Поняття про полімери. Застосування поліетилену

НА ТЕМУ : поняття про полімери на основі поліетилену

ПІДГОТУВАВ :

УЧЕНЬ 9 – А КЛАСУ

СІЧАК ОЛЕГ

Поняття про полімери. Застосування поліетилену

Після опрацювання § 25 ви зможете:

складати й пояснювати молекулярну, електронну та структурну формули поліетилену та його елементарної структурної ланки; характеризувати склад, структуру, фізичні та хімічні властивості поліетилену; наводити приклади застосування поліетилену; встановлювати причинно-наслідкові зв'язки між складом, будовою, властивостями і застосуванням поліетилену; обґрунтовувати застосування та роль у природі поліетилену його властивостями.

На шляху до успіху пригадаємо з вивчених курсів хімії:

які фізичні й хімічні властивості етилену; яка валентність Карбону в органічних сполуках; чим зумовлена низька реакційна здатність метану та його гомологів; що таке каталізатор; що таке діелектрики; чим аморфні речовини відрізняються від кристалічних.

• Які речовини є полімерами? Це, наприклад, поліетилен - чи не найвідоміша й найпоширеніша полімерна сполука, яку добувають полімеризацією етилену.

Чи не забагато для одного речення слів із префіксом полі-? Що він означає, звідки походить? З грецької «polys-» - численний, великий, більший за норму. Тому полімери зовсім небезпідставно називають велетнями органічного світу. Адже, порівняно з іншими органічними сполуками, їхня молекулярна маса величезна - від десятків тисяч до мільйонів. Молекули полімерів побудовані з численних елементарних структурних ланок - залишків молекул низькомолекулярних сполук. Такі низькомолекулярні сполуки називають мономерами - від грецького «mono-» - один. Утворення полімеру шляхом послідовного сполучення молекул мономера називають полімеризацією. Приміром, за підвищеної температури й тиску в присутності каталізатора десятки й сотні тисяч молекул етилену можуть з'єднуватися між собою в довгі ланцюги. Опис цього процесу на мікрорівні представлено на малюнку 25.1.

Кількість елементарних ланок у полімерному ланцюзі називають ступенем полімеризації (див. схему 25.1) .

• Де трапляються полімери і для чого їх застосовують? Нині чи не кожний предмет навколо нас містить певну частку натуральних і синтетичних речовин полімерної природи. Вони входять до складу клеїв і фарб, без них неможливо виготовити взуття і тканини, меблі й автомобілі, сантехнічні вироби й оздоблювальні матеріали. Полімери - складові засобів косметики й гігієни, лікарських препаратів, харчових продуктів тощо. Полімери і пластмаси на їх основі - сучасні, дешеві, відносно надійні й безпечні матеріали, які заполонили світ, ставши невід'ємною частиною життя кожної людини.

• Чому поліетилен застосовують у найрізноманітніших галузях? Аби відповісти на це аж ніяк не риторичне запитання, розгляньмо склад і структуру молекул поліетилену - саме вони зумовлюють унікальний комплекс його властивостей.

Поліетилен за властивостями і структурою докорінно відрізняється від етилену й радше подібний до вищих насичених вуглеводнів. І зовнішнім виглядом, і на дотик цей полімер нагадує парафін. Так саме як парафін, поліетилен розм'якшується й плавиться за порівняно невисоких температур. Аби пересвідчитися в цьому, нагріймо виріб з поліетилену (трубочку, пробку від пляшки тощо) над полум'ям пальника. Поліетилен швидко розм'якшується, тож можна змінити його форму -вона збережеться й після охолодження виробу. Накладімо одну поліетиленову плівку на край іншої такої самої плівки й накриймо їх аркушем паперу. Проведімо по ньому над місцем стикання плівок не дуже нагрітим паяльником або іншим металевим предметом: плівки виявляться міцно «звареними». Ця властивість поліетилену зумовила його використання для ламінування документів, друкованих наочних посібників. Унаслідок багаторазового нагрівання і охолодження поліетилен зберігає свої властивості, він термопластичний.

Якщо поліетилен нагріти сильніше, він плавиться, горить неї полімер синюватим полум'ям без кіптяви.

Поліетилен не втрачає стійкості навіть за температури -70 °С, том; нього виготовляють судки для зберігання харчових продуктів у морозильних камерах. Він нетоксичний, не розчиняється у воді й не змочується нею (пригадайте, як називають цю властивість), стійкий до дії розчинів кислот, лугів, калій перманганату, органічних розчинників тощо.

У молекулах поліетилену відсутні ділянки з підвищеною чи зниженою і електронною густиною. Під дією змінного електричного поля молекулі поліетилену не коливаються, тобто не поглинають і не розсіюють енергію поля, тому поліетилен - чудовий діелектрик. Недолік цього полімеру -його нестійкість до сонячної радіації, особливо УФ-променів.

Хімічні, фізичні й експлуатаційні властивості поліетилену залежать віх густини й молекулярної маси полімеру. Тому вони різні для різних внеси поліетилену. Приміром, поліетилен з розгалуженим ланцюгом (мал. 25.2.1 ) м'якший за поліетилен з нерозгалуженими молекулами (мал. 25.2,2).

Плівки з поліетилену низького тиску твердіші й щільніші, ніж з поліетилену високого тиску. Вони більш міцні, а їхня проникність значно нижча.
Надвисокомолекулярний поліетилен із відносною молекулярною масою понад 1 000 000 має підвищені експлуатаційні властивості. Температурний інтервал його використання від -260 до +120 °С. Він має низький коефіцієнт тертя, високу зносостійкість, стійкість до розтріскування, хімічно стійкий у найагресивніших середовищах.

Завдання

За малюнком 25.3 опишіть застосування поліетилену та обґрунтуйте його властивостями цього полімеру.

Унікальний комплекс фізичних і хімічних властивостей зумовив застосування поліетилену як одного з найважливіших сучасних матеріалів. Аби пересвідчитися в цьому на власні очі (радше сказати, власноруч, виконайте лабораторний дослід.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

Пригадайте й неухильно виконуйте ПРАВИЛА ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ОБЛАДНАННЯМ І РЕАКТИВАМИ

№ 7. Ознайомлення зі зразками виробів з поліетилену

Обладнання: скляна паличка, пальник, керамічна або дерев'яна дощечка, поліетиленова й паперова смужки, шматочки поліетиленової плівки, поліетиленовий мішечок та інші вироби з поліетилену.

Завдання. Обґрунтуйте властивостями поліетилену його застосування для виготовлення виробів, з якими ви ознайомилися.

Інструкція

• Роздивіться видані вам вироби з поліетилену. Якого вони кольору, які на дотик?
• Роздивіться поліетиленову плівку. Чи прозора вона? Спробуйте її розтягнути, зім'яти, подряпати скляною паличкою.
• Обережно нагрійте скляну паличку й торкніться нею поліетиленової плівки. Чи термостійкий поліетилен?
• Порівняйте міцність на розрив однакових смужок паперу й поліетилену.
• Налийте в поліетиленовий мішечок води, наповніть його повітрям.

Поліетилен - синтетичний полімер, який не має природних аналогів. Тому мікроорганізмами в природних умовах він не утилізується. Це створює неабиякі екологічні проблеми, що потребують невідкладного розв'язання.

Завдання

Пригадайте маркування (мал. 25.4) на виробах з поліетилену, поясніть його зміст. Що означають числа 2 і 4 на знаках? Висловіть припущення, який з видів поліетилену - із нерозгалуженою чи з розгалуженою будовою молекул - витримує більшу кількість циклів переробки.

З наступних параграфів цього підручника та з курсу біології ви докладніше дізнаєтеся про найважливіші природні полімери - полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти тощо. Це допоможе вам осягнути значення природних і синтетичних високомолекулярних сполук у біологічних процесах і практичній діяльності людини.

Стисло про головне

Молекули полімерів побудовані з численних елементарних структурах ланок - залишків молекул низькомолекулярних сполук - мономерів. Утворення полімеру шляхом послідовного сполучення молекул мономера називають полімеризацією. Кількість елементарних ланок у полімерному ланцюзі - ступінь полімеризації.
Полімери і пластмаси на їхній основі - сучасні, дешеві, відносно надійні й безпечні матеріали - стали невід'ємною частиною життя кожної людини.

Поліетилен - чи не найвідоміша й найпоширеніша полімерна сполуці, яку добувають полімеризацією етилену. Його застосовують у найрізноманітніших галузях. Склад і структура молекул поліетилену зумовлюють унікальний комплекс його властивостей.

Поліетилен за властивостями і структурою докорінно відрізняється етилену й радше подібний до вищих насичених вуглеводнів, зокрема парафіну. Він масний на дотик, розм'якшується і плавиться за порівняно невисоких температур, не втрачає стійкості за низької температури. Поліетилен нетоксичний, не розчиняється у воді, гідрофобний, стійкий до дії розчинів кислот, лугів, калій перманганату, органічних розчинників тощо. Поліетилен - діелектрик, його недолік - нестійкість до сонячної радіації, особливо УФ-променів.

Цей матеріал легко формувати, механічно обробляти тощо. Хімічні, фізичні й експлуатаційні властивості поліетилену залежать від густини
молекулярної маси полімеру. Унікальний комплекс фізичних і хімічних властивостей зумовив застосування поліетилену як одного з найважливіших сучасних матеріалів.

Поліетилен - синтетичний полімер, який не має природних аналогів. Тому мікроорганізмами в природних умовах він не утилізується. Один із шляхів розв'язання цієї екологічної проблеми - багаторазова переробка (рециклізація) поліетиленових виробів.

Застосуйте свої знання й уміння

1.Виберіть формулу поліетилену:
А [-СН₂ - СН₂-]_n; Б [-СН = CН-]_n; В [СН₃ - СН₃]_n; Г [= СН-СН =]_n.

2.Виберіть елементарну структурну ланку поліетилену:
А -СН₂ - СН₂-; Б -СН = СН-; В - СН₂-; Г СН₂ = СН₂.

3. Виберіть правильне твердження. Мономером поліетилену є:
А Метан; Б Етан; В Етилен; Г Парафін.

4. Виберіть характеристики поліетилену:
А Різкий запах; Б Діелектрик; В Токсичний; Г Масний на дотик; Д У тонких плівках прозорий; Е Хімічно стійкий.

5. Назвіть властивості поліетилену, які зумовили його застосування як матеріалу для виготовлення: а) обкладинок для зошитів і підручників; б) штучних суглобів; в) одноразових шприців; г) кожухів дротів; г) одноразового посуду; д) каністр для хімічних реактивів.

6. Нестійкість до сонячної радіації, особливо УФ-випромінювання, - один з експлуатаційних недоліків поліетилену. Поясніть, для чого в деякі види поліетилену навмисно добавляють речовини, які пришвидшують його розкладання під дією світла.

7. Виберіть найраціональніший спосіб утилізації відходів поліетилену.
А Спалювання; Б Захоронення на звалищах; В Рециклізація; Г Подрібнення і скидання у водойми.

8. Назвіть прості буденні дії, які має виконувати кожна цивілізована людина аби зменшити забруднення довкілля відходами поліетилену.