Раздел «Химия вокруг нас» в спецификации НЦТ

Синтетические полимеры. Новые вещества и материалы

Главное по теме

Полимер - вещество из огромных молекул, построенных из многократно повторяющихся звеньев. Мономер - исходная маленькая молекула, n - степень полимеризации: M(полимера) = n · M(звена).
Полимеризация: из мономеров с кратной связью цепь без побочных продуктов, например nCH₂=CH₂ = (-CH₂-CH₂-)ₙ. Состав звена равен составу мономера.
Поликонденсация: мономеры с двумя функциональными группами соединяются с выделением малых молекул (H₂O, HCl). Так получают капрон, лавсан, фенолформальдегидные смолы.
Мономеры: этилен - полиэтилен, пропилен - полипропилен, CH₂=CHCl - ПВХ, стирол - полистирол, CF₂=CF₂ - тефлон, бутадиен - бутадиеновый каучук, изопрен - натуральный каучук.
Капрон получают из ε-аминокапроновой кислоты H₂N-(CH₂)₅-COOH (или капролактама), лавсан из терефталевой кислоты и этиленгликоля. Капрон - полиамид, лавсан - полиэфир.
Каучук при вулканизации с серой превращается в резину: образуются сшивки между цепями, материал становится прочнее и эластичнее.
Термопластичные полимеры (полиэтилен, ПВХ) при нагревании размягчаются и принимают форму, термореактивные (фенолформальдегидные смолы) после отверждения повторно не плавятся.
Волокна: природные (хлопок, шерсть, шёлк), искусственные (вискоза, ацетатное - из целлюлозы), синтетические (капрон, лавсан, нитрон).
Новые материалы: композиты, керамика, углеродное волокно, графен, нанотрубки, жидкие кристаллы, сверхпроводники.

Задания с разбором

1.Назови мономер полистирола.

1Для полимеризации нужна двойная связь.
2Звено полистирола содержит бензольное кольцо и цепочку из двух атомов углерода.
3Мономер: стирол C₆H₅-CH=CH₂.

Ответ: Стирол

2.Молярная масса полипропилена 63 000 г/моль, M(звена C₃H₆) = 42 г/моль. Найди степень полимеризации.

1n = M(полимера) : M(звена).
2n = 63 000 : 42 = 1500.

Ответ: 1500

3.Какая масса поливинилхлорида получится из 31,25 г хлорэтена при полной полимеризации?

1При полимеризации ничего не выделяется, мономеры просто соединяются.
2n(CH₂=CHCl) = 31,25 : 62,5 = 0,5 моль, звеньев тоже 0,5 моль.
3m(полимера) = 0,5 · 62,5 = 31,25 г, то есть масса не изменилась.

Ответ: 31,25 г

Где теряют баллы

Полимеры: мономеры, степень полимеризации
Ловушка: Степень полимеризации делят на молярную массу полимера, а надо на массу звена.
Как решать: n = M(полимера)M(звена). Звено полиэтилена C₂H₄ = 28, изопрена C₅H₈ = 68, стирола C₈H₈ = 104.

Объяснение простыми словами

Представьте длинную гирлянду из одинаковых скрепок, сцепленных друг с другом. Одна скрепка ничего не значит, но цепочка длиной в километр уже держит вес. Так устроены полимеры: слово означает «много частей». Маленькая молекула, которую берут для сборки, называется мономером, повторяющийся кусок цепочки - звеном, а число звеньев в цепочке обозначают буквой n и называют степенью полимеризации. Полиэтиленовый пакет, ПЭТ-бутылка, капроновые колготки, подошва кроссовок - всё это полимеры.

Полимеры бывают природные (белки, крахмал, целлюлоза, натуральный каучук) и синтетические, которые человек собирает на заводе. Есть два способа сборки. Первый - полимеризация. Берут молекулы с двойной связью, двойная связь «раскрывается», молекулы сцепляются в цепь, и ничего лишнего не выделяется. Поэтому звено полимера по составу точно такое же, как мономер: nCH₂=CH₂ = (-CH₂-CH₂-)ₙ. Второй способ - поликонденсация. Тут у мономера по две функциональные группы, при сцеплении выделяется маленькая молекула, чаще всего вода, поэтому состав звена уже не совпадает с составом мономера.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Полимер: Высокомолекулярное вещество, молекулы которого состоят из большого числа одинаковых повторяющихся звеньев.
Мономер: Низкомолекулярное вещество, из молекул которого строится полимер.
Структурное звено: Повторяющийся фрагмент цепи полимера, записывается в скобках с индексом n.
Степень полимеризации: Число n звеньев в молекуле полимера; равно M(полимера), делённой на M(звена).
Полимеризация: Реакция соединения многих молекул мономера в цепь без выделения побочных веществ, обычно за счёт разрыва кратных связей.
Поликонденсация: Реакция образования полимера из мономеров с отщеплением низкомолекулярного вещества, чаще воды.
Полиэтилен: Полимер этилена (-CH₂-CH₂-)ₙ, гибкий, водостойкий, идёт на плёнки, пакеты, трубы.
Поливинилхлорид (ПВХ): Полимер винилхлорида CH₂=CHCl, звено -CH₂-CHCl-; из него делают трубы, линолеум, оконные профили.
Полистирол: Полимер стирола C₆H₅-CH=CH₂, прозрачный жёсткий пластик, из него делают пенопласт.
Тефлон: Политетрафторэтилен (-CF₂-CF₂-)ₙ, очень химически стойкий, на нём ничего не пригорает.
Каучук: Эластичный полимер: натуральный (из изопрена), синтетические (бутадиеновый и др.).
Вулканизация: Нагревание каучука с серой, при котором цепи сшиваются мостиками из серы, получается резина.
Капрон: Синтетическое полиамидное волокно, получаемое из ε-аминокапроновой кислоты или капролактама.
Лавсан: Синтетическое полиэфирное волокно из терефталевой кислоты и этиленгликоля.
Фенолформальдегидная смола: Термореактивный полимер, получаемый поликонденсацией фенола с формальдегидом; основа бакелита.
Пластмассы: Материалы на основе полимеров, которые при нагревании и давлении принимают нужную форму; бывают термопластичные и термореактивные.
Волокна: Длинные тонкие нити из полимеров: природные, искусственные (из целлюлозы) и синтетические.
Искусственные волокна: Волокна, получаемые химической переработкой природного полимера, например вискоза и ацетатное волокно из целлюлозы.
Композиционные материалы: Материалы из нескольких разных компонентов, например стеклопластик или углепластик, сочетающие свойства составляющих.
Нанотехнологии: Получение и применение веществ и устройств с частицами размером порядка нанометров, 10⁻⁹ м.

Все темы: Химия