стекло пропускает 100%, а обычное силикатное-оконное – 0,6%). Полимер способен окрашиваться во многие цвета. Полиметилметакрилат используют в производстве высокопрочных стекол для остекления салонов самолетов, машин и при выработке часовых и оптических стекол. Полимер применяют в зубопротезной практике.
Политетрафторэтилен (тефлон или фторопласт – 4) [ - СF2 – СF2 - ]n получают радикальной полимеризацией тетрафторэтилена.
Фторопласт – 4 – сероватый, тяжелый полимер, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами. Гидрофобен. Имеет высокую механическую прочность и химическую стойкость. Пластичен, дает самые тонкие пленки. Применяют в производстве электроизоляционных пленок, подшипников, уплотнителей, поршневых колец, труб, прокладок, протезов органов человека. Политетрафторэтиленовая суспензия служит для нанесения антикоррозионных, антифрикционных и электроизоляционных покрытий на металлы.
Эпоксидные полимеры (смолы).
Такие полимеры могут быть в виде вязких жидкостей или твердых хрупких веществ. Эпоксидные полимеры характеризуются значительной атмосферо и влагостойкостью, а также инертностью ко многим химическим и агрессивным соединениям. Обладают прекрасной адгезией к металлам, древесине, бетонам, пластмассам. Применяют для создания пленкообразных лаков. Они являются основой клеев, герметиков, служат в качестве связующих для армированных пластиков. Будучи безвредными для человека, они могут служить для защиты стенок консервной тары.
Фенолоформальдегидные полимеры.
Эти полимеры получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Присоединяясь к фенолу, формальдегид вначале образует спирты:
Затем следует поликонденсация фенолоспиртов с выделением воды:
При кислотном катализе при взаимодействии фенола и формальдегида образуется линейный полимер – новолак:
Новолаки используют для производства лаков и прессовочных порошков.
При поликонденсации фенола с избытком формальдегида в щелочной среде получают разветвленные полимеры – резолы:
или пространственные полимеры – резиты.
Резолы находят применение в производстве пластмасс с наполнителями (фенопласты). Из них формуют различные изделия, а также используют для изготовления слоистых пластиков, пропитывая резолом материал (текстолит) или бумагу (гетинакс). Резольные полимеры идут на производство лаков, пресспорошков, клея БФ. Фенолоформальдегидные полимеры обладают высокой химической и механической стойкостью. Поэтому они используются для производства некоторых деталей автомашин, электрооборудования, телефонной и телевизионной аппаратуры.
К природным полимерам относят белки и нуклеиновые кислоты, целлюлозу и ее производные, крахмал, каучук.
Целлюлоза [ С6Н9О4(ОН)]n и ее производные.
1. целлюлоза или клетчатка , - главная составная часть оболочек растительных клеток, выполняющая функцию конструкционного материала. Целлюлоза в чистом виде обычно не встречается, но волокна хлопчатника (очищенная вата) и фильтровальная бумага могут служить образцом почти чистой целлюлозы (до 96%).
2. по своему строению целлюлоза представляет собой линейный полимер. Целлюлоза входит в состав многих наполнителей и непосредственно используется в производстве текстильных материалов и бумаги, она также подвергается химическим превращениям с целью получения искусственного волокна, пластических масс, лаков, красок.
3. при обработке целлюлозы концентрированным раствором щелочи получают щелочную целлюлозу:
[ C6H7O2(OH)3]n + nNaOH = [ C6H7O2(OH)2ONa]n + nH2O
Такая целлюлоза используется в качестве промежуточного продукта для производства ксантогената целлюлозы, который служит для получения вискозного волокна:
S
[ C6H7O2(OH)2ONa]nnCS2 [C6H7O2(OH)2 – O – C – SNa]n
ксантогенат целлюлозы
Волокно получают продавливанием через фильеру (насадка с мелкими отверстиями) щелочного раствора ксантогената в раствор серной кислоты. При этом целлюлоза регенерируется и одновременно образуются тонкие нити. Если вискозу, пластифицированную глицерином, продавливать через узкие прорези в осадительный раствор, то получают тонкий прозрачный лист – целлофан.
4. нитроцеллюлоза [C6H7O2(OH)(ONO2)2]n – синтезируется путем обработки целлюлозы смесью серной и азотной кислот.
Несмотря на легкую воспламеняемость и нестабильность, до сих пор используется в сочетании с пластификаторами (дибутилфталат, камфора), а иногда с наполнителями для производства целлулоида и быстро высыхающих нитролаков. Целлулоид перерабатывается в изделия выдуванием листового материала и методом экструзии. Нитролаки, содержащие, кроме перечисленных компонентов, смолы и высыхающие масла, применяются для покрытия мебели, металлических предметов, тканей и т.д.
Для получения высококачественного ацетатного волокна служат главным образом ацетаты целлюлозы [ C6H7O2 (OОС – СН3)3]n; прядение ведется из растворов полимера. Благодаря их трудной воспламеняемости ацетатами часто заменяют нитраты в производстве кинопленки. Пластифицированный ацетат перерабатывается в изделия с высокой ударной прочностью методами литья под давлением, прессования и экструзии.
Наибольшее практическое значение среди простых эфиров целлюлозы имеет этилцеллюлоза [ C6H7O2(OСH2 – С6Н5)3]n. Этот эфир трудно воспламеняется, хорошо формуется, изделия из него имеют высокую прочность на удар, сохраняя гибкость и упругость до – 400 С.
Водорастворимая метилцеллюлоза [ C6H7O2(OH)2(OСН3)]n. Используется в качестве загустителя для пищевых продуктов, а также как эмульгатор и клей.
Крахмал (С6Н10О5)n– самый распространенный в природе полисахарид, играющий роль резервного вещества многих растений. Он является главным компонентом картофеля, риса, пшеницы и кукурузы. Основное количество крахмала получается из клубней картофеля.
Крахмал представляет собой смесь полисахаридов двух типов: растворимой в воде амилозы (20 – 30%) и нерастворимого амилопектина (70 – 80%).
Крахмал ценный пищевой продукт. Применяется он и в химической промышленности. Например, кислотный гидролиз крахмала (при кипячении) служит промышленным методом получения глюкозы. Крахмал является сырьем для производства этилового и н-бутилового спиртов, ацетона, молочной и лимонной кислот, глицерина и других продуктов. Он используется для проклеивания бумаги и картона, производства декстринов и клеев. Ацилированный крахмал применяют для приготовления покрытий и загустителей. Алкильные производные крахмала используют в качестве пластификаторов и клеев.
Каучук (С5Н8)n – относится к эластомерам. Каучуки делят на натуральный (природный) и синтетические.
Натуральный каучук - природный непредельный полимер, представляет собой высокоэластичную массу, получаемого из млечного сока (латекса – взвесь мельчайших частичек каучука в воде) некоторых тропических деревьев (гевеи бразильской и др.) и растений (кок – сагыз, тау – сагыз, гваюла). Наиболее важным отличием натурального каучука является его высокая эластичность – способность к большому растяжению под действием внешней нагрузки и восстановлению своей формы после ее снятия. Натуральный каучук растворяется во многих углеводородах, образуя вязкие растворы.
Установлено, сто структурной единицей натурального каучука является изопреновая группировка:
- СН2 – С = СН – СН2 –
СН3
Другими словами, натуральный каучук – полимер изопрена.
Другой разновидностью полимера изопрена является гуттаперча. В отличие от каучука она не обладает эластичностью причина этого в различном строении макромолекул этих природных полимеров.
Каучук – пластический материал. Изделия из него обладают рядом недостатков: при повышении температуры становятся липкими, теряют форму, а при низкой температуре – эластичность. Поэтому каучук нельзя использовать непосредственно. Для придания каучукам прочностных свойств, эластичности и термостойкости их подвергают обработке серой – вулканизируют (процесс протекает в специальных аппаратах при 140 – 180 0С). В результате каучук превращается в технический продукт – резину, которая содержит около 5% серы. Ее роль состоит в том, что она «сшивает» между собой макромолекулы каучука, образуя сетчатую структуру. Кроме серы в резину входят также различные наполнители, пластификаторы, красители, антиокислители (антиоксиданты) и др.
Высокая потребность промышленности каучуке привела к тому, что большая часть его производится синтетическим путем. Некоторые сорта синтетического каучука не уступают натуральному, а по некоторым свойствам даже превосходят его.
Темы докладов:
1. Применение полиэтиленов в промышленности и в быту. ПЭНД и ПЭВД.
2. Полипропилен: получение и применение.
3. Полиизобутилен. Каучук (природный и синтетический)
4. Полистирол.
5. Поливинилхлорид.
6. ПВА.
7. Полиметилметакрилат и тефлон.
8. Эпоксидные смолы. Клеи.
9. Фенолформальдегидные полимеры.
10. Целлюлоза и ее производные. Крахмал.
Тема 6. Биополимеры
Биополимеры – это хорошо известные вам белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.
Белки – это биополимеры, состоящие из остатков ά – аминокислот. В белках выделяют 4 уровня структур:
Первичную структуру белков можно рассматривать как линейную структуру. Она определяется порядком чередования остатков молекул аминокислот в полипептидной цепи и обуславливает белковую индивидуальность всех живых организмов на земле. Как из букв алфавита можно построить бесконечное количество слов, так и их немногим более чем 20 ά – аминокислот природа создает все многообразие белков. У каждого организма свой неповторимый, как рисунок отпечатков пальцев, набор белковых молекул. На неприятии «чужих» белковых наборов (например, микробных) основана такая защитная реакция организма, как иммунитет и отторжение.
Вторичная структура белка (чаще всего спиралевидная) определяется особенностями скручивания (типом укладки) полипептидных цепей белковых молекул в спираль за счет возникновения водородных связей между группами – NH – и – С = О (рис. 2).
Третичная структура белков (клубочковидная или глобулярная) определяется пространственным расположением белковых спиралей за счет возникновения водородных, амидных и дисульфидных связей. Третичная структура в виде определенной пространственной конфигурации с выступами и впадинами, с обращенными наружу функциональными группами обуславливает специфическую биологическую активность белковой молекулы (рис.3).
Некоторые белки, например, гемоглобин, имеют четвертичную структуру. Четвертичная структура относится к макромолекулам, в состав которых входит несколько полипептидных цепей. Эта структура соответствует размещению в пространстве полипептидных цепей, не связанных между собой ковалентными связями.
Полисахариды – это биополимеры, состоящие из остатков моносахаридов.
Представителями полисахаридов являются крахмал и целлюлоза. И опять можно убедиться в том, насколько важное значение имеет пространственное строение для свойств веществ. Ведь в основе столь разительных отличий крахмала и целлюлозы, имеющих общую формулу (С6Н10О5)n, лежит тот факт, что крахмал – ценное питательное вещество, запасной углевод растительной клетки – построен из остатков молекул ά – глюкозы, а целлюлоза – дополнительная механическая оболочка растительной клетки – построена из остатков молекул β – глюкозы.
Полинуклеотиды, или нуклеиновые кислоты, - это биополимеры, состоящие из остатков нуклеотидов.
Подобно молекулам белков, нуклеиновых кислоты также характеризуются последовательностью чередования в их макромолекуле всего четырех видов нуклеотидов – аденинового (А), гуанинового (Г), цитозинового (Ц) (в молекуле любой нуклеиновой кислоты), урацилового (У) – в РНК или тиминового (Т) – в ДНК.
Макромолекулы ДНК представляют собой спираль, состоящую из двух цепей, закрученных вокруг общей оси. Это их вторичная структура. В поддержание ее, как и в белка, важная роль принадлежит водородным связям. Образуются они между азотными основаниями разных цепей молекулы, располагающимися, в отличие от радикалов белковых молекул, не снаружи, а внутри спирали (рис. 4).
Нуклеиновые кислоты – РНК и ДНК выполняют важнейшую роль в хранении и передаче наследственной информации организма, в биосинтезе белка. Изучение биополимеров, особенно белков и нуклеиновых кислот, привело к созданию новых наук – биоорганическая химия, молекулярная биология, генная инженерия, открывающих перед человечеством неисчерпаемые возможности глубокого проникновения в тайны жизни и все более широкого использования постигаемых закономерностей в практических целях.
Зачетное занятие по курсу «Полимеры вокруг нас»
I вариант.
1. Какие вещества называют полимерами?
2. Какая реакция называется реакцией полимеризации? Приведите примеры данной реакции.
3. Дайте определения:
а. структурное звено – это
б. белки – это
в. нуклеиновые кислоты – это
г. пластмассы – это
4. Укажите мономеры:
а. бутадиенового каучука
б. изопренового каучука
5. Определите среднечисловую и средневесовую молекулярные массы системы, содержащей по N молекул с молекулярными массами 100, 200, 300.
II вариант.
1. На какие группы классифицируют по происхождению ВМС?
2. Какая реакция называется реакцией поликонденсации? Приведите примеры данной реакции.
3. Дайте определение:
а. мономер – это
б. полисахариды – это
в. волокна – это
г. степень полимеризации – это
4. Напишите формулы элементарных звеньев в молекулах:
а. бутадиенового каучука
б. изопренового каучука
5. Определите среднечисловую и средневесовую молекулярные массы системы, состоящей из 100 молекул с молекулярной массой m = 100; 20 с m = 500 и 50 молекул с m = 200.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
В дипломной работе на тему «Разработка школьного элективного курса «Полимеры вокруг нас»» мы проанализировали учебно – методические комплекты разных авторов. Разработали школьный элективный курс на тему «Полимеры вокруг нас», который рассчитан на 16 часов. Программа элективного курса предусматривает изучение теоретических вопросов, проведение практических работ, экскурсий.
В дипломной работе мы представили школьную лекцию на тему «Волокна», конференцию на тему «Получение и применение наиболее важных синтетических и природных полимеров, практические работы, а также разработали задания текущего контроля.
На базе МОУ ср. школы № 66 мы организовали и провели экскурсию на «Фабрику игрушек», где учащиеся познакомились с технологией производства кукол из поливинилхлоридного материала (поливинилхлоридный пластикат марки «Пластизоль Д – 17 И») и технологией производства пластмассовых игрушек. Экскурсия способствовала развитию познавательного интереса у учащихся.
Выводы:
1. проведен анализ учебно – методических комплектов разных авторов
2. разработан школьный элективный курс на тему «Полимеры вокруг нас».
3. организована и проведена экскурсия на «Фабрику игрушек».
ЛИТЕРАТУРА
1. Габриелян О. С. Химия. 9 класс. – М.: Дрофа, 2002. – 224 с.
2. Габриелян О. С. Химия. 10 класс. – М.: Дрофа, 2005. – 189 с.
3. Габриелян О. С., Лысова Г. Г. Химия. 11 класс. – М.: Дрофа, 2005. – 362 с.
4. Гузей Л. С., Суровцева Р. П., Лысова Г. Г. Химия. 11 класс – М.: Дрофа, 2002. – 240 с.
5. Ермаков Д. С., Муравлянская Ю. Д., Рыбкина Т. И. Элективные курсы по химии для профильного обучения //Химия. Методика преподавания. – 2005. - №5. – стр. 61 – 66.
6. Запольских Г. Ю. Элективный курс «Химия в быту». // Химия в школе. – 2005. - №5. – стр. 25 – 28.
7. Иванова Р. Г., Каверина А. А., Корощенко А. С. Уроки химии в 10 – 11 классах: методическое пособие для учителя. – М.: Просвещение, 2000. – 190 с.
8. Логинова О. Б. От «углубленки» к профильному обучению. //Химия в школе. – 2006. - №2. – стр. 14 – 17.
9. Об основных итогах первого этапа эксперимента по введению профильного обучения. // Химия в школе. – 2005. - №2. – стр. 3 – 5
10. Программы для общеобразовательных учреждений: Химия. 8 – 11 классы: общая, неорганическая, органическая / Министерство образования РФ. – М.: Дрофа, 2001. – 287 с.
11. Сборник инструктивно – методических материалов по организации предпрофильной подготовки учащихся основной школы. Часть 1. / Министерство образования РФ. Министерство образования Пензенской области – Пензенский областной институт повышения квалификации и переподготовки работников образования. – Пенза: 2004. – 79 с.
12. Суматохин С. В. О преподавании химии в условиях модернизации образования в 2003/04 учебном году.// Химия в школе. – 2003. - №5. – стр. 2 – 7.
13. Суматохин С. В. Об использовании учебников и пособий по химии в 2004/05 учебном году. // Химия в школе. – 2004. - №6. – стр. 2 – 6.
14. Тематическое приложение к журналу «Вестник образования»/ Профильное обучение. Часть 1/ Министерство образования и науки РФ. – М.: Просвещение, 2004. - №4 – 139с.
15. Элективные курсы в профильном обучении / Министерство образования РФ – Национальный фонд подготовки кадров. – М.: Вита – Пресс, 2004. – 144 с.
... проектов в обучении химии; · использование цифровых лабораторий как современного информационного оборудования в проведении химического эксперимента, в частности использование цифровой лаборатории «Архимед» [20]. Дистанционное и открытое образование. В основе концепции открытого образования лежит творческий характер обучения. Такая форма образовательного процесса включает ученика в ...
0 комментариев