ГМ-21 хімія 10.05.22
Виконані завдання надіслати на електронну пошту
Комбіноване заняття (2 год.)
Тема 5.1. Синтетичні високомолекулярні сполуки
Опрацювати: Хімія 10 клас (за посиланням «Підручники»), с.177-192, §§ 30, 31,32, лекційний матеріал.https://drive.google.com/open?id=1-_wTW8TZL0YF16EXfc83mo1yT8m9CVUO
Хімічний диктант
1. Вкажіть характеристичні групи амінокислот.
2. Напишіть структурну формулу 3-амінобутанової кислоти.
3. Які амінокислоти називаються незамінними?
4. Якими звʼязками підтримується вторинна структура білка?
5. Напишіть структурну формулу етанаміну.
6. Напишіть реакцію горіння етанаміну.
7. Напишіть рівняння реакції етанаміну з хлоридною кислотою.
8. Напишіть реакцію утворення дипептиду із двох амінокислот на власний вибір.
9. Який звʼязок називається пептидним?
10. Які функції виконують білки в організмі людини?
11. Назвіть кінцеві продукти гідролізу білків.
Виконати (письмово):
1. Які сполуки називають високомолекулярними?
2. Обчисліть середню молекулярну масу поліетилену, якщо його ступінь полімеризації дорівнює 5000.
3. Обчисліть ступінь полімеризації поліпропілену, якщо середня молекулярна маса зразка цього полімеру становить 21 000.
4. Чим різняться:
а) лінійні, розгалужені та сітчасті полімери;
б) термопластичні й термореактивні полімери?
5. Охарактеризуйте реакції полімеризації та поліконденсації.
6. Напишіть схему реакції полімеризації сполуки CF2=CF2. Як називається утворений полімер?
7. Напишіть схему реакції в якій утворюється поліпропілен. Як називається така реакція?
7. Яка сполука може вступати в реакцію полімеризації, а яка — в реакцію поліконденсації:
а) тетрафлуороетен;
б) аміноетанова кислота?
8. Назвіть переваги і недоліки використання пластмас.
9. За матеріалами з інтернету підготуйте коротке повідомлення про полімер, який називають органічним склом, і сфери його застосування.
Сучасний світ неможливий без широкого використання високомолекулярних сполук. Більше того, ці сполуки становлять основу нашого організму.
Високомолекулярними називаються сполуки, що мають велику молекулярну масу від декількох тисяч до декількох мільйонів.
Крохмаль, целюлоза, білки, ДНК є природними високомолекулярними сполуками. Гуму, пластмаси, волокна добувають в лабораторіях або на виробництві за допомогою хімічних реакцій. Це – синтетичні високомолекулярні сполуки.
Синтетичні високомолекулярні сполуки. Полімери.
Синтетичні високомолекулярні сполуки становлять основу пластмас, волокон, гуми. За деякими властивостями ці матеріали переважають традиційні — дерево, кераміку, скло, металічні сплави. Синтетичні матеріали
набули широкого використання у промисловості, будівництві, медицині, засобах зв’язку, на транспорті, а також у нашому повсякденному житті, на роботі, відпочинку.
Застосування матеріалів на основі синтетичних високомолекулярних сполук
Серед синтетичних високомолекулярних сполук — поліетилен, поліпропілен, полістирол. Загальна назва цих та інших подібних речовин — полімери (від грец. «полі»- багато, «мерос»- частинка). (Часто полімерами називають усі високомолекулярні сполуки.)
Як же вони побудовані? Високомолекулярні сполуки складаються з дуже довгих молекул, які називають макромолекулами. У цих молекулах багаторазово повторюється певна група атомів — елементарна ланка. При написанні формули полімеру або його макромолекули елементарну ланку поміщають у дужки, за якими зазначають ступінь полімеризації n (кількість ланок):
(–СН2–СН2–)n.
поліетилен
Вихідна низькомолекулярна речовина, із якої утворюється полімер, називається мономер (від грец. «моно»- один). Так, мономером для поліетилену є етен СН2=СН2.Однією з характеристик полімеру є його середня відносна молекулярна маса. Її позначають так само, як і відносну молекулярну масу, й обчислюють за формулою:
Мr(полімеру) = n*Мr(ел. ланки),
де n —ступінь полімеризації для даного полімеру.
Далі цей термін вживатимемо без слова «відносна». Середня молекулярна маса для різних полімерів здебільшого становить від кількох тисяч до десятків мільйонів.
Залежно від будови макромолекул розрізняють лінійні (а), розгалужені (б) та сітчасті (в)(просторові) полімери.
Елементарні ланки в макромолекулі лінійного полімеру сполучені в нерозгалужений ланцюг. Таку будову мають молекули природного полімеру целюлози і синтетичних — поліетилену, поліпропілену. Макромолекули розгалужених полімерів містять бокові відгалуження, які складаються з багатьох елементарних ланок (амілопектин). У сітчастих полімерів — тривимірна будова. Ланцюги в них «зшиті» окремими атомами чи групами атомів за допомогою ковалентних зв’язків; уся речовина є однією гігантською молекулою. До сітчастих полімерів належать фенолоформальдегідні смоли.
Фізичні властивості полімерів значною мірою визначаються масою макромолекул, їх довжиною, розгалуженістю, упорядкованим чи хаотичним розміщенням у твердій речовині. Як правило, полімери нерозчинні у воді, а ті, що мають сітчасту будову, — ще й в органічних розчинниках. Полімери з лінійними макромолекулами повільно розчиняються в деяких органічних розчинниках з утворенням в’язких розчинів. Полімери сітчастої будови мають більшу міцність, ніж лінійні полімери.
Для більшості полімерів не існує певних температур плавлення і кипіння. Лінійні полімери при нагріванні спочатку розм’якшуються, потім плавляться в певному температурному інтервалі з утворенням в’язких рідин, а при подальшому нагріванні розкладаються. Полімери сітчастої будови починають розкладатися ще до плавлення. Чимало полімерів після нагрівання й подальшого охолодження не зазнають хімічних перетворень і зберігають свої фізичні властивості. Ці речовини можна багато разів розплавляти і заливати у форми, де вони при охолодженні тверднуть. Полімери з такими властивостями називають термопластичними. Серед них — поліетилен, поліпропілен. Із термопластичних полімерів за допомогою пресування, лиття виготовляють вироби різного призначення.
Існують також полімери, які під час нагрівання втрачають здатність плавитися, а також пластичність. Це — результат необоротних хімічних змін у речовинах, пов’язаних з утворенням додаткових ковалентних зв’язків і формуванням сітчастої будови. Такі полімери називають термореактивними. До них належать фенолоформальдегідні смоли.
Хімічні властивості полімерів залежать від наявності в їхніх макромолекулах кратних зв’язків, різних функціональних груп. Багато полімерів реагує з окисниками, концентрованими розчинами кислот і лугів. Значну хімічну інертність виявляють поліетилен і поліпропілен.
Полімери — термічно нестійкі сполуки (під час сильного нагрівання руйнуються).
Реакції полімеризації і поліконденсації.
Є два основні способи отримання полімерів: полімеризація та поліконденсація.
Полімеризація - це хімічна реакція послідовного сполучення однакових молекул мономера, внаслідок якої утворюється макромолекула полімеру. Реакції полімеризації властиві лише ненасиченим органічним сполукам (алкенам, алкінам і т.ін.) і відбуваються внаслідок розриву кратних зв¢язків. Так одержують поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид та ін.:
n СН2=СН2 ® (–СН2–СН2–)n.
У реакції полімеризації можуть брати участь різні сполуки (різні мономери); у цьому разі утворюється співполімер (кополімер).
Поліконденсація - метод одержання полімерів з низькомолекулярних речовин, який супроводжується виділенням побічних низькомолекулярних продуктів реакції (води, гідроген хлориду, амоніаку, тощо). Молекули мономерів при цьому повинні містити як мінімум дві характеристичні групи (однакові або різні): -ОН, -СООН, -NН2. Таким методом одержують капрон, нейлон, енант. Наприклад, реакція поліконденсації двохатомного спирту етиленгліколю:
НО-СН2-СН2-ОН + НО-СН2-СН2-ОН ® НО-СН2-СН2-СН2-СН2-ОН + Н2О
n НО-СН2-СН2-ОН ® (-О-СН2-СН2-) n + n Н2О (поліетиленгліколь ПЕГ)
Зрозуміло, що маса макромолекули полімеру — продукту реакції поліконденсації — менша, ніж сумарна маса молекул мономера. У реакції поліконденсації можуть братии участь два мономери або навіть більше (співконденсація). Прикладом такої взаємодії є утворення поліпептиду з кількох амінокислот.
Пластмаси
Значна кількість полімерів становить основу пластичних мас, або скорочено — пластмас.
Пластмаси — матеріали на основі полімерів, що зберігають після нагрівання і наступного охолодження надану їм форму.
Крім полімерів, пластмаси містять добавки, які покращують їхні властивості, підвищують стійкість до хімічно агресивних речовин, зміни зовнішніх умов. Добавками слугують розмелені деревина, крейда, графіт, а також сажа, подрібнений папір, волокна, барвники. Полімери у відповідних пластмасах є зв’язуючими компонентами. Якщо до мономера додати сполуку, яка при нагріванні розкладається з виділенням газу, то добутий полімер матиме вигляд застиглої піни; його називають пінопластом. Добавки/пластифікатори надають полімерному матеріалу пластичності.
Процес виготовлення пластмас вражає технологічною простотою, а методи добування і переробки є маловідходними. Пластмаси не розчиняються у воді, мають невелику густину, достатню міцність, довговічні, не зазнають корозії. Із пластмас легко формувати різні вироби, їх легко обробляти і надавати їм певне забарвлення.
Полімери складають основу пластмас.
Поліетилен (–CH2–СН2–)n — безбарвний прозорий або білий напівпрозорий матеріал, що зовні нагадує парафін. Механічні та фізичні властивості поліетилену залежать від умов здійснення реакції полімеризації.
На поліетилен не діють вода, розчини кислот (крім концентрованої нітратної) і лугів, жири, масла. Однак цей полімер нестійкий щодо галогенів, при нагріванні розчиняється в рідких вуглеводнях та їх галогенопохідних, горить на повітрі.
Поліетилен — термопластичний полімер. Із нього виробляють водопровідні та каналізаційні труби, пакувальну плівку і плівку для теплиць, тару, предмети побуту, ємності для зберігання неорганічних кислот і лугів. Він також слугує тепло- й електроізоляційним матеріалом. Поліетиленові вироби є відносно морозостійкими, але не витримують нагрівання вище 60—100 °С.
Поліпропілен нагадує поліетилен не лише зовні, а й за більшістю властивостей. Він також належить до термопластичних полімерів лінійної будови. Поліпропілен, як і поліетилен, добувають, здійснюючи реакцію полімеризації. Цей полімер використовують для виробництва волокон, труб, пакувальної плівки, тари, деталей технічної апаратури, предметів побуту, іграшок, одноразового посуду, а також як ізоляційний матеріал. Вироби з поліпропілену мають підвищену твердість, стійкі до тертя.
Політетрафлуоретилен (тефлон, фторопласт - 4) має високу хімічну стійкість, не руйнується навіть концентрованими кислотами, не розчиняється й не набрякає в жодному розчиннику. На відміну від поліетилену, тефлон — негорючий полімер; він витримує досить високу температуру.
Полівінілхлорид — тверда речовина, стійка до розчинів лугів, кислот, більшості органічних розчинників. При нагріванні вище 110 °С сполука розкладається з виділенням хлороводню. Полівінілхлорид є термопластичним полімером. Його використовують для виробництва штучної шкіри, лінолеуму, труб, волокон, тари, різних деталей. Із полівінілхлориду виготовляють чоботи, захисні рукавички.
Полістирол (полістирен) — аморфний термопластичний полімер лінійної будови. Він не реагує з розбавленими розчинами лугів і кислот, розчиняється в деяких органічних розчинниках. Полістиролу можна надавати будь якої форми і кольору; він добре склеюється та обробляється. Недоліки цього полімеру — невисокі міцність і термостійкість. Вироби з полістиролу і пінополістиролу широко використовують у побутовій техніці, електроніці, будівництві, медицині. Із цього полімеру виготовляють звуко- і теплоізоляційні, облицювальні та декоративні плити, деталі для медичних приладів і систем переливання крові, тару для харчових продуктів, дитячі іграшки, рятувальні круги, буйки, захисні шоломи, одноразовий посуд, тощо.
Недоліками пінополістиролу є крихкість і горючість. Плити із цього матеріалу повільно виділяють невеликі кількості стиролу С6Н5–СН=СН2 — токсичної речовини, здатної накопичуватися в організмі. Крім цього, пінополістирол легко спалахує й горить із виділенням кіптяви і шкідливих речовин.
Фенолоформальдегідні смоли — перші синтетичні полімери, які набули широкого застосування в різних сферах. Їх добувають поліконденсацією фенолу С6Н5ОН з формальдегідом (метаналем) . Залежно від співвідношення вихідних речовин, а також каталізатора утворюються термопластичні або термореактивні смоли. Фенолоформальдегідний полімер є основою фенопластів. Це термостійкі матеріали, нерозчинні у воді та органічних розчинниках. Із них виготовляють деталі електрообладнання, предмети побуту. Суміші фенопластів із відходами обробки деревини використовують у вигляді плит у будівництві, для виготовлення меблів. Наповнювачами у фенопластах слугують також бавовняне волокно, каолін тощо. Із фенолоформальдегідних полімерів виробляють склопластики — дуже міцні матеріали, які, крім полімеру, містять скловолокно або тканини з нього. Недоліком деяких фенопластів є те, що вони виділяють невеликі кількості токсичних речовин.
Вплив полімерних матеріалів на здоров¢я людини і довкілля
Дедалі більше полімерної плівки, використаних пластмасових виробів потрапляє в навколишнє середовище.
Природа «не вміє» розкладати полімерні відходи: полімерну плівку, використані пластмасові вироби, тощо. Їх утилізація є актуальним екологічним завданням. У розвинутих країнах частину відпрацьованих полімерів і пластмас переплавляють та застосовують у виробництві плівки, тари, різного обладнання, а решту переробляють на органічні сполуки, горючі газові суміші. Іноді залишки полімерних матеріалів подрібнюють і додають до будівельних сумішей. Спалюючи відходи деяких полімерів, отримують теплову енергію.
В Україні з відпрацьованого поліетилену виготовляють плівку для сільського господарства. На заміну поліетиленовим пакетам приходять паперові або зроблені з відходів целюлози (цей полімер порівняно швидко руйнується мікроорганізмами в природних умовах).
Комментарии
Отправить комментарий