Полимеры. Каучуки. Резина.Искусственные и синтетические полимеры: пластмассы,каучуки,волокна. Охрана окружающие среды от загрязнений

Полимеры. Каучуки. Резина Искусственные и синтетические полимеры: пластмассы,каучуки,волокна. Охрана окружающие среды от загрязнений

17.10.16

Стереорегулярность

Отношение

к

нагреванию

Состав

основной

цепи

Форма

макромолекул

Способ

получения

Происхождение

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 СН 2 =СH–CH 3 является мономером полипропилена:
• Группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле, называется ее структурным звеном .
• ...-CH 2 -CHCl- CH 2 -CHCl -CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-CH 2 -CHCl-... В формуле макромолекулы это звeно обычно выделяют скобками: (-CH 2 -CHCl-) n

1 Молекулярная масса макромолекулы связана со степенью полимеризации соотношением: М(макромолекулы) = M(звена) • n , где n - степень полимеризации, M - относительная молекулярная масса 17.10.16 " width="640"

Основные понятия

• 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

17.10.16

Стереорегулярность

Нестереорегулярные

Эластичность

Цис-форма

Транс-форма

Полимеры с произвольным чередованием звеньев

Стереорегулярные

Полимеры с чередованием звеньев в определенн ом порядке

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

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

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

17.10.16

Состав основной цепи

Органические

(белок)

Элементо-

Органические

(силикон)

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

Неорганические

(селен,

теллур)

Термопластичные

(обратимо твердеют

и размягчаются)

Термореактивные

(Вещество нельзя

возвратить в

вязко-текучее состояние

нагреванием

или растворением)

Природное

Синтетическое

Искусственное

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 .

17.10.16

Биополимеры

основные типы биополимеров

нуклеиновые кислоты

(ДНК, РНК)

белки

полипептиды

полисахариды

( целлюлоза,

крахмал,

гликоген)

полиизопрены

(натур.каучук,

гуттаперча

и т.д.)

17.10.16

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.

Структурная организация белков.

• 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

17.10.16

Высокомолекулярные соединения

• 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

17.10.16

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).

Композиционные материалы

• 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 Al 2 O 3 , карбидов кремния и бора, графита и т.д. в особо прочных материалах для космической техники.

17.10.16

Способы получения

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

Поликонденсация

Полимеризация

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

17.10.16

Способы получения

Сополиконденсация – соединение молекул двух и более исходных веществ

Гомополимеризация – соединение молекул одного мономера

Гомополиконденсация – соединение молекул одного мономера

(резина,

кварц)

Изогнутая

(волокна, сера

пластическая)

(крахмал,

полиэтилен У Р)

Пространственная

Разветвлённая

Скрученная

(каучуки)

Линейная

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.

17.10.16

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.

17.10.16

• 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.

17.10.16

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.

17.10.16

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 (C 5 H 8 ) n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:

17.10.16

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.

17.10.16

Получение синтетического каучука

• 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.

17.10.16

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.

Пластмассы

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.

Волокна

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.

Загрязнение окружающей среды и ее охрана.

17.10.16

Загрязнение.

Загрязнение окружающей среды подразделяется на несколько видов:

• Пылевое.
• Газовое.
• Химическое(в том числе загрязнение почвы химикатами).
• Ароматическое.
• тепловое (изменение температуры).
• И многие другие.

Источником загрязнения окружающей природной среды выступает хозяйственная деятельность человека (промышленность, сельское хозяйство, транспорт).

Из всех видов загрязнения можно выделить основные:

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Физическое (тепловое, шумовое, электромагнитно, световое, радиоактивное)

Химическое (тяжелые металлы, пестициды, пластмассы и др. химические вещества)

Биологическое (биогенное, микробиологическое, генетическое)

Информационное (информационный шум, ложная информация, факторы беспокойства

Загрязнение окружающей среды.

Основные источники загрязнения.

Атмосфера

Промышленность

Транспорт

Тепловые электростанции

Гидросфера

Основные вредные вещества .

Сточные воды Утечки нефти Автотранспорт

Оксиды углерода, серы, азота Органические соединения Промышленная пыль.

Литосфера

Тяжелые металлы Нефть Нефтепродукты

Отходы промышленности и Сельского хозяйства Избыточное использование удобрений

Пластмассы Резина Тяжелые металлы