»Ці різні полімери

Був століття кам'яний, було століття бронзовий, потім - залізний. Ми живемо, безумовно, в століття полімерних матеріалів. Уявити наше життя без полімерів неможливо - без пластмас, які вигідно відрізняються дерево і метал, без волокон, використовуваних для виготовлення тканин і канатів ...

Але що таке полімери? Це не просто дуже довгі, дуже великі молекули. (Вуглеводень С80Н162 має молекулу досить довгу, але до полімерів цей парафін не відносять.)

До полімерів належать такі речовини, молекули яких складаються з повторюваних ланок, а число таких ланок велике і невизначено. Що значить невизначено? Це означає, що в одній молекулі їх може бути три тисячі, а в іншій - три тисячі п'ятсот, у третій - дві з половиною тисячі. В середньому ж число ланок в молекулах такого полімеру буде приблизно три тисячі.

Полімерів сьогодні відомо безліч. Їх можна розділити на три класи: полімери природні (виділені з природних продуктів), штучні (тобто отримані впливом якихось хімічних реагенов на природні полімери) і, нарешті, синтетичні (отримані на хімічних заводах з речовин невеликого молекулярного ваги, званих мономерами, молекули яких стають ланками полімерних ланцюгів). Природні і синтетичні полімери можуть мати приблизно однакову будову. Тому синтетичні матеріали часто мають властивості, схожі на властивості природних полімерів.

Усередині кожного з цих класів полімери можна класифікувати за різними ознаками - наприклад, розділити на пластмаси, волокна, плівки. Можна відносити матеріали до того чи іншого підрозділу в залежності від стійкості, скажімо, до нагрівання або кислот. Тут ми покладемо в основу класифікації хімічну будову, розсортуємо відомі полімери відповідно до того, з яких угруповань побудовані полімерні ланцюги.

Найбільш просто влаштовані полімери, що відносяться до класу так званих карбоцепні з'єднань - ланцюгової остов їх молекул складений тільки атомами вуглецю, а ті з'єднані тільки з водневими або знову-таки з вуглецевими атомами. Такі поліетилен і поліпропілен.

(Відзначимо характерні особливості хімічних формул, що позначають полімери: в квадратних дужках показано будову елементарного ланки полімерного ланцюга, а індекс і висловлює послідовне багаторазове повторення цього угруповання в молекулі полімеру.)

Поліетилен широко застосовується в побуті - з нього роблять прозору білувату плівку, він йде на виготовлення ізоляційних матеріалів для радіотехнічних пристроїв, їм просочують тканини, папір. З поліпропілену роблять дуже міцне волокно. При звичайній температурі ці матеріали не розчиняються ні в яких розчинниках, але варто занурити їх в чотирихлористий вуглець або толуол і підняти температуру до 80 ° С, як вони почнуть набухати, а потім розчинятися.

Поліетилен легко відрізнити від інших полімерних матеріалів. Внесіть шматочок поліетиленової плівки в полум'я газового пальника. Поліетилен розплавиться, буде стікати краплями, потім загориться спочатку блакитним, потім жовтим полум'ям. При цьому ви відчуєте запах парафіну. Це й не дивно - поліетилен і парафін мають однаковий склад.

Якщо в етилену один з атомів водню замінити на фенільне кільце, вийде стирол, який легко полімеризується полістирол. Цей полімер застосовують в якості електроізоляційного матеріалу, з нього роблять легкий пінопласт. Полістирол розм'якшується при нагріванні вже до 80 ° С. Якщо до шматочка полістиролу піднести полум'я пальника або сірники, він швидко запалає і буде горіти жовтим коптять небо полум'ям, виділяючи пари з характерним солодкуватим запахом.

Нагрійте в пробірці маленький шматочок полістиролу на полум'ї пальника. Виділяються білі важкі пари - відбувається деполимеризация полімеру і утворюється стирол.

У довгому ланцюгу поліетилену деякі атоми водню можна замінити на атоми галогену, кисню, азоту та отримати полімери з новими цінними властивостями. Але замінити подородние атоми безпосередньо в поліетилені - справа дуже важка, якщо не неможливе взагалі. Надходять в інший спосіб - замінюють один або кілька атомів водню в етилену, а потім продукт заміщення полимеризуют.

Ось найпростіший варіант: заміняємо в етилену один атом водню на хлор і вийшов при цьому вінілхлорид піддаємо полімеризації. В результаті отримуємо полівінілхлорид, дуже широко застосовується як ізолятор електричних проводів.

Полівінілхлорид розчиняється в ацетоні, хлороформі і етилацетаті, ще краще розчинний він в суміші ацетону з бензолом. Відрізнити полівінілхлорид від інших полімерів неважко. Прожарити на газовому пальнику мідний дріт, гарячої дротом торкніться невідомого вам полімерного матеріалу і знову внесіть дріт в полум'я. У присутності хлору полум'я забарвиться в зелений колір. Значить, ви маєте справу з полівінілхлоридом (або його сополімером, тобто з з'єднанням, довгі молекули якого містять фрагменти полівінілхлориду і, наприклад, полівінілацетату, полиакрилонитрила). У полум'ї полівінілхлорид згорає, але з працею, полум'я має зеленуватий відтінок.

Дуже цінний продукт полімеризації повністю фторовані етилену - політетрафторетилен, або, як його ще часто називають, тефлон. Це білий, ні в чому не розчинний полімер, він не змінюється при охолодженні до -100 ° С або нагріванні до + 250 ° С. Дія соляної, сірчаної або азотної кислоти не приводить до руйнування тефлону. Його використовують в електро- і радіотехніці, він йде на виготовлення хімічно стійких труб і насосів, отримують з нього і волокна. Відрізнити політетрафторетилен неважко по його білому кольору, на дотик він «жирний».

Якщо прозору поліетиленову плівку розглядати на великій відстані, вона виглядає каламутній. Але от якщо в поліетиленовій ланцюга замінити при кожному другому вуглецевому атомі один водень на метил СН 3 а другий - на складноефірний групу СООСН3, отримаємо полімер досить прозорий. Полиметилметакрилат - це всім добре знайоме органічне скло. Цей полімер легко розчиняється в ацетоні, хлороформі, етилацетаті (перевірте це, провівши досвід з маленьким шматочком органічного скла).

Зверніть увагу: до сих пір ми говорили про полімери, молекула яких побудована з довгого ланцюга вуглецевих атомів, з'єднаних простими зв'язками і несучих ті чи інші угруповання. Познайомимося тепер з полімерами більш складної структури.

Прилейте в пробірці або на дні чарки до кристалічному фенолу (його називають ще карболової кислотою, візьміть його приблизно одну чайну ложку) розчин формальдегіду у воді (так званий 40-відсотковий формалін, візьміть його близько однієї чайної ложки). Перемішайте суміш паличкою і додайте до неї кілька крапель концентрованої соляної кислоти, а потім відразу ж занурте пробірку в холодну воду. (Тут необхідно звернути увагу, що всі використовувані в цьому досвіді речовини вельми агресивні, працювати з ними необхідно в гумових рукавичках і ні в якому разі не вдихати пари формаліну!) Через кілька секунд занурте в пробірку дерев'яну або скляну паличку і перенесіть прилип грудку в'язкої рідини в іншу пробірку - зі спиртом. Утворився полімер розчиняється в спирті.

Що ж це за полімер? Під дією кислоти формальдегід СН2О заміщає в фенолу атоми водню, утворюючи довгі ланцюги. Вийміть пробірку з холодної води і перенесіть в каструлю з киплячою водою. Через кілька хвилин отриманий вами полімер стане твердим, вам доведеться розбити пробірку, щоб вийняти шматок смоли. Спробуйте розчинити його в спирті - він не розчиняється. Що ж сталося?

Реакція фенолу з формальдегідом пішла далі, молекули формальдегіду почали зшивати між собою довгі нитки резола, і вийшла просторова сітка резита. Тепер молекули розчинника не можуть відірвати одну нитку полімерної молекули від іншого, тому-то полімер і не переходить в розчин. Отже, ви отримали феноло-формальдегідних смол, яка дуже широко застосовується для виготовлення електроізоляційних матеріалів, пластмас, пластиків, гудзиків і багатьох інших виробів.

Перейдемо до гетероцепторним полімерів, тобто таким, у яких нитки молекул, крім вуглецевих атомів, включають атоми кисню, азоту та інших елементів. Три гетероцепторних полімеру, з яких виготовляють волокна, широко відомі. Це капрон, нейлон і лавсан. Перші два полімеру мають в своїй основі структуру аміду (для нього характерна наявність групи - CONH-). Лавсан - це складний ефір (тут характерна ознака - група -СОО-).

Внесіть в полум'я газового пальника шматочок тканини з поліамідного волокна. Нитки розплавляться і потечуть окремими краплями. Зверніть увагу на характерний неприємний запах. Через деякий час від тканини залишиться коричнево-чорна тверда маса. Полиамидное волокно розчиняється в крижаній оцтової кислоти при нагріванні. Поліестер в полум'я пальника повільно горить жовтим полум'ям з коричневими парами і кіптявою. На відміну від поліамідного волокна лавсан не розчиняється у киплячій концентрованій соляній кислоті, проте розчинний в концентрованої азотної кислоти при кип'ятінні. За цими ознаками можна розпізнати волокна.

До гетероцептним полімерів відносяться і природні волокна - шерсть, шовк, льон і бавовна. Шерсть і шовк складаються з білків (а білок, як відомо, складається з амінокислот). Таким чином, і шерсть і шелк- це поліамідні волокна. До складу вовни входить білок кератин, що містить багато сірки. А ось білки, що утворюють шовк, сірки не містять. Тому шовк неважко відрізнити від шерсті по запаху, якщо внести випробувані волокно в полум'я газового пальника. Шерсть горить з більш різко вираженим неприємним запахом паленого волосся.

Льон і бавовна, як і папір, складаються з целюлози. Тому згоряють вони з запахом горілого папера. Целюлоза ж - це полісахарид: багато разів повторюється в її молекулі шестичленное кільце з характерними доважками типово для різновидів цукру.

Природний полісахарид - бавовняну вату - неважко хімічно обробити, модифікувати і отримати штучні продукти. Для цього перш за все в склянці, зануреному в каструлю з холодною водою, до концентрованої азотної кислоти дуже обережно додайте трохи концентрованої сірчаної кислоти. Ви отримали нітрит суміш. Занурте в цю суміш клаптик бавовняної вати завбільшки з волоський горіх на 2-3 хвилини (максимум). Зачепите шматок вати скляною паличкою і помістіть його під струмінь водопровідної води. Через кілька хвилин відіжміть вату, розстеліть її на аркуші промокальним папери і висушіть на повітрі.

Що ж відбувається з целюлозою при дії нитрующей суміші? Подивіться на формулу целюлози - кожне шестичленное ланка несе три гідроксильні групи ОН. З азотною кислотою ці групи утворюють складний ефір З-0N02. Обробляючи целюлозу всього 2-3 хвилини, ви ввели в кожне кільце тільки дві нітрогрупи і отримали так званий динитрат целюлози. З ним можна провести цікаві досліди. Після того як динитрат висохне, розчиніть його в суміші ефіру і спирту (приблизно в співвідношенні 2: 1; будьте дуже обережні з ефіром - він легко запалюється!). Ви отримали в'язкий розчин, який називається колодієм і використовується для герметизації пробок на склянках з різними речовинами. Для цього коркову пробку в місці з'єднання зі склянкою обмазують колодієм і дають можливість розчинника випаруватися. Зручно використовувати колодій і для заклеювання дрібних ран на шкірі.

В іншому досліді до розчину камфори в спирті (можна використовувати продається в аптеці камфорний спирт) додайте потроху динитрат целюлози, змочений спиртом. Отриману масу ретельно перемішайте і рівним шаром намажте на металевий лист. Через деякий час спирт випарується, залишивши плівку, звану целулоїдом.

Нітрати целюлози застосовуються для виготовлення плівок, лаків, пластмас. Замість азотної кислоти можна використовувати оцтову: в цьому випадку отримують ацетати целюлози, які йдуть на виготовлення негорючої кіноплівки, ацетатного волокна, тобто штучних целюлозних матеріалів.

Кандидат хімічних наук Г. Шульпин.

Див. також:

Категорія: Цікаві факти | Переглядів: 9893 | Теги: | Рейтинг: 0.0 / 0 Всього коментарів: 0