Урок 14 Синтетичні каучуки, гума - Хімія 11 клас - Старша школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Старша школа » Хімія 11 клас

Урок 14 Синтетичні каучуки, гума

Урок 14

Синтетичні каучуки, гума

Мета уроку: показати застосування реакцій полімеризації у виробництві різних видів каучуку; розглянути властивості синтетичних каучуків і, відповідно, їх застосування; розглянути одержання й застосування гуми.

Очікувані результати: учні повинні складати реакції полімеризації, у результаті яких утворюється каучук; учні повинні характеризувати залежність властивостей речовин від їхніх складу та будови.

Обладнання: зразки каучуку, гуми.

                                                                                                                                                        

Тип уроку: комбінований.

  • 1. Організаційний етап

1.1. Привітання.

1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,

кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.

1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.

1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.

  • 2. Етап перевірки домашнього завдання

2.1. Вікторина «Пластмаси».

Клас розбити на групи, що змагаються між собою. Учні групи, що перемогла, самі вирішують, які оцінки їм поставити.

1. Які речовини належать до високомолекулярних сполук (ВМС)?

2. Наведіть приклади природних ВМС.

3. Що являють собою штучні й синтетичні ВМС?

4. Наведіть приклади штучних і синтетичних полімерів.

5. Як із грецької мови перекладаються слова «полімер» і «мономер»?

6. Що таке «ступінь полімеризації»?

7. Що таке «структурна ланка»?

8. Які полімери називають полімерами стереорегулярної будови?

9. Чим відрізняються реакції полімеризації від реакцій поліконденсації?

10. У чому полягає особливість поняття «молекулярна маса полімеру»?

2.2. Перевірка письмового завдання біля дошки.

2.3. Повідомлення учнів про застосування пластмас. (Індивідуальне домашнє завдання минулого уроку.)

  • 3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу

3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.

3.2. Формулювання мети і задач вивчення нового матеріалу.

3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу, мотивація навчальної діяльності.

Слово вчителя

Цілий ряд подій вплинув на винахід синтетичного каучуку: індустріальна революція, прогрес у моторобудуванні, дві світові війни, зростаючий попит на каучук і дефіцит натурального каучуку. Все це значною мірою спровокувало світовий попит на еластомери. Синтетичні каучуки стали необхідною альтернативою натуральному каучуку й надали додаткових властивостей виробам.

  • 4. Актуалізація опорних знань

Завдання учням

Написати рівняння полімерізації етену. (Перевірка на дошці.)

nH2C=СН2→ (—H2С—СН2—)n

  • 5.      Етап засвоєння нових знань

1.         Визначення каучуку

Каучук — це еластичний матеріал, який отримують при коагуляції латексу каучуконосних рослин.

Природний каучук — полімер ненасиченого вуглеводню ізопрену C5H8. Його добувають із молочного соку деяких рослин, переважно з гевеї, що росте в тропічних країнах. Полімеризацію ізопрену можна схематично зобразити таким рівнянням:

Молекули природного каучуку мають лінійну будову. Відносна молекулярна маса природного каучуку становить 150–500 тис., а число елементарних ланок в молекулі — до 2500.

Чистий каучук має густину 0,9–0,95 г / см3, легший за воду, не розчиняється у воді. Природний каучук не проводить електричний струм.

 

2.         Історія відкриття каучуку

Природний каучук існує стільки років, скільки й сама природа. Скам’янілі залишки каучуконосних дерев мають вік близько трьох мільйонів років. Каучук мовою індіанців тупі-гуарані означає «сльози дерева». Каучукові кулі із сирої гуми знайдено серед руїн цивілізацій інків і майя в Центральній і Південній Америці, вік цих куль не менше 900 років.

Перше знайомство європейців з природним каучуком відбулося п’ять століть тому.

На острові Гаїті (а тоді — Еспаньол) під час своєї другої подорожі в 1493 р. іспанський адмірал Христофор Колумб побачив тубільців, які грали великим щільним м’ячем. Хоча це здавалося неймовірним, але, ударяючися об землю, м’ячі високо підскакували в повітря. Взявши ці кулі в руки, іспанці побачили, що вони досить важкі, липкі та пахнуть димом.

Індіанці виробляли їх із молочного соку з порізів на корі дерева гевеї. Колумб привіз кілька шматків цієї дивної речовини на батьківщину, але в ті часи це нікого не зацікавило. Індіанці робили із соку непромокальні калоші, що в спеку прилипали до ніг, а розтягнувшись, більше вже не стискалися.

Багато років іспанці намагалися повторити водонепроникні речі (взуття, одяг, головні убори) індіанців, але всі спроби були невдалими.

Перші спроби зробити каучукове взуття викликали лише сміх. Калоші або чоботи добре служили в дощ, але варто було потрапити на розігріту сонцем поверхню, як вони розтягувалися і починали прилипати. У мороз таке взуття ставало крихке як скло.

Наступні два століття каучук для Європи був просто цікавою заморською дивиною.

У 1731 р. уряд Франції відрядив математика і географа Шарля Кондамін у географічну експедицію до Південної Америки. У 1736 р. він надіслав до Франції кілька зразків каучуку разом з описом продукції, виробленої з нього людьми, які населяють Амазонську низовину. Після цього збільшився науковий інтерес до вивчення цієї речовини і його властивостей.

У 1770 р. британський хімік Джозеф Прістлі вперше знайшов застосування каучуку: він виявив, що каучук може стирати те, що написано графітним олівцем. Тоді такі шматки каучуку називали гуміеластиком («смолою еластичною»).

У 1791 р. англійський фабрикант Самуель Пил запатентував спосіб, що дозволяв зробити одяг водонепроникним за допомогою обробки каучуку в скипидарі.

У Франції у 1820 р. навчилися виготовляти підтяжки і підв’язки з каучукових ниток, сплетених із тканиною.

В Англії британський хімік і винахідник Чарльз Макінтош запропонував класти тонкий шар каучуку між двома шарами тканини та з цього матеріалу шити водонепроникні плащі. У 1823 р. у Глазго він почав мануфактурне виробництво водонепроникного одягу. Непромокальний плащ із прогумованої тканини до сьогодні носить його ім’я. Проте ці плащі взимку ставали твердими від холоду, а влітку розповзалися від спеки.

У США речі з каучуку стають популярними з 1830-го року: гумові пляшки і взуття, вироблені південноамериканськими індіанцями, імпортувалися у великих кількостях. Інші гумові вироби завозилися з Англії, а в 1832 р. в місті Роксбері штату Массачусетс Джон Хаскінс і Едвард Шафе організували першу «каучукову» фабрику в США. У 1834 р. німецький хімік Фрідріх Людерсдорф і американський хімік Натаніель Хейвард виявили, що додавання сірки до каучуку зменшує або навіть зовсім усуває клейкість виробів. Американський винахідник Чарльз Гудьїр з 1834 р. наполегливо намагався «врятувати» каучук. Але тільки в 1839 р. йому пощастило. Він поклав на піч шматок вкритої каучуком тканини, на яку був нанесений шар сірки. Через деякий час він виявив подібний до шкіри матеріал — гуму. Цей процес був названий вулканізацією.

Увага підприємців усіх країн була звернена на видобуток каучуку. Бразилія виявилася господарем величезних багатств. Щоб зберегти їх, уряд Бразилії видав закон, що забороняє під страхом смерті вивозити насіння і молоді дерева гевеї. Але було пізно.

За порадою ботаніка Дж. Гукера, англієць Генрі Вікгем поїхав у 1876 р. на береги Амазонки, де зібрав 70 000 насіння гевеї і контрабандно вивіз їх із Бразилії. Потайки доставив їх до Королівського ботанічного саду в Лондоні. Насіння було висіяне, але зійшло тільки 4 %.

Через кілька днів сіянці досягли півметрової висоти і були використані для висадки на плантаціях спочатку в Шрі-Ланці, а потім в інших тропічних районах Східної півкулі. Близько 99 % плантаційного каучуку походить з Південно-Східної Азії. Спроби висадити каучуконосні дерева в тропічних областях Західної півкулі закінчилися невдачею через хвороби рослин.

Компанії, що організовували видобування, збір та перевезення каучуку, безжально експлуатували людей, прагнучи якомога більше і дешевше отримати його. Збирачам каучуку багато доводилося блукати по лісах у пошуках гевей, оскільки вони ростуть на відстані 20–100 м.

У переважній більшості країн не було природних джерел для одержання натурального каучуку, тому безперервно шукали альтернативних джерел. Наприклад, у Росії у 30-ті роки колгоспник на прізвище Співаченко вказав ботаніку Л. Е. Родіну, що в горах Тянь-Шаню в Казахстані є рослина кок-сагиз, що містить у корінні від 16 до 28 % каучуку.

Необхідність створення сировинної бази гумової промисловості спонукало радянський уряд на початку 1926 р. оголосити конкурс на кращий спосіб отримання синтетичного каучуку. Першого успіху досягла група вчених під керівництвом С. В. Лебедєва. 30 грудня 1927 р. 2 кг дивінілового каучуку було відправлено на конкурсну комісію. Спосіб Лебедєва полягав у полімеризації бута-1,3-дієну під дією натрію. З 1932 р. було почато промислове виробництво бута-1,3-дієну за методом Лебедєва, а з бута-1,3-дієну — виробництво каучуку.

3.         Види синтетичних каучуків, їхні властивості й застосування

Усі існуючі каучуки можна розділити на два великих сегменти: каучуки загального призначення й каучуки спеціального призначення.

Синтетичні каучуки

загального призначення

спеціального призначення

Бутадієн-стирольний

Хлоропреновий

Бутадієн-метил-стирольний

Бутадієн-нітрильний

Полібутадієновий

Галогенірувані ізобутілени

Бутилкаучук

Уретани

Етиленпропіленовий

Силікони

Етиленпропілендієновий

Полісульфідні каучуки

Цис-1,4-поліізопреновий

 

 

Каучуки загального призначення використовуються в тих виробах, де важлива сама природа гуми й немає будь-яких особливих вимог до готового виробу. Каучуки спеціального призначення мають більш вузьку сферу застосування й використовуються для надання гумо-технічному виробу (шинам, ременям, взуттєвій підошві тощо) заданих властивостей, наприклад, зносостійкості, морозостійкості, підвищеного зчеплення з мокрою дорогою тощо.

Розглянемо деякі каучуки загального призначення, зі схожими способами одержання, переробки й застосування.

Бутадієн-стирольний каучук

Цей каучук вважають кращим каучуком загального призначення завдяки високій стійкості до стирання й високому відсотку наповнюваності. Характерною рисою бутадієн-стирольних каучуків є низький опір розриву. Важливою перевагою цих каучуків перед натуральним каучуком є менша ймовірність утворення тріщин, більш висока стійкість, паро- і водонепроникність, кращий опір тепловому світловому випромінюванню, діелектричні властивості.

Полібутадієновий каучук

Будучи ненасиченим каучуком, він легко вулканізується із сіркою. Має стійкість до низьких температур і до стирання. Оскільки він має погане зчеплення з дорогою (порівняно з натуральним каучуком), то при виготовленні гумотехнічних виробів він перемішується з натуральним каучуком або бутадієн-стирольним каучуком.

Полібутадієновий каучук використовуються як модифікатор у сумішах з іншими еластомерами для поліпшення морозостійких властивостей, стійкості стирання й розтріскування.

Бутилкаучук

Він має унікальну здатність утримувати повітря, що забезпечує йому безумовний пріоритет у шинній промисловості при виробництві камер і діафрагм. Автомобільні камери з бутилкаучуку зберігають вихідний тиск повітря в 8–10 разів довше, ніж аналогічні камери з натурального каучуку. Це підвищує термін служби шини мінімум на 10–18 % у порівнянні з натуральним каучуком. Каучук стійкий до впливу озону та має гарну стійкість до водяних розчинів кислот і окисників. Він має гарну стійкість до дії тваринних і рослинних масел, але є нестійким до дії мінеральних масел.

Міцність на розрив бутилкаучуку набагато менша в порівнянні з натуральним каучуком, але за високих температур цей показник є однаковим для обох каучуків. Деякі з недоліків бутилкаучуку (такі, як низька швидкість вулканізації, низька адгезія до багатьох матеріалів, особливо металів) усуваються частковою зміною хімічної природи полімеру. Наприклад, уведенням у макромолекули бутилкаучуку невеликої кількості атомів галогенів.

Етиленпропіленові каучуки

Найлегші каучуки мають щільність від 0,86 до 0,87. Властивості залежать від вмісту та варіацій етиленових ланок. Етиленпропіленовий каучук не містить подвійних зв’язків у молекулі, безбарвний, має відмінну стійкість до впливу тепла, світла, кисню й озону. Стійкість таких каучуків до тепла й старіння значно вища, ніж у бутадієн-стирольного й натурального каучуків.

Усі види етилен-пропіленових каучуків підсилюються наповнювачами, такими як сажа, щоб додати гарних механічних властивостей. Ці каучуки мають два значних недоліки: вони не можуть бути перемішані з іншими простими каучуками та є нестійкими до дії масел.

4.         Гума, види гуми, застосування. Ебоніт

Гума — високоеластична, міцна сполука, складна багатокомпонентна система, що складається з полімерної основи (каучуку) і різних добавок.

Гума — матеріал, необхідний для виробництва різноманітних виробів — від автомобільних шин до хірургічних рукавичок. Головна перевага гуми — її еластичність. Вона може розтягуватися й гнутися, а потім приймати початкову форму. Гума може бути як м’якою, так і твердою.

Натуральну гуму виробляють з особливої рідини — латексу, який одержують із соку каучукових дерев. Батьківщина каучукового дерева — Центральна та Південна Америка. Сьогодні їх вирощують на плантаціях у теплих країнах у всьому світі, зокрема й у Південно-Східній Азії.

Після Другої світової війни з нафти хімічним шляхом одержали синтетичну гуму, яка набула широкого застосування. Зараз частка синтетичної гуми складає дві третини світового виробництва гуми.

Найбільшими споживачами гумових технічних виробів є автомобільна промисловість і сільськогосподарське машинобудування. Ступінь насиченості гумовими виробами — одна з основних ознак досконалості, надійності та комфортності масових видів машинобудівної продукції. У складі механізмів і агрегатів сучасних автомобіля і трактора є сотні найменувань і близько тисячі штук гумових деталей, причому одночасно зі збільшенням виробництва машин зростає їхня різноманітність.

Залежно від структури гуму поділяють на непористу (монолітну) і пористу.

Непористу гуму виготовляють на основі бутадієнового каучуку. Вона характеризується високим показником стирання. Термін зносу підошовної гуми в 2–3 рази перевищує термін зносу підошовної шкіри. Межа міцності гуми при розтягуванні менша, ніж у натуральної шкіри.

Гума не пропускає воду і практично в ній не набухає.

Гума поступається шкірі за морозостійкістю і теплопровідністю, що знижує теплозахисні властивості взуття. І нарешті, гума є абсолютно повітро- і паронепроникною.

Гума пористої структури має замкнуті пори, вміст яких залежно від виду гуми коливається від 20 до 80 % її загального об’єму. Ці гуми мають низку переваг порівняно з непористою гумою: підвищені м’якість, гнучкість, високі амортизаційні властивості, пружність.

Недоліком пористих гум є властивість давати усадку, а також викришуватися в певних ділянках виробу при ударах. Для підвищення твердості пористих гум до їхнього складу вводять полістирольні смоли.

На сьогодні освоєно виробництво нових видів пористих гум: порокрепу і вулканітів. Порокреп характеризується гарним кольором, еластичністю, підвищеною міцністю. Вулканіти — це пориста гума з волокнистими наповнювачами, що має високу зносостійкість, гарні теплозахисні властивості.

Ебоніт — вулканізований каучук з високим вмістом сірки (30–50 % від маси каучуку), зазвичай темно-бурого або чорного кольору. На відміну від м’якої гуми, ебоніт не виявляє високої еластичності за звичайних температур і нагадує тверду пластмасу.

Зараз ебоніти практично витіснені пластмасами і майже не використовуються.

 

  • 6. Узагальнення й закріплення знань

6.1. Лабораторний дослід № 5. Ознайомлення зі зразками каучуків.

6.2. Робота біля дошки.

Написати рівняння реакцій одержання полібутадієнового каучуку.

nСH2=СН—СН=СН2→ (—СH2—СН=СН—СН2—)n

  • 7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання

7.1. Завдання для всього класу.

Підручник ________________________________________________

Робочий зошит ____________________________________________

Збірник завдань ____________________________________________

7.2. Індивідуальне завдання.

Підготувати повідомлення про застосування синтетичних волокон.

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Категорія: Хімія 11 клас | Додав: uthitel (16.10.2014)
Переглядів: 2531 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: