Понятие о полимерах. Полиэтилен

 
 

§ 28. Понятие о полимерах. Полиэтилен

Реакция полимеризации

Как вы помните из предыдущего параграфа, этен — это ненасыщенный углеводород. Благодаря этому атомы Карбона в его молекулах могут присоединять другие атомы. Одной из химических реакций, в которых реализуется такое свойство этена, является реакция полимеризации (от греч. polymeros — состоящий из многих частей).

Под действием определенных веществ (инициаторов) двойная связь в молекуле этена может разрываться и атомы Карбона могут присоединять другие атомы, в частности атомы Карбона другой молекулы этена:

Образовавшаяся частица также способна присоединить молекулу этена:

И так может продолжаться до тех пор, пока при определенных условиях присоединение не остановится. В результате реакции образуются очень большие молекулы, в которых одинаковый фрагмент повторяется много раз:

Условно уравнение реакции полимеризации записывают следующим образом:

Суть реакции полимеризации состоит в объединении большого количества молекул ненасыщенных углеводородов — мономеров — друг с другом (рис. 28.1). Продукты реакции полимеризации называют полимерами, в их молекулах многократно повторяется фрагмент молекулы мономера.

Рис. 28.1. Молекулы мономера объединяются в молекулу полимера

• Полимеризация — процесс соединения большого числа молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в молекулу полимера.

Повторяющийся фрагмент в молекуле полимера называют элементарным звеном, число n — степенью полимеризации:

Степень полимеризации показывает число молекул мономера, которые объединились в одну молекулу полимера. Она может быть от тысячи до сотен тысяч. Поскольку молекулы полимеров состоят из большого количества фрагментов, у них очень большие молекулярные массы. Именно поэтому другое название полимеров — высокомолекулярные соединения.

В формулах полимеров не указано, чем заканчивается карбоновая цепь. На концах молекулы полимера находятся фрагменты молекул растворителя или инициатора полимеризации. Эти атомы почти не влияют на свойства полимера.

Названия полимеров происходят от названия мономеров. В нашем случае в реакцию полимеризации вступил этилен (этен), поэтому продукт реакции называют полиэтиленом:

Обратите внимание, что этилен и полиэтилен имеют одинаковый качественный и количественный состав: оба состоят из атомов Карбона и Гидрогена, причем в обоих веществах на один атом Карбона приходится два атома Гидрогена. Важным отличием между ними является то, что в молекуле этена присутствует двойная связь — это ненасыщенный углеводород, а в полиэтилене все связи одинарные. Фактически полиэтилен — это алкан с высокой молекулярной массой, поэтому химически он достаточно инертен. Полиэтилен не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, устойчив к действию окислителей. Именно химической стойкостью полиэтилена объясняется его широкое применение.

Элементарное звено полиэтилена -СН2-СН2- состоит из двух одинаковых групп атомов -CH2-. Почему же формулу полиэтилена не записывают в упрощенном виде [-CH2-]n? Это делать не принято, так как формула полимера должна отображать его связь с исходным веществом — мономером, в данном случае этиленом CH2=CH2.

Большинство полимеров (кроме некоторых биополимеров) отличаются от низкомолекулярных веществ тем, что не имеют определенной молекулярной массы. В каждом образце полиэтилена молекулы имеют разную длину и массу, поэтому, когда говорят о полимерах, используют понятие средней молекулярной массы.

Физические свойства и применение полиэтилена

Самым распространенным из полимеров является полиэтилен. Это малопрозрачное вещество плохо проводит теплоту и электрический ток, жирное на ощупь и напоминает парафин. Иногда в быту его неправильно называют целлофаном (целлофан — это совсем другой материал, изготавливаемый из целлюлозы, он только внешне напоминает полиэтиленовую пленку).

Чистые полимеры на практике обычно не используют. На их основе изготавливают различные материалы, которые называют пластмассами, или пластиками. Для их изготовления к полимерам добавляют различные вещества: стабилизаторы, пластификаторы, красители, вспениватели и т. п. Таким образом из достаточно небольшого числа полимеров изготавливают огромное количество различных пластмасс.

У большинства полимеров есть также недостатки — термическая нестойкость, горючесть и хрупкость, но благодаря достижениям науки в последнее время изобретено много новых полимерных материалов. Возможно, пластмассы вскоре станут единственным материалом, который человечество будет использовать, тем самым сохраняя природные материалы.

В промышленности полиэтилен изготавливают в виде гранул, которые затем подвергают термической обработке (рис. 28.2). Молекулярная масса полиэтилена колеблется от 30 тыс. до 3 млн в зависимости от давления, при котором происходит реакция полимеризации (табл. 11).

Рис. 28.2. Гранулы полиэтилена

Таблица 11. Сравнение различных видов полиэтилена

Признак для сравнения

Полиэтилен низкой плотности LDPE (полученный при давлении ок. 2000 атмосфер)

Полиэтилен высокой плотности HDPE (полученный при давлении ок. 40 атмосфер)

Молекулярная масса

Низкая

Высокая

Температура размягчения

Выше 100 °С

Выше 120 °С

Температура плавления

Выше 120 °С

Выше 125 °С

Плотность

Около 0,90 г/см3

Около 0,95 г/см3

Характеристика

Достаточно пластичен, мягкий, изготовленные из него пакеты не шуршат, глянцевые, воскообразные

Более жесткий, прочный, устойчив к высоким температурам и действиям химикатов

Применение

Упаковочные материалы: пленка для обертывания, контейнеры, пакеты, выдерживающие нагрузку до 4 кг

Трубы большого диаметра, канистры, сосуды для растворителей, пакеты, выдерживающие нагрузку до 20 кг

Рис. 28.3. Применение полиэтилена

В 1882 году американский химик Чарльз Макинтош во время опытов с натуральным каучуком неосторожно пролил на халат раствор каучука в бензине. Через некоторое время он заметил, что брызги воды стекают по халату, а не пропитывают его. Халат стал водонепроницаемым. Через год Макинтош организовал производство дождевых плащей, которые назвали его именем — «макинтоши».

Ключевая идея

Полиэтилен — синтетическое органическое соединение, не встречающееся в живой природе. Он является основой многих ценных материалов, которые заменили природные материалы.

Контрольные вопросы

  • 321. Какие вещества называют полимерами? Чем они отличаются от других материалов?
  • 322. Что общего между мономером и элементарным звеном полимера? Чем они отличаются?
  • 323. Дайте определение понятиям «реакция полимеризации», «мономер», «полимер», «степень полимеризации» и «элементарное звено».
  • 324. Охарактеризуйте физические свойства полиэтилена.
  • 325. Назовите сферы применения полиэтилена.
  • 326. Объясните, почему химические свойства полиэтилена отличаются от свойств этилена.

Задания для усвоения материала

327. Определите общие и отличительные признаки между: а) алканами и полиэтиленом; б) этеном и полиэтиленом.

328. Из § 2 вспомните особенности аморфных и кристаллических веществ. Исходя из физических свойств полиэтилена сделайте вывод, к каким веществам он относится: кристаллическим или аморфным.

329. Перечислите сферы применения полиэтилена. Обоснуйте, благодаря каким физическим свойствам полиэтилен применяют именно так и является ли оправданной замена природных материалов полиэтиленом.

330. Средняя относительная молекулярная масса полиэтилена, полученного при низком давлении, равна 280 тыс. Сколько молекул этилена расходуется в среднем на образование одной молекулы полимера?

331. Вычислите и сравните массовые доли Карбона и Гидрогена: а) в этене; б) в полиэтилене состава [-СН2-СН2-]1000.

332*. В дополнительных источниках найдите информацию о способах получения, химических и физических свойствах, а также применении пластмасс.

333*. Как вы считаете, может ли человечество полностью отказаться от использования природных материалов в пользу пластмасс? Перечислите все «за» и «против» такой замены.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Хімії за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.