07. Полимеры. Каучук

Способы получения полимеров

Полимеры – это вещества, состоящие из множества повторяющихся звеньев. В результате чего их молекулярная масса может достигать много сотен и даже миллионов единиц. Это чрезвычайно важные для человека и промышленности соединения. Из полимеров изготавливаются многие синтетические ткани, каучуки и пластики. Полимеры всегда образуются из множества одинаковых молекул, называемых мономерами.

Способы получения полимеров

Реакция поликонденсации

Реакция поликонденсации – это процесс образования высокомолекулярных веществ из низкомолекулярных, идущий с выделением побочных продуктов. В отличие от реакции полимеризации, этот процесс не может быть отнесен к типу реакций соединения.

Для реакции поликонденсации также необходимо, чтобы молекулы исходного вещества могли реагировать не менее чем с двумя другими молекулами. Но это достигается в данном случае не за счет двойных связей, а благодаря наличию в молекулах не менее двух функциональных групп атомов.

Примером такой реакции может служить уже известный процесс образования полипептидов из аминокислот. Аминокислоты – соединения, имеющие две функциональные группы:

За счет этих групп молекулы одной и той же аминокислоты могут многократно реагировать друг с другом, образуя более крупные молекулы; при этом выделяется побочный продукт реакции – вода:

Элементарным, многократно повторяющимся звеном такой макромолекулы будет:

Когда в подобное взаимодействие вступают две молекулы, процесс называется конденсацией. Поскольку при образовании макромолекулы процесс происходит между многими молекулами, реакция называется поликонденсацией.

Реакция полимеризации

Полимеризация непредельных соединений схематически может быть представлена простым уравнением

в действительности представляет собой сложный процесс, состоящий из большого числа последовательных реакций.

В зависимости от типа катализатора, существуют разновидности полимеризации: радикальная, ионная, координационная (см. схему 1).

Разновидности реакции полимеризации

Радикальная полимеризация

Катализаторами являются свободные радикалы: как радикалы галогенов, так и молекулы кислорода, и даже радиоактивное излучение. При реакции радикальной полимеризации получается одно из самых важных промышленно важных веществ – полиэтилен.

Из полиэтилена изготавливают различные пластиковые бутылки, покрытия, пленки, изоляцию для проводов и др.

Ионная полимеризация

Ионная полимеризация делится на катионную и анионную. В качестве катализаторов используются щелочные металлы для анионной полимеризации, и кислоты – для катионной. Ионная полимеризация сейчас редко применяется в промышленности, так как требует тщательной очистки исходных веществ. Но этот вид полимеризации имеет историческое значение.

С начала XX века человечеству стало не хватать природного каучука, поскольку уже тогда он использовался для получения автомобильных шин, а автомобилей становилось все больше. Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука считается русский ученый С. В. Лебедев. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910 г., промышленное производство началось в 1932 г.

При двойной связи атомы могут находиться как в цис-, так и в транс- положении. В натуральном каучуке содержится углеводород цис-полиизопрен . Он является стереорегулярным полимером. Молекула может содержать 20–40 тыс. элементарных звеньев. Поэтому каучук, полученный С. В. Лебедевым, уступает природным аналогам.

Координационная полимеризация

Координационная полимеризация была открыта в середине ХХ века. В ней в качестве катализаторов используются ионы переходных металлов. В реакции образуются неустойчивые комплексы этих металлов с органическими соединениями. В 1963 году за открытие данного метода полимеризации итальянец Джулио Натта и немец Карл Циглер получили нобелевскую премию. В координационной полимеризации чаще всего используются смешанные катализаторы, состоящие из тетрахлорида титана и триэтилалюминия. Он также называется катализатором Циглера-Натта.

Преимущество данного метода заключается в том, что каучук получается только с цис-расположением двойной связи. Он не только не уступает природному аналогу, но даже и превосходит его. Поэтому большинство современных каучуков получаются именно с использованием такого катализатора.

В настоящее время выпускаются сотни сортов различных синтетических каучуков.

Подведение итога урока

На этом уроке вы получили представление о теме «Полимеры. Каучук». Используя этот материал, вы смогли узнать о новом классе соединений – полимерах. Вы задумались о том, насколько важны полимеры для промышленности и как их особенности связаны со способами получения полимеров. Немного узнали о каучукахи различных способах полимеризации.

Список литературы

1. Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е издание. – М.: Просвещение, 2012.

2. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин и др. – М.: Дрофа, 2008. – 463 с.

3. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин и др. – М.: Дрофа, 2010. – 462 с.

4. Хомченко Г. П., Хомченко И. Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. – 4-е изд. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. – 278 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Химик»

2. Интернет-портал «Библиотека по химии»

Домашнее задание

1. №№ 5, 6 (с. 44) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е издание. – М.: Просвещение, 2012.

2. В чем различие между реакциями полимеризации и поликонденсации? Покажите это на примерах?

3. В производстве некоторых синтетических материалов используется поликонденсация дикарбоновых кислот с этиленгликолем . Составьте уравнение такой реакции, выразив формулу дикарбоновой кислоты в общем виде