Пластмассы

их строение, свойства, применение.
Термопластичные и термореактивные полимеры

Урок-исследование • 11 класс

Цели. Продолжить знакомство с высокомолекулярными соединениями на примере пластмасс. Иметь представление о пластмассах, их составе и свойствах, особенностях термореактивных и термопластичных полимеров, способах их получения и областях применения. Научить учащихся доказывать некоторые свойства пластмасс в ходе выполнения химического эксперимента. Способствовать дальнейшему развитию интеллектуальных умений и навыков. Пропагандировать здоровый образ жизни, убеждать в необходимости охраны окружающей среды. Развивать логическое мышление учащихся, умение анализировать, сравнивать, делать выводы.

Форма проведения урока – урок-исследование (2 ч).

Оборудование и реактивы. Карточки с заданиями и теоретическим материалом, магнитофон, кассета с записью инструментальной музыки, спиртовка, спички, штатив для пробирок, пробиркодержатель, пробирки, химические стаканы, тигельные щипцы; образцы пластмасс (раздаточный материал), изделия из пластмасс, изготовленные по разным технологиям и с разной маркировкой (куски линолеума, кожзаменителя, полиэтиленовые пакеты, пластмассовая посуда, предметы бытовой химии, косметика, парфюмерия, лекарства в пластмассовых упаковках, пластиковые бутылки из-под растительного масла и газированной воды, шприцы), вода, серная кислота, щелочь.

План

«Мягкая посадка».
Ода пластмассам.
Пластмассы и их значение.
Составные части пластмасс.
Немного истории...
Классификация пластмасс. Термопластичные и термореактивные полимеры.
Самостоятельное изучение теоретического материала (работа в группах).
Выступления учащихся, проведение исследований, выполнение химического эксперимента.
Тест.
Рефлексия.
Заключительное слово учителя.

ХОД УРОКА

Сообщение учителем темы, цели и задач урока. Фронтальный опрос по домашнему заданию, в ходе которого учащиеся, правильно ответившие на вопрос учителя, получают оценки и садятся на свое место.

Мягкая посадка ожидает вас,
Сядет тот за парту, кто покажет класс,
Грамотно ответив на вопрос любой,
Останетесь довольны оценкой и собой.

1. Какие вещества относятся к высокомолекулярным соединениям (ВМС)?

(ВМС – это соединения, молекулы которых
состоят из большого числа
повторяющихся звеньев.)

2. Приведите примеры природных ВМС.

(Органические соединения – целлюлоза,
белки, крахмал, натуральный каучук;
неорганические – графит, силикаты.)

3. Что представляют собой искусственные и синтетические ВМС?

(Искусственные ВМС получают из природных ВМС,
используя химические методы, которые
не изменяют главную цепь. Синтетические
ВМС получают при помощи реакций
полимеризации и поликонденсации
низкомолекулярных веществ.)

4. Приведите примеры искусственных и синтетических полимеров.

(Искусственные органические полимеры –
ацетил-целлюлоза, нитроцеллюлоза, резина;
синтетические органические полимеры –
полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, капрон, лавсан, каучуки;
синтетические неорганические полимеры – стекловолокно,
керамические волокна.)

5. Как с греческого языка переводятся слова «полимер» и «мономер»?

(«Поли» – много, «моно» – один, «мерос» – часть.
Полимеры – это высокомолекулярные соединения.
Мономеры – это низкомолекулярные вещества,
из которых получают полимеры.)

6. Что такое «степень полимеризации»?

(Степенью полимеризации (поликонденсации)
называют среднее число структурных звеньев
в молекуле полимера.)

7. Что такое «структурное звено»?

(Повторяющийся участок структуры
молекулы полимера называют структурным звеном.)

8. Какие полимеры называют полимерами стереорегулярного строения?

(Полимеры стереорегулярного строения
имеют регулярно расположенные радикалы
по одну или по обе стороны главной цепи.)

9. Чем отличаются реакции полимеризации от реакций поликонденсации?

(В ходе реакций полимеризации образуются только полимеры;
при реакциях поликонденсации образуется полимер
и в качестве побочных продуктов – низкомолекулярные вещества.)

10. В чем особенность понятия «молекулярная масса полимера»?

(Указываемая для полимера относительная молекулярная масса
является его средней относительной молекулярной массой,
т.к. степень полимеризации не является величиной постоянной.)

  Ода пластмассам

Воспеть в стихах решила я
Не шум осеннего дождя,
Не ураган сверх всякой меры –
Пластмассы, в общем, полимеры.
И оду скромную свою
Я им сегодня ниспошлю.

Но… в завершении стиха
Вопрос возник: «В них нет греха?»
Я предлагаю вам собраться,
Во всем детально разобраться.
Мы все исследуем, сравним,
Рекомендации дадим.
Вот цель урока – все узнать,
Чтоб в своей жизни применять.

Пластмассы и их значение

Пластмассы (пластические массы, пластики) – это большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.

Эти вещества состоят в основном из углерода С, водорода Н, кислорода О и азота N. Все полимеры имеют высокую относительную молекулярную массу – от 10 000 до 500 000 и более (для сравнения – кислород О₂ имеет относительную молекулярную массу, равную 32). Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.

Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами. В ряде случаев в качестве сырья применяют природные полимеры – целлюлозу, каучук или канифоль. Чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным химическим реакциям. Например, целлюлозу посредством разнообразных реакций можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука получают резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.

Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство используемых пластмасс являются синтетическими. Органическое вещество с небольшой молекулярной массой (мономер) сначала превращают в полимер, который затем прядут, отливают, прессуют или формуют в готовое изделие. Сырьем обычно являются простые, легкодоступные побочные продукты угольной и нефтяной отраслей промышленности или производства удобрений.

Составные части пластмасс

К составным частям пластмасс относятся: полимер (смола), наполнители, пластификаторы (эфиры), стабилизаторы, красители.

Например, термореактивные смолы по своей природе хрупкие и, за исключением фенольных, редко используются без волокнистых наполнителей. Чаще всего в качестве наполнителей применяют древесные опилки, хлопковые очесы, целлюлозные волокна и ткани, асбест и стекловолокно. Последнее позволяет получать слоистые структуры со значительно большей прочностью, чем целлюлозные или органические волокна.

Немного истории…

Первыми пластическими массами были эбонит (1843), целлулоид (1872) и галалит (1897), созданные на основе химически модифицированных природных полимеров – натурального каучука, нитроцеллюлозы и белковых веществ. Получение первых синтетических смол и пластмасс относится к началу ХХ столетия. В начале столетия был освоен выпуск фенопластов (первые синтетические ВМС – бакелит и карболит представляют собой фенолформальдегидные смолы, полученные поликонденсацией фенола с формальдегидом), а после первой мировой войны – аминопластов. В 1930-х гг. начался промышленный выпуск полистирола, поливинилхлорида, полиметилметакрилата и др.

Классификация пластмасс.
Термопластичные и термореактивные полимеры

Термопластами называют все линейные или слегка разветвленные полимеры. Термопластичность – это свойство пластмасс многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. При этом физическом процессе, похожем на повторяющиеся плавление и кристаллизацию, химических изменений не происходит.

Реактопласты (термореактивные, или термоотверждающиеся, пластмассы). Если процесс полимеризации протекает более чем в двух направлениях, то возникают молекулы, образующие не линейные цепи, а трехмерную сетку, реактопласты. Эти полимеры можно размягчить нагреванием, но при охлаждении они превращаются в твердые неплавящиеся тела, которые невозможно снова размягчить без химического разложения. Необратимое затвердевание вызывается химической реакцией сшивки цепей.

Важным процессом этого типа является присоединительная полимеризация дивинилбензола:

где R и R' – арилалкильные радикалы нелинейной полимеризации.

В дивинилбензоле две двойные винильные связи. В ходе полимеризации они образуют трехмерную сетчатую структуру. При нагревании полученный полимер медленно разлагается.

Хорошо известный реактопласт – фенолоформальдегидную смолу – получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Гидроксильная группа повышает активность атомов водорода бензольного кольца в положениях 2, 4 и 6, что позволяет образовывать связи в нескольких направлениях:

2,4,6-Тригидроксиметилфенол, реагируя с фенолом, отщепляет воду и образует трехмерную сетчатую структуру. Начальная стадия выглядит следующим образом:

Из вышесказанного следует простой и логичный вывод: все линейные полимеры термопластичны, а все сшитые сетчатые полимеры реактопластичны (термореактивны). Очевидно, структура мономерных единиц и их функциональных групп позволяет предсказать тип пластмассы, получаемой при полимеризации.

Печатается с продолжением

И.П.Филинова,
учитель химии и экологии школы № 172
(пос. Архара, Амурская обл.)