Роль и место физических методов исследования при изучении некоторых разделов химии высокомолекулярных соединений в школе и в вузе (стр. 9 из 12)
Для проведения практической работы использовать, свои таблицы и практическую работу, в учебнике для 11 класса [1].
Распознавание пластмасс следует начать с внешнего осмотра, а затем перейти к исследованию их отношения к нагреванию и горению. Потом испытывают действие на них растворителей.
Распознавание волокон начинают с их сжигания. При этом прослеживают, с какой скоростью происходит горение, исследуют запах продуктов разложения, свойства остатка, который образуется после горения. Затем проверяют действие на волокна кислот, щелочей и растворителей.
Например, в отдельных пакетах под номерами разложены разные пластмассы: № 1– поливинилхлорид; № 2 – полиэтилен; № 3 – полистирол; № 4 – фенол-формальдегидная пластмасса; №5 –капрон. В других пакетах под номерами – образцы волокон: № 1 – шерсть; № 2- хлопок; № 3 – вискоза; № 4 – ацетатное волокно; № 5 – лавсан. Учащиеся берут из каждого пакета образцы волокон и пластмасс и исследуют их (по продуктам сжигания, действию кислот, щелочей и т. д.). После определения данного образца они ставят соответствующий номер в своей таблице.
2. Приведение в порядок своего рабочего места. Выводы по работе, необходимые записи.
III. Закрепление знаний, умений, навыков.
Подготовка к следующей теме. [34, 36].
3.1.1 Констатирующий срез знаний
В качестве среза был проведен письменный опрос на следующие вопросы:
1. Что такое полимеры?
2. Что такое мономер?
3. Что такое степень полимеризации?
4. Что вы понимаете под словом полимеризация?
5. Дайте определение поликонденсации.
6. Отличие полимеризации от поликонденсации.
7. В чем отличие термопластов от термореакторов?
8. Что вы знаете о полимерах?
9. Какие изделия из полимеров вам знакомы?
Результаты ответов как оказалось не так уж и плохи, некоторые получили положительные оценки.
| Оценка | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Количество учеников | 4 | 12 | 7 | 3 |
3.2 Изложение материала в университете
3.2.1Вводное занятие по теме: «Полимеры»
Планируемые результаты обучения: знать основные понятия химии высокомолекулярных веществ (мономер, полимер, структурная звено, степень полимеризации, линейная, разветвленная и пространственная структуры), влияние строения на свойства полимеров. Знать сущность реакций полимеризации и поликонденсации.
Краткое содержание темы. Высокомолекулярные соединения, т.е. соединения с большой молекулярной массой называются полимерами. Низкомолекулярное вещество, из которого синтезируют полимер, называется мономером; многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов – структурными звеньями.
Напишем уравнение реакции полимеризации пропилена:
n CH2 = CH ® (–CH2–CH–)n
| |
CH3 CH3
Молекула мономера и структурное звено макромолекулы одинаковы по составу, но различны по строению. В молекуле пропилена имеется двойная связь, в структурном звене полипропилена она отсутствует.
Число n в формуле полимера показывает, сколько молекул мономера соединяется в макромолекулу (сколько раз повторяется структурное звено). Оно называется степенью полимеризации.
Макромолекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму:
а) линейную, когда структурные звенья соединены в длинные цепи последовательно одно за другим (полиэтилен, полипропилен);
б) разветвленную (крахмал);
в) пространственную, когда линейные молекулы соединены между собой химическими связями (в вулканизированном каучуку-резине).
Геометрическая форма полимеров существенно сказывается на их свойствах.
Понятие молекулярная масса для полимеров имеет некоторые особенности. В процессе полимеризации в макромолекулы соединяется различное число молекул мономера в зависимости от того, когда произойдет обрыв растущей полимерной цепи. Вследствие этого образуются макромолекулы разной длины и, следовательно, разной массы. Поэтому обычно указываемая для такого вещества молекулярная масса – это лишь ее среднее значение, от которого масса отдельных молекул существенно отклоняется в ту или иную сторону.
Важным свойством полимеров является их высокая механическая прочность, что в сочетании с легкостью, химической стойкостью и обусловливают их широкое применение.
ВМС синтезируют преимущественно двумя способами – полимеризацией и поликонденсацией низкомолекулярных веществ.
Реакция полимеризации – это процесс последовательного соединения одинаковых молекул (мономеров) в более крупные.
Вступать в такие реакции могут соединения, в молекулах которых содержится двойная связь. При разрыве такой связи в молекуле освобождаются две валентности для соединения с другими молекулами, что необходимо для образования ВМС.
Процесс идет постепенно, через образование свободных радикалов. Чтобы началось образование свободных радикалов, к мономеру добавляют инициатор – неустойчивое соединение, способное распадаться на свободные радикалы R. Когда свободный радикал сталкивается с молекулой мономера, его электрон действует на p-связь и образует пару с одним из ее электронов; так устанавливается ковалентная связьрадикала с молекулой мономера. Второй электрон p-связи остается свободным, в результате чего вся частица становится радикалом:
R· + CH2CH ® R: CH2: CH ·| |
X X
Образовавшийся свободный радикал подобным же образом действует на другую молекулу мономера, присоединяя ее е себе, в результате чего появляется новый радикал:
R: CH2: CH2 · + CH2 CH®R: CH2: CH: CH2: CH ·| | | |
X X X X
Такое последовательное присоединение молекул в ходе цепной реакции продолжается до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи.
Реакция поликонденсации – это процесс образования высокомолекулярных веществ из низкомолекулярных, идущий с отщеплением побочного низкомолекулярного продукта (чаще всего воды).
 |
Реакция осуществляется за счет наличия в молекулах исходных веществ не менее двух функциональных группа атомов.
Например, так образуются пептиды:
В реакцию поликонденсации могут вступать не только вещества с различными функциональными группами в молекуле, но и вещества с одинаковыми функциональными группами. Например, поликонденсация дикарбоновой кислоты с двухатомным спиртом:  |
O O O O
\ || || ||C–(CH2)n –C–O–(CH2)m –O–C–(CH2)n–C–... + nH2O.
/
HO
Физические свойства полимеров сильно зависят от степени полимеризации. Кроме того, они зависят от и от того, как соединяются друг с другом молекулы мономера.
Высокомолекулярные соединения, в отличии от низкомолекулярных веществ, могут быть только в двух агрегатных состояниях: твердом и жидком. Полимер из твердого состояния переходит в жидкое в интервале температур. Это объясняется наличием в полимере макромолекул с различной молекулярной массой.
Большинство полимеров в воде не растворяются. Линейные и разветвленные полимеры в органических растворителях набухают, а пространственные – не растворяются и плавятся без разложения. При длительном действии на полимер кислорода воздуха, воды, света и температуры в структуре полимера происходят изменения: полимер «стареет» - большие макромолекулы разрываются. Для предотвращения этого процесса или при необходимости его замедления нужно добавлять различные вещества: антиокислители, фотостабилизаторы и т.д.
Классификация полимеров (по происхождению):
1. природные (каучук, хлопок, лен, белки и т.д.)
2. синтетические (полученные при помощи синтеза).
Полимеры по строению делятся на:
- органические;
- неорганические.
Органическими называют те полимеры, цепь которых состоит из атомов углерода С. Если же участвуют другие атомы, их называют неорганическими.
В зависимости от атомов, участвующих в цепи разделяют на:
- карбоцепные;
- гетероцепные.
Также идет классификация по температуре:
-термопластичные (многократно перерабатываемые: полиэтилен, полипропилен, полистирол);
-термореактивные (вторичная переработка невозможна: фенолформальдегидные полимеры).
В зависимости от конечной формы полимеры также делят на:
1. пластики (стекла, пластмасс)
2. волокна (полиамидные волокна, ткани)
3. жидкие смолы (эпоксидные смолы, жидкие гвозди)
4. эластомеры (резиновые изделия, подошва).
Химическое превращение полимеров – реакции, приводящие к изменению состава, строения или степени полимеризации макромолекул. В зависимости от степени полимеризации химические превращения полимеров условно делят на типы:
1. реакции в основных или боковых цепях макромолекул, не приводящие к изменению их длины, т.е. к степени полимеризации. К ним относятся полимераналогичные превращения и внутримолекулярные реакции;
2. реакции, приводящие к соединению макромолекул друг с другом или с низкомолекулярными веществами с образованием пространственной сетчатой структуры, сопровождающиеся увеличением степени полимеризации;
3. реакции деструкции, сопровождающиеся разрывом макромолекул, т.е. уменьшением степени полимеризации.