Способы получения ВМС
Высокомолекулярные соединения
ВМС (полимеры) – это вещества с большой молекулярной массой (десятки, сотни тыс.), молекулы которых содержат повторяющиеся группы атомов, называемых мономерами.
1. По способам получения:
2. По свойствам и применению:
Способы получения ВМС
Реакция полимеризации – процесс соединения мономеров в молекулы полимеров, протекающих за счет разрыва кратных связей.
Где n- степень полимеризации, показывает число мономеров.
Реакции полимеризации делятся на
Цепную полимеризацию – реакции ненасыщенных соединений с двойными или двумя сопряженными связями. Протекает с образованием нестойких промежуточных частиц. При ионной полимеризации такими частицами являются ионы, возникающие при действии катализатора. При радикальной полимеризации эти частицы представляют собой радикалы, для образования которых применяются инициаторы.
Разновидностью полимеризации является сополимеризация — совместная полимеризация двух или более мономеров с образованием их сополимера, например, бутадиенстирольный каучук.
— блочный –реакция протекает в среде жидкого или газообразного мономера и мономер, полимеризуясь, образует сплошную массу (блок) полимера;
— эмульсионный – мономер полимеризуется в виде водной эмульсии и образуется суспензия полимера;
— лаковый –мономер растворяют в низкокипящем органическом растворителе, после окончания полимеризации растворитель отгоняют.
Реакция поликонденсации – процесс образования полимера за счет взаимодействия между функциональными группами одинаковых или различных мономеров, в результате которого отщепляется низкомолекулярное вещество (Н2О, NH3, HCl).
Реакция теломеризации – это цепная радикальная реакция, характерным признаком которой является образование веществ в результате присоединения одной молекулы предельного соединения к нескольким молекулам непредельного соединения.
Например, реакция теломеризации четыреххлористого углерода с этиленом: ССl + n CH2 = CH2 → Cl (CH2-CH2)n CCl3
Название теломеризации происходит от греческих слов «телос» — конец и «мер» — часть, что значит размещение частей молекулы предельного соединения по концам молекулы полимера.
Источник
ВМС основные понятия, классификация, основные способы получения, зависимость свойств от строения. Полиэтилен и полипропилен, синтетические каучуки и волокна
23.04.2012г. 59 урок 10 класс
Урок на тему: ВМС: основные понятия, классификация, основные способы получения, зависимость свойств от строения. Полиэтилен и полипропилен, синтетические каучуки и волокна.
Цель: классифицировать ранее изученные полимеры и рассмотреть строение, свойства и методы синтеза синтетических полимеров, показать их значение в природе и жизни человека.
Оборудование: компьютерный диск, коллекции каучуков, пластмасс и синтетических волокон.
Тип урока: урок — лекция.
План урока: (записан на доске)
1. Определение «полимер» и основные понятия химии ВМС. 2. Классификация полимеров. 3. Методы синтеза полимеров. 4. Структура и химические свойства полимеров. 5. Применение полимеров.
Ход урока. Учитель: Ребята, мы с вами в прошлом году изучали органические соединения, которые имели большую молекулярную массу и сложное строение. Как они называются? (Полимеры). Приведите примеры таких соединений. (Белки и нуклеиновые кислоты, каучуки.) Сегодня на уроке мы подробнее познакомимся с такими соединениями. Обратимся к компьютерному диску.
1. Определение «полимер» и основные понятия химии ВМС.
Слайд №1. Записать определения полимера, мономера, степени полимеризации, структурного звена и молекулярной массы полимера.
Полимер — ВМС, содержащий в составе многократно повторяющиеся группы атомов. Мономер — низкомолекулярное вещество, из которого синтезирован полимер. Структурное звено — многократно повторяющиеся группы атомов. Степень полимеризации — число молекул мономера, соединённых в полимер. Средняя молекулярная масса полимера рассчитывается по формуле: Мполимера= Ммономера* n , где n — степень полимеризации.
Слайд №2. Рассмотреть стереорегулярное и нестереорегулярное строение полимеров.
Слайды №3 и №4. Рассмотреть таблицы относительных молекулярных масс некоторых полимеров.
2. Классификация полимеров (по различным признакам). Слайд №5. Рассмотреть общую схему классификации полимеров по различным признакам и сравнить её с таблицей учебника (Органическая химия О.С. Габриелян с.99).
Слайд №6. Классификация по происхождению полимеров:
а) природные полимеры (белки, нуклеиновые кислоты, каучук и др.) рис. 1 Демонстрация этих полимеров
б) искусственные полимеры (вискоза, ацетатное волокно). Демонстрация этих волокон.
в) синтетические полимеры (каучуки, синтетические волокна пластмассы). рис. 2 и 3 Демонстрация коллекции каучуков.
Рис. 2. Фторопласт
Слайд №7. Классификация по строению полимера (схемы полимеров):
Слайд №8. Классификация полимеров по отношению к нагреванию (демонстрация опыта по расплавлению полимера):
а) термореактивные полимеры (при нагревании размягчаются, а затем становятся неплавкие и нерастворимые);
б) термопластичные полимеры (при нагревании размягчаются, а при охлаждении занимает определённую форму).
3. Методы синтеза полимеров.
Слайды №9-№11. Классификация полимеров по методам синтеза:
а) Реакции полимеризации. Мономерами являются соединения с двойной связью, и образуется в результате реакции только полимер.
б) Реакции поликонденсации. Мономерами являются соединения с функциональными группами и наряду с полимером, образуется ещё и низкомолекулярное вещество (вода, аммиак, хлороводород).
4. Структура и химические свойства полимеров.
Слайд №12. Структура аморфных (не имеющих порядка) и кристаллических (упорядоченных) полимеров.
Слайд №13. Химические свойства полимеров (отношение к нагреванию, устойчивость по отношению к кислотам и щелочам)
5. Применение полимеров.
Слайды №14-16. Промышленные способы получения полипропилена.
Слайды № 17-20. Химические свойства полипропилена и полипропилена, на которых основано применение этих полимеров в промышленности.
Вывод по уроку: ВМС широко распространены в природе и используются человеком в повседневной жизни, народном хозяйстве. Такое широкое применение основано на их особых свойствах. Они помогли заменить многие природные вещества.
Домашнее задание: учить лекцию и 10 параграф учебника.
Источник
Характеристика методов получения ВМС.
К ВМС относятся вещества сложного химического строения с большой молекулярной массой (порядка 10 4 – 10 6 а.е.м.). ВМС, или полимеры, представляют из себя длинные цепи, состоящие из одинаковых, многократно повторяющихся звеньев. Число звеньев в цепи называется степенью полимеризации и обозначается буквой n. Величина степени полимеризации может варьироваться в широких пределах: от нескольких единиц до 5000–10000 и более.Полимеры с высокой степенью полимеризации называются высокополимерами, с низкой – олигомерами.
Для получения полимеров используют низкомолекулярные соединения, называемыемономерами. Для удобства запоминания все мономеры можно разбить на три группы:
¨ мономеры для получения пластмасс;
¨ мономеры для получения каучуков;
¨ мономеры для получения волокон.
ВМС можно получить методами полимеризации и поликонденсации.
Получение ВМС (полимеров) из мономеров, осуществляемое за счёт разрыва кратных связей и протекающее без выделения побочных продуктов, называется полимеризацией. Реакция полимеризации, как правило, протекает в две стадии. В зависимости от характера первой стадии процесса различают радикальную и ионнуюполимеризацию. Радикальная полимеризация протекает в присутствииинициаторов – веществ, у которых энергия активизации появления свободных радикалов значительно меньше, чем у самих веществ, подвергающихся полимеризации. В качестве инициаторов чаще используются органические перекиси.
Важнейшие мономеры для получения полимерных соединений
| ФОРМУЛА | НАЗВАНИЕ | ФОРМУЛА | НАЗВАНИЕ |
| Для получения пластмасс | (NH2)2CO | Карбамид | |
| СН2 = СН2 | Этилен | Для получения каучуков и волокон | |
| СН2 = СН2Cl | Хлорвинил | CH2 = CH–CH=CH2 | Бутадиен |
| CH2 = CH–CH3 | Пропилен | CH2 = CH–CCl=CH2 | Хлоропрен |
| CH2 = CH–C6H5 | Стирол | CH2 = CH–C(CH3)=CH2 | Изопрен |
| CH2 = CH–CN | Акрилонитрил | H2N(CH2)5COOH | Аминокапроновая кислота |
| CH2 = C(CH3)COOCH3 | Метилметакрилат | H2N(CH2)6COOH | Аминоэнантовая кислота |
| CF2 = CF2 | Тетрафторэтилен | H2N(CH2)6NH2 | Гексаметилендиамин |
| HCOH | Формальдегид | HOOC–(CH2)4–COOH | Адипиновая кислота |
| C6H5OH | Фенол | HOOC–C6H4–COOH | Терефталевая кислота |
| C6H5NH2 | Анилин | HO–(CH2)2–OH | Этиленгликоль |
Примером реакции полимеризации является также получение каучуков. Надо иметь в виду, что при этом происходит перегруппировка связей. Одна p–связь разрывается и идёт на присоединение последующих молекул мономера, а вторая смещается в центр элементарного звена. Таким образом, двойная связь в макромолекуле полимера сохраняется. Так, при получении полибутадиена:
Получение ВМС (полимеров) за счёт взаимодействия различных функциональных групп, протекающее с выделением низкомолекулярных побочных продуктов, называется реакцией поликонденсации.
Взаимодействие карбамида (мочевины) с формальдегидом протекает также в две стадии: сначала образование спирта, затем взаимодействие образовавшегося спирта со следующей молекулой карбамида.
Характеристика методов промышленного производства олефиновых углеводородов
Олефины (от лат. oleum-масло) (алкены, этиленовые углеводороды., ненасыщенные ациклические углеводороды, содержащие одну двойную связь С=С; общая формула СnН2n. Атомы углерода при двойной связи имеют sp 2 -гибридизацию и образуют s- и p-связи. Последняя состоит из двух базисных орбиталей — связывающей и разрыхляющей, образующихся за счет р-орбиталей атомов С. Энергия связи
615 кДж/моль. Простейший олефин — этилен, валентные углы которого практически равны 120°. Для олефинов, начиная с С4Н8, наряду с изомерией углеродного скелета и различного положения двойной связи, возможна геометрическая (цис-, транс-)изомерия, обусловленная большим барьером вращения вокруг двойной связи.
Первое место по масштабам промышленного потребления среди олефинов занимает этилен; во всё возрастающих количествах применяют пропилен и бутены. Из высших олефинов основное значение имеют a-олефины с прямой цепью, получаемые термическим крекингомтвёрдого или мягкого парафина при температуре около 550 °С и каталитической олигомеризацией этилена с помощью алюминийорганическихкатализаторов. Полимеризацией олефинов получают высокомолекулярные продукты — полиэтилен, полипропилен и др. полиолефины. Полиэтилен— самый массовый вид пластмасс. Его производство растет очень быстро, и он широко используется во всех отраслях промышленности. Быстро прогрессирует синтез винилхлорида окислительным хлорированием этилена или смеси этилена с ацетиленом. Винилхлорид широко используется для производства многих полимерных материалов. Из поливинилхлорида изготавливают плёнки, трубы и прочие.
Большое значение в нефтехимическом синтезе приобрели окись этилена и окись пропилена; из них синтезируют гликоли, поверхностно-активные вещества, этаноламины и др. Значительное количество этилена расходуется на алкилирование бензола для производства стирола, окисление вацетальдегид и уксусную кислоту, для производства винилацетата и этилового спирта. Для получения спиртов, альдегидов и некоторых др. соединений используется оксосинтез. Хлорированием олефинов производят многие ценные растворители, инсектициды и др. вещества. Из высшихолефинов синтезируют алкилсульфаты, присадки к нефтепродуктам.
Характеристика процессов ОО и НХС.
Источник
45.Высокомолекулярные соединения, их виды, способы получения вмс.
Полимер это (от греч. πολύ- — «много» и μέρος — «часть») — высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), состоит из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок — составных звеньев, соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные линейные (например, целлюлоза) или разветвленные (например, амилопектин) цепи, а также пространственные трёхмерные структуры.
Полиолефины — это класс полимеров одинаковой химической природы (химическая формула -(СН2)-n ) с разнообразным пространственным строением молекулярных цепей, включающий в себя полиэтилен и полипропилен. Кстати сказать, все углеводы, к примеру, природный газ, сахар, парафин и дерево имеют схожее химическое строение.
Всего в мире ежегодно производиться 150 млн. т. полимеров, а полеолефины составляют примерно 60% от этого количества. В будущим полиолефины будут окружать нас в гораздо большей степени, чем сегодня, поэтому полезно присмотреться к ним повнимательнее. Комплекс свойств полиолефинов, в том числе такие, как стойкость к ультрафиолету, окислителям, к разрыву, протыканию, усадке при нагреве и к раздиру, меняется в очень широких пределах в зависимости от степени ориентационной вытяжки молекул в процессе получения полимерных материалов и изделий. Особенно следует подчеркнуть, что полеолефины экологически чище большинства применяемых человеком материалов. При производстве, транспортировке и обработке стекла, дерева и бумаги, бетона и металла используется много энергии, при выработке которой неизбежно загрязняется окружающая среда.
При утилизации традиционных материалов также выделяются вредные вещества и затрачивается энергия. Полиолефины производятся и утилизуются без выделения вредных веществ и при минимальных затаратах энергии, причем при сжигании полиолефинов выделяется большое количество чистого тепла с побочными продуктами в виде водяного пара и углекислого газа.
Около 60% всех пластиков, используемых для упаковки — это полиэтилен, который используется так широко главным образом благодаря его низкой стоимости, но также благодаря его отличным свойствам для многих областей применения.
Полиэтилен высокой плотности (ПЭНД — низкого давления) имеет самую простую структуру из всех пластиков, он состоит из повторяющихся звеньев этилена: -(CH2-CH2)-n полиэтилен высокой плотности.
Полиэтилен низкой плотности (ПЭВД — высокого давления) имеет ту же химическую формулу, но отличается тем, что его структура разветвленная: -(CH2-CHR)-n полиэтилен низкой плотности,
где R может быть -H, -(CH2)n, -CH3, или более сложной структурой с вторичным разветвлением.
Полиэтилен, благодаря своему простому химическому строению, легко складывается в кристаллическую решетку, и, следовательно, имеет тенденцию к высокой степени кристалличности. Разветвление цепи препятствует этой способности к кристаллизации, что приводит к меньшему числу молекул на единицу объема, и, следовательно, меньшей плотности.
ПЭВД — полиэтилен высокого давления
Пластичен, слегка матовый, воскообразный на ощупь, перерабатывается методом экструзии в рукавную пленку с раздувом или в плоскую пленку через плоскощелевую головку и охлаждаемый валик.
Пленка из ПЭВД прочна при растяжении и сжатии, стойка к удару и раздиру, прочна при низких температурах. Имеет особенность — довольно низкая температура размягчения (около 100 градусов Цельсия).
ПЭНД — полиэтилен низкого давления
Пленка из ПЭНД — жесткая, прочная, менее воскообразная на ощупь по сравнению с пленками ПЭВД. Получается экструзией рукава с раздувом или экструзией плоского рукава. Температура размягчения 121°С позволяет производить стерилизацию паром. Морозостойкость этих пленок такая же, как и у пленок из ПЭВД.
Устойчивость к растяжению и сжатию — высокая, а сопротивление к удару и раздиру меньше, чем у пленок из ПЭВД. Пленки из ПЭНД — это прекрасная преграда влаге. Стойки к жирам, маслам.
«Шуршащий» пакет-майка, в который вы упаковываете покупки, изготовлен именно из ПЭНД.
Отличается прекрасной прозрачностью (при быстром охлаждении в процессе формообразования), высокой температурой плавления, химической и водостойкостью. ПП пропускает водяные пары, что делает его незаменимым для «дышащей» упаковки продуктов питания (хлеба, зелени, бакалеи), а также в строительстве для гидро-ветроизоляции.
ПП чувствителен к кислороду и окислителям. Перерабатывается методом экструзии с раздувом или через плоскощелевую головку с поливом на барабан или охлаждением в водяной бане. Имеет хорошую прозрачность и блеск, высокую химическую стойкость, особенно к маслам и жирам, не растрескивается под воздействием окружающей среды.
В чистом виде применяется редко из-за хрупкости и неэластичности. Недорог. Может перерабатываться в пленку методом экструзии с раздувом, либо плоскощелевой экструзии. Расплав высоковязкий. ПВХ термически нестабилен и коррозионно активен. При перегреве и горении выделяет высокотоксичное соединение хлора — диоксин. Широко распространился в 60-70е годы. Вытесняется более экологичным полипропиленом.
Способы получения ВМС
Синтетические полимеры получают из низкомолекулярных соединений — мономеров — в результате реакции полимеризации и поликонденсации.
Полимеризация — процесс последовательного соединения одинаковых или различных молекул мономеров в одну сложную молекулу высокомолекулярного вещества полимера без образования и выделения побочных низкомолекулярных соединений, вследствие чего элементарный состав полимера и мономера один и тот же. Полимеризацией получают полиэтилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полистирол, полиакрилаты и другие полимеры, широко применяемые в технологии строительных материалов. Различают цепную и ступенчатую полимеризацию. При цепной полимеризации образуемая макромолекула сразу же приобретает конечные размеры, т. е. не возрастает при увеличение длительности процесса. С увеличением продолжительности реакции
растет лишь число макромолекул полимера, мономер расходуется постепенно. Реакцией цепной полимеризации получают такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол и т. д.
Ступенчатая полимеризация осуществляется путем постепенного, ступенчатого присоединения молекул мономера, которое сопровождается перемещением какого-либо подвижного атома или группы атомов от одних молекул к другим. Реакцией ступенчатой полимеризации получают ограниченное число полимеров, таких как поликапроамид, полиформальдегид, полиуретаны и др. На практике реакция полимеризации проходит в массе, растворе, эмульсии и суспензии.
Поликонденсация — процесс соединения молекул одного или нескольких мономеров, в результате которого образуется макромолекула полимера и выделяется низкомолекулярный побочный продукт (вода, спирт, аммиак, хлористый водород).
Реакцию поликонденсации проводят в расплаве, растворе, эмульсии, суспензии, твердой фазе как в присутствии катализаторов, так и без них. Поликонденсацией получают фенолоформальдегидные, карбамидные, фурановые, эпоксидные и другие полимеры
Источник
