Презентация на тему "Полимеры" (для учащихся 10-11 классов)

ПОЛИМЕРЫ

Высокомолекулярными соединениями (ВМС), или полимерами , называют сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч и миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул – мономеров.

К молекулярным гигантам относятся, например, важнейшие природные полимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), синтетические материалы (полиэтилен, поливинил-хлорид, каучук и т. д.). Поэтому ВМС играют важную роль и в биологических процессах, и в практической деятельности человека.

Органические полимеры построены из элементарных звеньев — многократно повторяющихся и связанных между собой остатков молекул низкомолекулярных веществ (мономеров).

М → -(М)- n

Длину макромолекул выражают средним числом звеньев мономера, которое называют степенью полимеризации ( n) .

Классификация полимеров

I . По методам получения

природные – ВМС растительного и природного происхождения (крахмал, целлюлоза, белки, природные каучуки)

химические:

• искусственные ВМС – получают путем переработки природных ВМС (эфиры целлюлозы и т.д.);

• синтетические ВМС – получают путем синтеза из низкомолекулярных веществ (полиэтилен, полистирол, синтетические каучуки, лавсан, капрон, нитрон).

II . По топологии

III . По свойствам и применению

1. Пластмассы (термореактивные и термопластичные):

Термопластичные

Термореактивные

1. Линейные полимеры

2. Отсутствуют прочные связи между цепями

3. Легко плавятся, используются для п ереплавки

Примеры: полиэтилен, плексиглас (полиметил-метакрилат)

1. Сетчатые полимеры

2. Существуют прочные связи между отдельными цепями

3. С трудом плавятся, не подвергаются переплавке

Примеры: ФФС, эбонит

2. Эластомеры (каучуки, резина)

Каучуки – природные или синтетические продукты полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями:

1.Натуральный каучук

Сок дерева гевея («као чоу» - слезы дерева)

2. Синтетические каучуки

Бутадиеновый

Изопреновый

Хлоропреновый

Бутадиенстирольный

30% S ). " width="640"

Резины – эластичные материалы, получаемые вулканизацией каучука (взаимодействием каучуков с серой, при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку):

В зависимости от количества серы (по масс.) выделяют

мягкие резины (5-10% S ) и твердые резины (30% S ).

ИЗОМЕРИЯ ПОЛИМЕРОВ

• Локальная изомерия ( изомерия положения )

Этот вид изомерии характерен для виниловых, винилиденовых и диеновых полимеров.

Возникает из-за возможности присоединения мономеров к растущей цепи полимера в процессе синтеза по различным вариантам:

Присоединение по типу “голова-голова” происходят значительно реже, чем присоединения “голова-хвост” прежде всего из-за возникающих стерических затруднений.

Изомерия, возникающая в результате различного раскрытия кратной связи, характерна для группы изомеров, имеющих две сопряженные двойные связи.

Например,

образование молекул полиизопрена может происходить путём присоединения молекул мономеров в положениях 1,4; 1,2; 3,4. При этом будут образовываться различающиеся по конфигурации изомеры:

II. Цис-транс- изомерия

Характерна для группы полимеров, имеющих в цепи двойные связи:

Локальная и цис-транс-изомерии являются химическими видами изомерии.

III. Оптическая изомерия (стереоизомерия)

Характерна для полимеров, имеющих ассиметрические атомы углерода. Возможны различные варианты расположения заместителей относительно проекции вытянутой цепи полимера:

Изотактический полимер

Атактический полимер

Синдиотактический полимер

Реакции получения полимеров

I. Реакции полимеризации

Полимеризация - процесс, в результате которого молекулы мономера соединяются друг с другом, образуя полимер, молекулярная масса которого в целое число раз больше, чем у мономера;

полимеризация характерна, главным образом, для соединений с кратными (двойными или тройными) связями, например для этилена:

II. Реакции поликонденсации

Поликонденсация - процесс образования полимера из мономеров, содержащих две или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов ( H 2 O, NH 3 , HCl и др.); состав элементарного звена полимера в этом случае отличается от состава исходного мономера.

Поликонденсацией получают фенолоформальдегидные смолы (ФФС) из формальдегида и фенола. Процесс сопровождается выделением воды:

При нагревании изменяют свою форму, но при этом теряют свою пластичность, становятся твердыми и последующей обработке уже не поддаются (имеются прочные связи между цепями)

Термопластичные

Могут многократно изменять свою форму при нагревании и последующем охлаждении. К ним относятся полимеры с линейными цепями (отсутствуют прочные связи между цепями)

Термореактивные

Полиэтилен  

(-СН 2 -СН 2 -) n один из простейших полимеров. Его молекулярная масса колеблется от 20 тыс. до 3 млн. в зависимости от способа получения. Получают радикальной полимеризацией этилена.

Полиэтилен  

широко используют для изготовления труб холодного водоснабжения, химических производств, электрических проводок, декоративных занавесок, паро-, гидро- и газоизоляции.

Полипропилен 

(-СН 2 -СН(СН 3 )-) n получают полимеризацией пропилена. По свойствам похож на полиэтилен, однако отличается от него более высокой температурой размягчения (160-170 0 С против 100-130 0 С этилена).

Аббревиатура РР говорит о том, что в состав посуды входит полипропилен. Такой пластик можно использовать для горячей пищи и напитков — он выдерживает температуру более +100 градусов по Цельсию. Из полипропиленовых стаканов можно пить горячий чай или кофе, в тарелках из него можно разогревать пищу в микроволновой печи. Но, увы, с алкоголем полипропилен тоже не дружит. При контакте с горячительными напитками посуда начинает выделять формальдегид или фенол. Это канцероген, от которого страдают почки и печень, а также глаза (можно даже ослепнуть!).

Поливинилхлорид  

(-СН 2 -СНС l -) n термопластичный полимер с молекулярной массой от 300 до 400 тыс. Отличается хорошей прочностью и высокой химической стойкостью.

Поливинилхлорид  

используют для изготовления гидроизоляционной пленки, поропласта, трубок для изоляции электропроводки, отделочных и декоративных материалов, трубопроводов, работающих в агрессивных средах, линолеума и для производства лаков и красок. Из полихлорвиниловых смол получают винипласт.

Полистирол

(-СН 2 -СН(С 6 Н 5 )-) n термопластичный полимер, имеющий линейную структуру и молекулярную массу от 50 тыс. до 300 тыс. По свойствам похож на полиэтилен. Температура размягчения атактического полистирола 85 0 С, изотактического – 230 0 С.

PS — эти латинские буквы обозначают, что в состав посуды входит полистирол. Именно поэтому такой пищевой пластик можно использовать только для холодных пищевых продуктов. При контакте с горячим, в том числе и при разогреве пищи в микроволновке, посуда выделяет токсичный стирол. Это же вредное вещество начинает выделяться и при контакте со спиртными напитками.

Стирол накапливается в печени и почках и может привести к серьезным заболеваниям, в частности к циррозу. Кроме того, благодаря нему обостряются всевозможные аллергии и проявляются заболевания нервной системы.

Посуда из полистирола хрупкая, очень легко ломается и при контакте с горячим чаще всего деформируется.

Полистирол

Из полистирола делают тару под пищевые продукты и медикаменты, аккумуляторные ящики, пленки и нити для кабелей, дверцы для холодильников и мелкие облицовочные плитки, дверные ручки, используют для получения тепло и звукоизоляционных поропластов, обмотки кабелей, изготовляют мебельную фурнитуру, детали электроприборов, производят лаки и эмали.

Фенолформальдегидная смола

Термореактивный полимер, который получают по реакции поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии кислот

Фенолформальдегидные смолы

На ФФС изготовляют древесноволокнистые и древесностружечные плиты, слоистые пластики, сотопласты, водостойкую фанеру, минерало- и стекловатные маты, клеи и мастики.

Из капрона изготовляют канаты, рыболовные сети, леску, гитарные струны, фильтровальные материалы, а также штапельные ткани, чулки и другие бытовые товары. Изделия из капрона, и в сочетании с капроном, широко используются в быту. Из капроновых нитей шьют одежду, которая стоит намного дешевле, чем одежда из натуральных природных материалов.

Лавсан

Термореактивный полимер, получают поликонденсацией этиленгликоля и терефталевой (бензол-1,4-дикарбоновой) кислоты.

Лавсан

Применяют при изготовлении волокон и нитей для трикотажа и тканей (тафта, жоржет, креп, пике, атлас, кружево, тюль, плащевые и зонтичные полотна и т.д.), пленок, бутылей, упаковочного материала, канатов, парусов, бензо- и нефтестойких шлангов, хирургических нитей и материалов для имплантации в сердечнососудистой системе.

Натуральный каучук

- природный высокомолекулярный непредельный углеводород состава (С 5 Н 8 ) n , где n = 1000 - 3000

Полимер состоит из повторяющихся звеньев

1,4- цис -изопрена и имеет стереорегулярное строение

Синтетические каучуки

С 1932 года по способу Лебедева в СССР начала создаваться промышленность синтетического каучука (впервые в мире).

В 1945 году Всесоюзному НИИ синтетического каучука присвоено имя Сергея Васильевича Лебедева.

Обычно каучуки классифицируют и называют по названию мономеров, использованных для их получения (изопреновые, бутадиеновые каучуки).

Основным методом получения синтетических каучуков является полимеризация диенов и алкенов. Наиболее широко в качестве мономеров для производства каучуков используются бутадиен, изопрен, стирол, хлоропрен, изобутен, этилен, акрилонитрил и др. Полисульфидные, полиуретановые и некоторые другие каучуки синтезируют с помощью реакции поликонденсации.