Тема 4: Хімія і життя

1. Органічна хімія та сучасні матеріали (пластмаси, каучуки, волокна).

Синтетичні високомолекулярні речовини і полімерні матеріали на їх основі

Полімерами називають речовини, які складаються з великої кількості повторюваних фрагментів.

Полімери дуже поширені серед органічних речовин, хоча трапляються і неорганічні полімери. Оскільки полімери складаються з великої кількості фрагментів, вони мають дуже високі молекулярні маси.

Тому інша назва полімерів — високомолекулярні сполуки. Полімери бувають природні й синтетичні. До природних полімерів відносять білки, нуклеїнові кислоти і полісахариди. Синтетичні полімери — це продукти хімічної промисловості, багато з яких помітно полегшують наш побут. Пластикові пляшки для води, плівка, у яку загортають продукти, корпуси телефонів і телевізорів, шини автомобілів — усе це зроблено з полімерів.

Вихідну речовину для реакції полімеризації називають мономером, продукт — полімером, фрагмент у молекулі полімеру, що повторюється,— елементарною ланкою, число n — ступенем полімеризації. Ступінь полімеризаціїпоказує число молекул мономера, що об’єдналися в молекулу полімеру. Залежно від умов він може змінюватися від тисячі до сотень тисяч.

1) Макромолекули полімерів можуть мати різну геометричну форму. Залежно від структури їх поділяють на лінійні, розгалужені і просторові.

Лінійними називають полімери, які складаються з макромолекул, що не мають розгалужень, або мають дуже малі розгалуження:

…–CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ –…

Поліетилен

Каучуки — полімерні матеріали різноманітного складу і призначення. Ці високомолекулярні сполуки в певному температурному інтервалі виявляють високоеластичні властивості, тобто здатність до великих оборотних дефор­мацій. Каучуки - пружні матеріали, які можна розтягнути до роз­мірів, що набагато перевищують їхню вихідну довжину. Однак після зняття навантаження вони набувають вихідних розмірів. Цю властивість широко використовують у найрізноманітніших галузях суспільного господарства. Приміром, фундаменти багатоповерхових будівель, зведених в Японії, осна­щено буферами з еластомерів, що захищають від підземних поштовхів.

Зазвичай каучуки класифікують і називають за назвою мономерів, ви­користаних для їхнього синтезу, або за характерною групою атомів у їхньо­му складі.

Натуральний каучук добувають з латексу, молочного соку каучукового дерева гевеї (які щерослини каучуконоси вам відомі?). Латекс міститься у мережі дрібних судин під корою. Коли її видаляють, починає сочитися біла рідина Дізнайтеся більше... Костюми таких відомих кіногероїв, як Бетмен, жінка - кішка, маска Фантомаса тощо були зроблені з використанням саме рідкого натурального латексу. Ельфійські вуха, бутафорські шрами і ба­гато чого іншого також виготовляють із цього матеріалу (поміркуйте і спро- буйтє пояснити, чому колір латексу, з якого виготовлено костюм, відрізняється від кольору соку гевеї). .

 Унаслідок нагрівання латексу дрібні частинки каучуку, що містяться в ньому, злипаються і випадають в осад. Промиваючи і витримуючи його над багаттям, індіанці Південної Америки з давніх-давен отримували шматки каучуку. З них вони ви­готовляли посудини для води, непромокальні тканини, взуття і навіть яскраво розфарбовані кульки - дитячі іграшки.

Натуральний каучук потрапив до країн Європи в середині 19 ст. Однак виявилось, що під впливом кисню цей матеріал швидко «старіє», втрачає пружність. До того ж він є еластичним лише в досить вузькому температурному інтер­валі. Тобто холодної пори гумові вироби тверднуть і розтріскуються, за під­вищеної температури - розм’якшуються, перетворюючись на липку смер­дючу масу. Однак з винайденням гуми цю проблему було розв’язано.

Гума - продукт вулканізації каучуку. Під час нагрівання із сіркою макро­молекули каучуку сполучаються одна з одною «містками» з атомів Сульфуру. Внаслідок вулканізації утворюється суцільна тримірна просторова сітка (мал. 13.4).

Властивості еластомерних композицій можна варіювати в широких ме­жах. Шляхом підбору відповідного типу каучуку, а також інших складових можна виготовити матеріал з наперед заданими властивостями

Зауважмо, що наразі гуму виготовляють здебільшого на основі синте­тичних каучуків.

Синтетичні каучуки і гуми на їхній основі - гідні конкуренти свого нату­рального «собрата» і продуктів його вулканізації. He применшуючи здобут­ків інших розробників, зауважмо: засновником першого у світі велико­масштабного виробництва синтетичного каучуку є російський науковець С. В. Лебедєв гій Васильович (1874-1934). Видатний російський хімік, академік.

Основні роботи присвячені проблемам полімеризаційних процесів. Започаткував великомасштабне виробництво синтетичного каучуку.

Синтетичні каучуки мають низку переваг. Приміром, рукавички з на­турального латексу спричиняють алергію в багатьох людей, які регулярно використовують їх у професійній діяльності. Алергічна реакція зазвичай зумовлена протеїнами, що містяться у матеріалі природного походження. Ризик алергічних проявів мінімізує використання рукавичок із синтетич­ного каучуку.

Без синтетичних каучуків не було б сучасної автомобільної промисловості. їх використовують для ви­готовлення шин, ущільнювачів дверцят, багажників, стекол, зубчастих ременів і шлангів. Завдяки цим матеріалам автомобілі стали такими швид­кісними, потужними і надійними.

ПРО ГОЛОВНЕ

► Каучуки - є високополімерими сполуками – продуктами полімеризації бутадієну і або його похідних. Це еластичні полімерні матеріали різноманітного складу і призначення.

► Каучуки класифікують і називають за назвою мономерів, використа­них для їхнього синтезу, або за характерною групою атомів у їхньому складі.

( -СН₂-СН=СН-СН₂-) бутадієновий каучук

( -СН₂-СН=СCl-СН₂-) хлоропреновий каучук

( -СН₂-СН=СН(CH₃)-СН₂-) ізопреновий каучук

( -СН₂-СН=СН(C₆H₅)-СН₂-) бутадієнстирольний каучук

Гума — продукт вулканізації каучуку.

Серед інших сфер застосування каучуків — виробництво на їхній основі клеїв, деяких пластмас, штучної шкіри, взуття, плитки для підлоги, електроізоляційних оболонок.