Презентация "Полимеры. Каучуки. Резина" по химии – проект, доклад

22.12.2017

Полимеры. Каучуки. Резина

Материал к уроку подготовлен Ким Н.В.

Происхождение

Стереорегулярность

Полимеры

Отношение к нагреванию

Форма макромолекул

Состав основной цепи

Способ получения

Полимеры - высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев (белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества).

Основные понятия

Низкомолекулярные соединения, из которых образуются полимеры, называются мономерами. Например, пропилен СН2=СH–CH3 является мономером полипропилена: Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном. ...-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-... В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками: (-CH2-CHCl-)n

Степень полимеризации — это число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу. В формуле макромолекулы степень полимеризации обычно обозначается индексом "n" за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено: n >> 1 Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением: М(макромолекулы) = M(звена) • n, где n - степень полимеризации, M - относительная молекулярная масса

Стереорегулярные

Нестереорегулярные

Полимеры с произвольным чередованием звеньев

Полимеры с чередованием звеньев в определенном порядке

Эластичность Цис-форма Транс-форма

1. Заместители R расположены по одну сторону от плоскости главной цепи:

2. Заместители R находятся по разные стороны от главной цепи:

Пример отрезка цепи, включающего 4 звена, соединенных по типу "голова-хвост".

Органические (белок)

Неорганические (селен, теллур)

Элементо- Органические (силикон)

Это такие полимеры, которые в основной цепи содержат атомы не углерода, а других химических элементов

Термопластичные (обратимо твердеют и размягчаются)

Термореактивные (Вещество нельзя возвратить в вязко-текучее состояние нагреванием или растворением)

Природное Искусственное Синтетическое

Высокомолекулярные соединения

Особую, очень важную, группу органических веществ составляют высокомолекулярные соединения (полимеры). Масса их молекул достигает нескольких десятков тысяч и даже миллионов. Какова роль этих соединений? Во-первых, полимерные вещества являются основой Жизни на Земле. Органические природные полимеры – биополимеры – обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов.

Биополимеры

основные типы биополимеров

нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК)

белки полипептиды

полисахариды ( целлюлоза, крахмал, гликоген)

полиизопрены (натур.каучук, гуттаперча и т.д.)

Структурная организация белков.

Первичная структура - определенная последовательность α- аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Вторичная структура - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между группами N-H и С=О. Одна из моделей вторичной структуры - α-спираль. Другая модель - β-форма ("складчатый лист"), в которой преобладают межцепные (межмолекулярные) Н-связи.

Третичная структура - форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S-, водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий.

Четвертичная структура - агрегаты нескольких белковых макромолекул (белковые комплексы), образованные за счет взаимодействия разных полипептидных цепей

Интересно, что из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров: Во-вторых, благодаря особым, только для них характерным свойствам, полимеры (синтетические, искусственные и некоторые природные) широко используются при изготовлении самых разнообразных материалов:

п о л и м е р н ы е м а т е р и а л ы

пластмассы каучуки плёнки волокна лаки клеи

Композиционные материалы

Полимеры применяются для получения композиционных материалов, ионообменных смол (полиэлектролитов) … Композиционный материал (композит) - это материал, в котором наряду с основным веществом содержатся упрочняющие или модифицирующие компоненты. В состав композита входят: связующее вещество (обычно полимер), наполнитель, пластификаторы, свето- и термостабилизаторы, красители и т.п. Прочность полимерных композиций, содержащих наполнитель, обусловлена дополнительными силами, связывающими наполнитель с полимером за счет адгезии (прилипания).

Вот некоторые примеры наполнителей в композитах: сажа в резине, ткань в текстолите, бумага в гетинаксе, стеклоткань и стекловолокно в стеклопластиках, металлы (порошок или нити) в металлополимерах, взрывчатые вещества (порох) в твердом ракетном топливе, нитевидные монокристаллы Al2O3, карбидов кремния и бора, графита и т.д. в особо прочных материалах для космической техники.

Способы получения

Поликонденсация

Это химический процесс соединения исходных молекул мономера в макромолекулы полимера, идущий с образованием побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды)

Полимеризация

Это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера.

Гомополимеризация – соединение молекул одного мономера

Сополиконденсация– соединение молекул двух и более исходных веществ

Гомополиконденсация – соединение молекул одного мономера

Линейная Разветвлённая Пространственная

Изогнутая (волокна, сера пластическая)

Скрученная (каучуки)

(крахмал, полиэтилен УР)

(резина, кварц)

Каучуки

Каучуки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного сока каучуконосных растений. В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов.

Открытие натурального каучука

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет. Каучук на языке индейцев тупи-гуарани означает «слёзы дерева». Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций инков и майя в Центральной и Южной Америке, возраст этих шаров не менее 900 лет. Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад. Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского мячика и школьной резинки.

В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»). В 1791 году английский фабрикант Самуэль Пил (Samuel Peal) запатентовал способ сделать одежду водонепроницаемой с помощью обработки её раствором каучука в скипидаре. Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетённых с тканью.

Первая резина

В 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) и американский химик Натаниель Хейвард (Nathaniel Hayward) обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе устраняет липкость изделий из каучука. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией. Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было предложено уже более 40 000 различных изделий из резины.

Состав и строение натурального каучука

Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (C5H8)n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:

Получение синтетического каучука

В разработке синтеза каучука Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук — полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным — бутадиеном Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта.

Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов: В качестве катализатора полимеризации 1,3-бутадиена С. В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А. А. Кракау.

Пластмассы и волокна

Обычно полимеры редко используют в чистом виде. Как правило из них получают полимерные материалы. К числу последних относятся пластмассы и волокна. Пластмасса – это материал, в котором связующим компонентом служит полимер, а остальные составные части – наполнители, пластификаторы, красители, противоокислители и др. вещества.

Особая роль отводится наполнителям, которые добавляют к полимерам. Они повышают прочность и жёсткость полимера, снижают его себестоимость. В качестве наполнителей могут быть стеклянные волокна, опилки, цементная пыль, бумага, асбест и др.

Поэтому такие пластмассы, как, например, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фенолформальдегидные, широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в медицине, культуре, в быту.

Пластмассы

Волокна – это вырабатываемые из природных или синтетических полимеров длинные гибкие нити, из которых изготавливается пряжа и другие текстильные изделия.

Волокна подразделяются на природные и химические. Природные, или натуральные, волокна - это материалы животного или растительного происхождения: шёлк, шерсть, хлопок, лён.

Волокна

Химические волокна получают путём химической переработки природных (прежде всего целлюлозы) или синтетических полимеров.

К химическим волокнам относятся вискозные, ацетатные волокна, а также капрон, нейлон, лавсан и многие другие.

Используемый материал

http://www.chemistry.ssu.samara.ru/