Виды пластмасс и их маркировка
Дата 06.05.2020 химия 10 класс
Тема: Биотехнология. Классификация полимеров. Искусственные и синтетические полимеры.
Биотехнология – наука изучающая использование живых организмов и биологических процессов в производстве.
Стр.110 .
Генная инженерия – совокупность методов и технологий выделения генов из организма, введения их в другие организмы, а также конструирование новых, не существующих в природе генов.
Стр.111
Клеточная инженерия – методы конструирования клеток нового типа. Клонирование – получение идентичных генетически одинаковых потомков. Стр112
Мы с вами пользуемся ежедневно мобильными телефонами, компьютерами, интернетом. Нас уже не удивляет искусственный интеллект. Это для нас генная инженерия или полеты в космос стали привычным делом. А задумывались ли вы, благодаря чему все это стало возможным?
Разве смогло бы человечество открыть космическую эру, если бы не было новых, невиданных ранее материалов для создания обшивки корабля, одежды космонавтов, новых видов топлива, сверхчистых материалов для создания электроники? Риторический вопрос! Конечно же, нет!
Моряки второй экспедиции Колумба к берегам Америки, высадившиеся на острове Гаити в 1496 году, с удивлением наблюдали, как островитяне играют в мяч, который высоко подпрыгивает при ударе о землю. Известные в Европе мячи из кожи и шерсти не обладали такой прыгучестью. Из какого вещества были сделаны мячи островитян?
|
|
|
( из каучука)
Полимеры - это высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из множества повторяющихся одинаковых структурных звеньев. Молекула полимера называется макромолекулой.
Способы образования полимеров.Синтез полимеров из низкомолекулярных соединений (мономеров) основан на реакциях двух типов: полимеризации и поликонденсации.
Реакция полимеризации - это химический процесс соединения множества молекул мономеров в крупные молекулы полимеров.
Например, полипропилен получают из пропилена СН2=СH–CH3, который является мономером, а полиэтилен из этилена:
n СН2 = СH2→ (-СН2- СH2-)n
CH3- CH3 мономер- этилен (этен), полимер - полиэтилен
пропилен→ полипропилен
Мономер – вещество, из которого образуется полимер.
Структурное звено – повторяющаяся группа атомов.
n-степень полимеризации.
Реакция поликонденсации - это процесс образования полимеров из множества молекул мономеров, которые сопровождаются выделением побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды).
nC6H12O6 → (C6H10O5)n + H2O
глюкоза→ крахмал
Кроме того, следует отметить, что некоторые полимеры получают не из мономеров, а из других полимеров, используя химические превращения макромолекул. (Например, при действии азотной кислоты на природный полимер целлюлозу получают новый полимер - тринитратцеллюлозы).
|
|
|
[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O
целлюлоза тринитратцеллюлоза
Полимеры используют для изготовления на их основе пластмасс, волокон и других материалов.
Пластмассы - это материалы, полученные на основе полимеров, способные приобретать заданную форму при изготовлении изделия и сохранять ее в процессе эксплуатации.
Полимер и пластмасса - это не одно и тоже. Любая пластмасса содержит полимер, но кроме него в состав могут входить и другие компоненты: красители (придают материалу цвет), наполнители (обеспечивают жесткость пластмассы), пластификаторы (делают материал более эластичным, гибким) и др. Именно полимер связывает все компоненты пластмассы в единое целое, поэтому это самый важный компонент. (Первые пластмассы получали на основе природных полимеров - производных целлюлозы, каучука и т.д.)
Волокна - это полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, пряжи и текстильных материалов.
Химия- одна из очень важных и древних наук. Человек всегда наблюдал вокруг себя различные изменения когда одни вещества давали начало другим или неожиданно меняли свою форму, окраску, запах. Беспокойные умы мыслителей прошлого пытались объяснить непрерывно возникающие в природе химические превращения, любопытные глаза подмечали все новые явления в окружающем мире, искусные руки осваивали сложные ремесла, неизменно связанные с химией.
|
|
|
Более двухсот лет назад наш знаменитый соотечественник М.В. Ломоносов выступил в публичном собрании Петербургской Академии наук. В своем докладе «О пользе химии» он сказал: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие… Куда не посмотрим, куда не оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания».
«Классификация полимеров по происхождению».
В зависимости от происхождения различают природные и химические полимеры. Природные полимеры встречаются в природе. К ним относятся крахмал, целлюлоза, клетчатка, белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук.
Химические полимеры получают с помощью химических реакций из различных органических веществ. Химические полимеры в свою очередь подразделяют на искусственные и синтетические.
|
|
|
Искусственные полимеры получают на основе природных полимеров путем химической модификации. К таким полимерам относят: вискозу, целлулоид, ацетатное волокно. Исходным веществом, для получения названных полимеров, является целлюлоза.
Синтетические полимеры получают из органического сырья (нефть, газ, каменный уголь) с помощью различных химических процессов. Синтетические полимеры являются результатом работы химиков. К синтетическим полимерам относятся: полиэтилен; полипропилен; полистирол; фенолформальдегидные полимеры; синтетические волокна (лавсан, нитрон, капрон, хлорин); синтетические каучуки. Синтетические полимеры можно выделить в две группы, по способу получения, полимеризационные и поликондесационные.
Среди органических веществ клетки белки занимают первое место как по количеству, так и по значению.
Белки – это непериодические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
В организме человека встречается 5 млн типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Такое разнообразие обеспечивается сочетанием всего лишь 20 разных аминокислот, составляющих несколько сотен, а иногда и тысяч комбинаций. Порядок их чередования может быть самым разнообразным; благодаря этому возможно существование огромного числа молекул белка, отличающихся друг от друга. Например, из 20 остатков аминокислот теоретически можно составить около 2 • 1018 вариантов белковых молекул, различающихся порядком чередования аминокислот, а значит, и формой, и свойствами.
Белки делятся на протеины, содержащие только остатки аминокислот, и протеиды, содержащие еще и небелковую часть ( липо-, хромо-, глико-, фосфопротеиды)
←Белки (по составу)→
Протеины Протеиды
(простые) (сложные)
макромолекулы состоят только кроме остатков ά- аминокислот макромолекулы
из остатков ά- аминокислот. содержат другие группы атомов
«Классификация полимеров по отношению к нагреванию».
Понятно, что превращать в готовые изделия удобнее те пластмассы, которые обратимо твердеют и размягчаются. Это так называемые термопласты, или термопластичные полимеры, которые сохраняют свою пластичность после нагревания. Их можно рационально обрабатывать и перерабатывать методом литья под давлением, вакуумной формовки, профильным прессованием. К термопластичными полимерам относят: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, капрон.
Если же в процессе формования изделия происходит сшивка макромолекул и полимер, твердея, приобретает сетчатое строение, то это вещество уже нельзя возвратить в вязкотекучее состояние нагреванием или растворением. Такие полимеры называют термореактивными или реактопласты. Реактопласты теряют свою пластичность при нагревании. Кроме фенолоформальдегидных полимеров, к ним относят карбамидные и полиэфирные смолы.
«Классификация полимеров по форме макромолекул».
Макромолекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму в зависимости от строения основной цепи. Поэтому по форме макромолекул полимеры бывают линейными, разветвленными и пространственными (трехмерными).
Структурные звенья линейных полимеров соединены в длинные цепи последовательно друг за другом. Такую структуру имеют: полиэтилен (низкого давления), полипропилен, поливинилхлорид, синтетические волокна.
Разветвленную структуру имеют полиэтилен (высокого давления), синтетические каучуки. Синтетические каучуки в зависимости от пространственной конфигурации структурных звеньев разделяют на стереорегулярные и нестереорегулярные. Стереорегулярные полимеры, такие в которых структурные звенья в цепи чередуются в строго определенном порядке. Нестереорегулярные полимеры, такие в которых структурные звенья в цепи чередуются произвольно. Стереорегулярность влияет на такое важнейшее свойство каучуков, как эластичность.
Пространственную структуру, при которой линейные молекулы соединены между собой химическими связями, имеют: фенолформальдегидные полимеры, резина (трехмерная структура образуется при вулканизации каучука)
Виды пластмасс и их маркировка
Буквенная маркировка
Название пластмассы
Влияние на здоровье человека
полиэтилентерефталат
подходит только для однократного применения, приповтором применении могут выделяться вредные вещества.
полиэтилен высокой плотности
считается относительно безопасным, хотя из него может выделяться формальдегид.
поливинилхлорид
запрещен для пищевого применения, т.к. выделяет канцерогенные вещества.
полиэтилен низкой плотности
относительно безопасен для пищевого применения, в редких случаях может выделять формальдегид, полиэтиленовые пакеты не столь опасны для здоровья человека, сколь опасны для экологии планеты.
полипропилен
довольно безопасен, но при определенных условиях может выделять формальдегид.
полистирол
может выделять стирол, поэтому одноразовая посуда и называется одноразовой.
Справочные данные:
Стирол вызывает заболевания сердца, оказывает сильное воздействие на печень, вызывая токсический гепатит.
Формальдегид, фенолформальдегид - канцерогенные, токсичные вещества. Выделяясь, раздражают горло, бронхи, слизистую оболочку глаз, снижают иммунитет.
Диеновые углеводороды применяются в производстве синтетических каучуков, из которых в том числе делают и резину.
Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из жидкости молочно-белого цвета − сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева». Слово «каучук» происходит от индейских слов «кау» — «дерево» и «учу» — «плакать». Надрезая кору дерева гевеи, индейцы Южной Америки заставляли его «плакать» и собирали вытекающий сок — латекс. При нагревании латекса содержащиеся в нем мельчайшие шарики смолы соединялись и выпадали в осадок. Промывая осадок и выдерживая его над костром, индейцы получали куски каучука.
Молекула натурального каучука состоит из звеньев легколетучего углеводорода — изопрена и имеет всюду одинаковую (регулярную) микроструктуру (91-96%). Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:
-паренхимные — каучук в корнях и стеблях;
-хлоренхимные — каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов.
-латексные — каучук в млечном соке.
-травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.
Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение. В 1823 г впервые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей, одежды и галоши. Пропитанная масляным раствором каучука ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства. Но такие изделия не нашли широкого применения — на морозе они трескались, летом размягчались и липли к телу. Надо было сделать такой каучук, который сохранял бы эластичность и прочность при разных температурах.
И вот в 1839 г. он нечаянно уронил кусочек каучука, перемешанного с серой, на горячую плиту. Кусочек обуглился, но в середине его светлела полоска необычного материала, который, как оказалось, обладал всеми желаемыми свойствами: прочностью, эластичностью и др. Так впервые была получена резина.
Со временем выяснилось, что вулканизацию можно проводить и без серы — некоторые другие вещества тоже способны «сшивать» молекулы каучука. Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Процесс получения резины путем нагревания каучука с серой назвали вулканизацией. В наши дни научились вулканизировать каучук вообще без посторонних веществ, воздействуя на него радиоактивными излучениями.
В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев. Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год. Для изготовления одного автомобиля требуется более 100 кг каучука. А дерево гевеи за целый год способно выдать всего 1—2 кг. Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом. И вскоре резиновая промышленность начала быстро развиваться и возникла нехватка натурального каучука.
Советские ученые начали поиски способов получения искусственного каучука из соединений, близких по природе к изопрену. Академику С. В. Лебедеву и. Только в конце 20х годов XX века русским учёным, академиком Лебедевым С. В. удалось разработать процесс синтеза каучука на основе углеводорода дивинила: при химической реакции - полимеризации бутадиена-1,3 (дивинила) на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука. Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. В 1932 г Ярославский шинный завод выдал первый товарный синтетический каучук.
В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук, который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, − был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.
Синтетический каучук − высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают в основном из природного и попутного нефтяных газов, а также отдельных углеводородных фракций нефтепереработки.
Синтетический каучук получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, неопрена, хлорпрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. Подобно натуральным каучукам, синтетические имеют длинные макромолекулярные цепи, иногда разветвленные, со средним молекулярным весом, равным сотням тысяч и даже миллионам. Полимерные цепи в синтетическом каучуке в большинстве случаев имеют двойные связи, благодаря которым при вулканизации образуется пространственная сетка, получаемая при этом резина, приобретает характерные физико-механические свойства.
Если бы не наука химия, если бы не современные материалы с заданными свойствами, не было бы в нашей жизни машин, самолетов, электронных гаджетов, красивой одежды, красивых домов и многого другого. Химия помогла человеку создать много полезных и нужных веществ, в первую очередь- полимеров. Это пластмассы, каучуки, синтетические волокна и пленки. Материалы эти прочные, долговечные, неразрушающиеся.
И это уже стало на нынешнем этапе развития цивилизации человеческой бедой, так как идет засорение нашей планеты отжившими свой век синтетическими материалами. Однако эти факты говорят нам не о том, что нужно отказаться от достижений современной химии, а о необходимости совершенствования знаний. Чтобы с помощью химии будущего создавать вещества нужные, красивые, но экологичные, способные включаться в круговорот веществ, не загрязняя окружающую среду.
Дорогие друзья! Мы получаем много информации об экологических проблемах, о вреде, который наносит окружающей среде химическое производство. Но уже сегодня, с помощью достижений «зеленой химии», ученые создают производственные комплексы, где мирно соседствуют химические производства с цветущим растительным и животным миром.
И нам, людям 21 века, необходимо очень хорошо знать химию, чтобы сохранить воду на планете чистой, траву зеленой, воздух прозрачным, животный и растительный мир здоровым.
Любите химию, изучайте ее, создавайте полезные, экологически чистые производства, и вы, люди 21 века, будете иметь все необходимое для счастливой и благополучной жизни. До свидания
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 31; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!