ПОНЕДЕЛЬНИК, 24.01.22 г. 403, 405, 308  ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ТЕХ, КТО  НЕ МОЖЕТ НАЙТИ СВОЮ ГРУППУ: 

СПРАВА ЕСТЬ АРХИВ. В АРХИВЕ ПО-ПОРЯДКУ РАСПОЛОЖЕНЫ ДНИ НЕДЕЛИ. ТАМ ЖЕ ВИДНЫ ДАТЫ И  НОМЕРА ГРУПП. ВЫБИРАЕТЕ ДЕНЬ СО СВОЕЙ ГРУППОЙ,  И ОН ОТКРОЕТСЯ. УРОКИ ВЫЛОЖЕНЫ ПО РАСПИСАНИЮ. НА ОДНОЙ СТРАНИЦЕ ВЫЛОЖЕН ОДИН ДЕНЬ . ВНИМАНИЕ!!! На выполнение задания отводится 1 неделя. Моя почта :   rimma.lu@gmail.com      Жду ваши фотоотчеты!

Критерии оценивания: Для получения отличной оценки обучающийся должен:- соблюдать отведенное время;- разборчиво и правильно выполнить работу. Если работа будет прислана после указанного срока , оценка будет снижаться.

ГРУППА 403 ХИМИЯ 42,43

ТЕМА: Соли как электролиты. Соли средние, кислые и оснóвные. 

Химические  свойства солей в свете теории электролитической диссоциации. 

ТЕМА: Способы получения солей.

Соли – это сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками.

С точки зрения теории электролитической диссоциации соли - это электролиты, диссоциирующие в водных растворах на катионы металлов и анионы кислотных остатков.

Соли бывают средние (нормальные), кислые и основные.

Средние соли – это продукты полного замещения водорода в кислоте на атомы металла или гидроксогруппы ОН^- в основании на кислотный остаток. Например: имеем серную кислоту H₂SO₄. Средние соли этой кислоты будут иметь состав Na₂SO₄, CaSO₄, Al₂(SO₄)₃. Средние соли ортофосфорной кислоты H₃PO₄:   К₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂, AlPO₄. Средние соли в водных растворах диссоциируют всегда в одну ступень:

 

NaCI ® Na⁺ + CI ^-

Al₂(SO₄)₃ ® 2AI³⁺ + 3SO₄^2-.

 

Кислые соли можно рассматривать как продукты неполного замещения атомов водорода кислоты на атомы металлов. Кислые соли могут быть образованы только от многоосновных кислот. Хлороводородная кислота HCl кислых солей не имеет. Серная кислота H₂SO₄ образует кислые соли в состав которых входит анион HSO₄^-: NaHSO₄, Cu(HSO₄)₂, Fe(HSO₄)₃. Фосфорная кислота Н₃РО₄ имеет два типа кислых солей: с анионами Н₂РО₄^-, НРО₄^2-.

Кислые соли диссоциируют ступенчато:

 

KH₂PO₄ ® K⁺ + H₂PO₄^-,

H₂PO₄^-  H⁺ + HPO₄^2-,

HPO₄^2-  H⁺ + PO₄^3-,

 

Кислые соли чаще всего образуются в избытке кислоты:

Mg(OH)₂ + 2H₂SO₄  Mg(HSO₄)₂ + 2H₂O.

                      кислая соль

Mg(OH)₂ + H₂SO₄  MgSO₄ + 2H₂O

                       средняя соль

Основные соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ионов ОН^- основания на ионы кислотных остатков. Они могут быть образованы только многокислотными основаниями. Гидроксиды щелочных металлов основных солей не имеют.

Гидроксиду меди Сu(ОН)₂ соответствуют основные соли с катионом СuОН⁺: CuOHNO₃, (CuOH)₂SO₄, (CuOH)₃PO₄.

Гидроксид хрома (III) Cr(ОН)₃ образует два ряда основных солей с катионами Cr(ОН)₂⁺, CrОН²⁺:

 

Cr(OH)₂CI,

CrOHCI₂,

(Cr(OH)₂)₂SO₄,

CrOHSO₄,

(Cr(OH)₂)₃PO₄,

(CrOH)₃(PO₄)₂.

 

Основные соли диссоциируют ступенчато:

 

CuOHNO₃ ® CuOH⁺ + NO₃^-     (первая ступень),

CuOH⁺  Cu²⁺ + OH^-              (вторая ступень).

 

Основные соли образуются в избытке основания:

 

2Cu(OH)₂ + H₂SO₄  (CuOH)₂SO₄ + 2H₂O

                                основная соль

Cu(OH)₂ + H₂SO₄  CuSO₄ + 2H₂O

                    средняя соль

 

Номенклатура солей:

1. Средние соли бескислородных кислот.

Название данных солей образуется следующим образом.

 В начале называется анион, названия одноатомных анионов образуются из корней латинских названий соответствующих элементов с суффиксом «ид» (Cl ^- – хлорид, F ^- – фторид, S^2- – сульфид), затем называется катион. Одноатомные катионы обозначаются русским названием элемента в родительном падеже. Если элемент имеет переменную валентность, то она указывается в названии. Например:

NaCl – хлорид натрия;

Са₃Р₂ – фосфид кальция;

FeS – сульфид железа (II);

Fe₂S₃ – сульфид железа (III).

2. Средние соли кислородсодержащих кислот.

Названия анионов кислородосодержащих кислот составляются из корня латинского названия элемента, образующего кислоту, с добавлением суффиксов: «ат» (когда кислотообразующий элемент проявляет высшую степень окисления):

                                                                                _{+6                                   +5}

(SO₄)^2- – сульфат, (NO₃)^- – нитрат;

 

«ит» (когда кислотообразующий элемент проявляет низшую степень окисления):

                                                                                _{+4                                   +3}

(SO₃)^2- – сульфит, (NO₂)^- – нитрит.

Название катионов описано выше.

         ₊₆

Na₂SO₄ – сульфат натрия;

    ₊₅

К₃ РО₄ – фосфат калия;

 _{+2    +5}

Cu(NO₃)₂ - нитрат меди (II);

 _{+1  +5}

CuNO₃ - нитрат меди (I);

       ₊₄

CaSO₃ - сульфит кальция;

      ₊₃

AI(NO₂)₃ - нитрит алюминия;

         ₊₂

Fe(NO₂)₂ - нитрит железа (II).

 

Если данный кислотообразующий элемент образует кислоты более, чем в двух степенях окисления, то суффикс «ат» применяется  во всех названиях атомов кислот, русские названия которых содержат суффиксы «оватая», «овая» и «ная». При этом к названию аниона, в котором кислотообразующий элемент имеет высшую степень окисления добавляется приставка «пер». Так, анион хлорноватой кислоты:

 ₊₅

ClО₃^- – называется хлорат-ион, а анион хлорной кислоты:

 ₊₇

ClО₄^- – перхлорат-ион.

В названиях анионов кислот, русские названия которых содержат суффиксы «оватистая» и «истая», используется суффикс «ит». К названию же аниона, в котором кислотообразующий элемент имеет низшую степень окисления, добавляется приставка «гипо». Так, анион хлористой кислоты ClO₂^- – называется хлорит-ион, а хлорноватистый ClO^-– гипохлорит-ион.

 

Кислородосодержащие кислоты хлора	Соли
HСlO – хлорноватистая кислота	KСlO – гипохлорит калия
HСlO2 – хлористая кислота	KСlO2 – хлорит калия
HClO3 – хлорноватая кислота	KСlO3 – хлорат калия
HClO4 – хлорная кислота	KClO4 – перхлорат калия

 

Если в названии кислоты используются приставки «мета», «орто» и другие, то и в названии соли они сохраняются: НРО₃ – метафосфорная кислота, КРО₃ – метафосфат калия,

H₃PO₄ - ортофосфорная кислота, K₃PO₄ - ортофосфат калия.

В названиях анионов кислых солей с одним  атомом водорода содержится приставка «гидро» (от латинского названия водорода Hydrogenium – гидрогениум). Если же в кислотном остатке несколько атомов водорода, то в названии кислой соли сохраняется приставка «гидро», но с греческим числительным, показывающим число атомов водорода в анионе:

NaHSO₄ – гидросульфат натрия;

Са(НСО₃)₂ – гидрокарбонат кальция;

FeНРО₄ – гидрофосфат железа (II);

 

КН₂РО₄ – дигидрофосфат калия;

Fe(Н₂РО₄)₃ – дигидрофосфат железа (Ш).

В состав катионов основных солей входят катион соответствующего металла и группа ОН^-, которой дано сложное название, состоящее из корня латинского названия водорода «гидро» и слова «оксид»: гидроксид – ион, или гидроксо – «группа». Причем в названиях сдвоенные буквы «О» превращаются в одну. Число ОН^- – групп в сложном катионе указывается греческим числительным:

 

ZnOHCl – хлорид гидроксоцинка;

FeOHSO₄ – сульфат гидроксожелеза (III);

[Al(OH)₂]₂SO₄ – сульфат дигидроксоалюминия;

SnOHNO₃ – нитрат гидроксоолова (II).

 

При составлении формул придерживаются следующих правил:

по суффиксу в названии средней соли определяют какой кислоты соль: бескислородной или кислородсодержащей.

Например:

1. Хлорид натрия: «ид» показывает, что это соль бескислородной кислоты с анионом Cl^-. Катионом является Na⁺. Записываем сначала катион, затем анион Na⁺Cl^-. Катион и анион однозарядны, индексы не используются.

2. Сульфид алюминия: Al³⁺S^2- истинная формула Al₂S₃, молекула электронейтральна.

3. Сульфат железа (III): «ат» показывает, что это соль кислородсодержащей кислоты, в которой сера в максимальной степени окисления. Это анион SO₄^2-. Катион железа  – Fe³⁺. Записываем сначала катион и анион, а затем индексы, выравнивающие число положительных и отрицательных зарядов: Fe³⁺⁽SO₄)^2- - истинная формула Fe₂(SO₄)₃.

По названию кислой соли определяют, какой кислоты соль (бескислородной или кислородсодержащей) и сколько атомов водорода входит в состав сложного атома. Далее поступают как при составлении формул средних солей.

 

 Например:

1. Гидросульфид железа (III). Соль бескислородной сероводородной кислоты. Анион содержит один атом водорода НS^- , катион Fe²⁺. Записываем катион, сложный анион и индексы: Fe²⁺⁽HS)^-, следовательно формула будет Fe(HS)₂.

2. Дигидрофосфат кальция. Соль кислородсодержащей фос-форной кислоты. Сложный анион содержит два («ди») атома водорода, катион Са²⁺. Записываем Са²⁺(Н₂РО₄)^-. Ставим индексы: Са(Н₂РО₄)₂. Молекула электронейтральна.

По названию основной соли определяют, какой кислоты данная соль и сколько гидроксогрупп входит в состав сложного катиона. Записывают сложный катион, затем анион и индексы, уравнивающие заряды. Если металл имеет переменную валентность, то она указывается в названии соли. Например:

 

1.      Хлорид гидроксотитана (IV),

(ТiОН)³⁺Cl ^- – правильная формула TiOHCl₃.

 

2.      Нитрат дигидроксокобальта (III)

(Сo(OH)₂)⁺NO₃^- – правильная формула Сo(OH)₂NO₃.

 

 

Классификация солей по следующим признакам:

 

1. По растворимости:

 

рстворимые – KCI, Ba(NO₃)₂, CuSO₄,

нерастворимые– BaSO₄, AgCI, Ca₃(PO₄)₂.

 

2.По свойствам:

 

cредние или нормальные – Na₂SO₄, MgCI₂,

кислые – KHSO₄, Ca(H₂PO₄)₂,

основные – CuOHCI, AI(OH)₂NO₃.

 

 

Получение

 

1. Взаимодействие металла с неметаллом:

Fe + S  FeS.

 

2. Взаимодействие металлов, расположенных в ряду напряжений левее водорода, с растворами кислот:

Zn + H₂SO₄  ZnSO₄ + H₂

 

3. Взаимодействие металлов с растворами солей:

 

Fe + CuSO₄  FeSO₄ + Cu.

 

4. Взаимодействие кислот с основаниями (реакция нейтрализации):

HCI + NaOH  NaCI + H₂O.

 

5. Взаимодействие кислот с основными оксидами:

 

H₂SO₄ + CaO  CaSO₄ + H₂O.

 

6. Взаимодействие кислот с растворами солей:

 

H₂SO₄ + BaCI₂  BaSO₄ + 2HCI.

 

7. Взаимодействие оснований с растворами солей:

 

2NaOH + CuSO₄  Cu(OH)₂ + Na₂SO_4.

 

8. Взаимодействие оснований с кислотными оксидами:

 

Ca(OH)₂ + CO₂  CaCO₃ + H₂O.

 

9. Взаимодействие основных оксидов с кислотами:

 

CaO + CO₂  CaCO₃

 

10. Взаимодействие растворов солей с неметаллами:

 

2KBr + CI₂  2KCI + Br₂.

 

 

11. Взаимодействие растворов солей между собой:

 

NaCI + AgNO₃  AgCI + NaNO_3.

 

12. Получение солей аммония:

 

NH₃ + HCI  NH₄CI.

 

 

Химические свойства

 

1. Растворы солей взаимодействуют с металлами, расположенными в ряду напряжений левее, чем металл, входящий в состав соли:

Zn + FeSO₄  ZnSO₄ + Fe.

 

2.Растворимые в воде соли взаимодействуют с основаниями:

CuSO₄ + 2NaOH  Cu(OH)₂ + Na₂SO₄,

KHSO₄ + KOH  K₂SO₄ + H₂O.

 

3. Соли взаимодействуют с растворами кислот:

CaCI₂ + H₂SO₄  CaSO₄ + 2HCI,

Ca(HCO₃)₂ + 2HCI  CaCI₂ + H₂O + CO₂

MgOHCI + HCI  MgCI₂ + H₂O.

 

4.Водные растворы солей взаимодействуют между собой с образованием новых солей:

BaCI₂ + Na₂SO₄  BaSO₄ + 2NaCI,

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃  CaCO₃ + 2NaHCO₃.

5. Растворы солей взаимодействуют с неметаллами:

2NaI + Br₂  2NaBr + I₂

6. Многие соли при нагревании разлагаются, особенно

легко – карбонаты:

CaCO₃  CaO + CO₂

(CuOH)₂CO₃ CuO + CO₂ + H₂O,

2NaHCO₃  Na₂CO₃  + CO₂ + H₂O.

7. Некоторые соли взаимодействуют с водой с образованием кристаллогидратов:

CuSO₄ + 5H₂O ® CuSO₄ ^. 5 Н₂О.

 ^{белый цвет                голубой цвет}

Основные классы неорганических соединений связаны между собой. Генетической связью между ними считают тот факт, что из неорганических соединений одного класса можно получить соединение другого класса. Иногда это можно сделать в одну стадию, иногда – в несколько:

ГРУППА 405 ХИМИЯ 11,12

ТЕМА: Строение электронных оболочек атомов элементов

малых периодов.

ТЕМА: Особенности строения электронных оболочек атомов

элементов больших периодов (переходных элементов). Понятие об орбиталях. s-, р- и d-Орбитали

Состояние электронов в атоме. Строение атомов элементов больших и малых периодов.

По современным представлениям атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов. В ядре содержатся протоны и нейтроны. Число протонов, а также электронов равно порядковому номеру элемента.

Частица масса заряд

Протон 1 +1

Нейтрон 1 0

Электрон ≈ 0 – 1

Сумма протонов и нейтронов численно равна относительной атомной массе элемента.

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно место нахождения электрона, называется орбиталью или электронным облаком. Формы электронных облаков различны (s, p, d, f ); О – s- орбиталь ; ∞ – p- орбиталь

Электронные облака d и f имеют более сложную форму.

Электроны, двигаясь в пространстве вокруг ядра , образуют его электроннуюоболочку, которая делится на электронные слои или уровни. Распределение электронов по электронным слоям (уровням) можно представить следующим образом: ₊₁ H ) ₊₆ C ) ) ₊₁₂ Mg ) ) )

1 2 4 2 8 2

Максимальное число электронов в электронном слое (уровне) определяется по формуле: N = 2 n ², где n – номер электронного слоя (уровня).

Число электронных слоев (уровней) равно номеру периода, в котором находится элемент. Уровни делятся на подуровни (s, p, d, f) и заполняются электронами в определенной последовательности. В зависимости от того, какой подуровень последним заполняется электронами, все элементы делятся на 4 семейства: s, p, d, f – элементы. Число валентных электронов (участвующих в образованиихимических связей) численно равно номеру группы.

Электронная конфигурация атомов отображается с помощью электронных формул, например, атом водорода имеет электронную конфигурацию: 1 S¹

А атом углерода – 1 S ² 2 S ² 2 P ².

У элементов малых и больших периодов строение электронных оболочек атомов отличается. В малых периодах слева направо число внешних электронов увеличивается резко – от 1 до 8 и свойства элементов также меняются резко - от металлическим к неметаллическим. Так, в начале 3 периода стоит типичный металл натрий (легко отдает 1 электрон внешнего уровня), а в конце периода – типичный неметалл хлор (легко присоединяет 1 электрон до завершения уровня). Завершает период аргон – инертный газ.

Свойства соединений элементов изменяются от основных к кислотным через амфотерные. Оксиды натрия и магния – основные, оксид алюминия – амфотерный, а оксиды кремния, фосфора, серы и хлора – кислотные.

 

Большие периоды состоят из 2-х рядов. В четных рядах больших периодов на внешнем уровне число эдектронов не меняется (равно 1 или 2), идет дозаполнение предыдущего снаружи уровня (d – подуровень, элементы «вставных» декад), поэтому свойства элементов меняются плавно, здесь все элементы – металлы. В нечетных рядах число внешних эектронов снова резко растет, как в малом периоде, от 1 до 8 и свойства элементов снова меняются резко - от металлических к неметаллическим. Однако, в целом, в начале любого большого периода – типичные металлы, а в конце – типичные неметаллы, т. е. при переходе от одного периода к другому наблюдается периодичность изменения свойств элементов, а значит, и их соединений. Свойства элементов, их оксидов, гидратов этих оксидов (и водородных соединений элементов главных подгрупп) периодически повторяются

В группах (в главных подгруппах) сверху вниз, с ростом заряда ядра и радиуса атома металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают, основность соединений в подгруппе сверху вниз усиливается.

ГРУППА 308 ХИМИЯ 41,42

ТЕМА: Понятие о высокомолекулярных соединениях, зависимость их свойств от строения. Основные методы синтеза полимеров

ТЕМА:Классификация пластмасс. Термопластичные полимеры. Полиэтилен. Полипропилен

Высокомолекулярные соединения.

Прочитайте текст, выпишите главные понятия согласно теме.

Содержание

• Полимеры.
• Классификация полимеров
• Радикальная и ионная полимеризация
• Физические свойства полимеров
• Пластмассы

Особую, очень важную, группу органических веществ составляют высокомолекулярные соединения (ВМС), или полимеры. Масса их молекул может достигать нескольких десятков тысяч и даже миллионов а. е. м.

Высокомолекулярные соединения (полимеры)

вещества с очень большой молекулярной массой, молекулы которых содержат повторяющиеся группировки атомов.

Для описания структуры ВМС используются следующие основные понятия:

Макромолекула

молекула полимера (от греч. "макрос" — большой, длинный).

Мономеры

низкомолекулярные соединения, из которых образуются полимеры.

Структурное звено

группа атомов, многократно повторяющаяся в цепной макромолекуле.

Степень полимеризации

число, показывающее сколько молекул мономера соединилось в макромолекулу.

Степень полимеризации обозначается индексом "" за скобками, включающими в себя структурное (мономерное) звено.

Для синтетических полимеров, как правило, ; а самые длинные из известных природных макромолекул — ДНК (полинуклеотидов) — имеют степень полимеризации .

Относительная молекулярная масса полимеров обычно составляет более  а.е.м. и не имеет постоянного значения, т. к. в состав одного и того же образца полимера входят макромолекулы различной длины. Молекулярная масса полимера представляет собой среднюю массу всех макромолекул, образующих его.

Полимерные макромолекулы представляют собой длинные цепочки, состоящие из большого количества отдельных звеньев. При этом поперечное сечение цепи составляет несколько нанометров, а длина — до нескольких тысяч нанометров, поэтому макромолекулам полимера свойственна большая гибкость или пластичность, что является одной из отличительных особенностей полимеров. Полимеры характеризуются прочными химическими связями вдоль цепи в макромолекулах и относительно слабыми — между ними, за исключением пространственно сшитых полимеров.

Классификация полимеров

1. По происхождению полимеры бывают природными, синтетическими, т. е. полученными из мономеров, и искусственными, т. е. полученными в результате химической обработки природных полимеров.

 

2. По пространственной структуре различают линейные, разветвлённые и сетчатые (сшитые) полимеры.

Линейные и разветвленные полимеры способны образовывать прочные эластичные волокна и плёнки, которые могут плавиться и способны растворяться в различных растворителях. Примерами линейных полимеров являются полиэтилен, поливинилхлорид, разветвлённых — амилопетин, натуральный каучук. В сетчатых полимерах углеродные цепи «сшиты» между собой и образуют пространственную структуру, в которой вещество представляет собой одну гигантскую молекулу. Примерами полимеров с сетчатой структурой могут служить отверждённые фенолоформальдегидные смолы, вулканизированные каучуки с большим содержанием серы. Такие полимеры неэластичны и нерастворимы.

3. По последовательности соединения исходных молекул мономеров в макромолекуле полимера различают стереорегулярные и нестереорегулярные полимеры. Стереорегулярность оказывает большое влияние на свойства полимеров.

Стереорегулярные полимеры

полимеры, макромолекулы которых построены из звеньев одинаковой пространственной конфигурации или же из звеньев различной конфигурации, но обязательно чередующихся в цепи в определенном порядке.

Нестереорегулярные полимеры

полимеры с произвольным чередованием звеньев различной пространственной конфигурации.

Стереорегулярность особенно важна при использовании полимерных материалов в условиях многократных деформаций, так как обеспечивает эластичность, которая играет основную роль в обеспечении прочности и износоустойчивости изделий. Таким требованиям, например, должны отвечать искусственные каучуки, из которых изготавливают автомобильные шины. Как известно, натуральный каучук имеет стереорегулярное строение. В условиях химического синтеза добиться стереорегулярного строения каучука долгое время не удавалось, что отражалось на его свойствах. Проблему удалось решить, когда были найдены катализаторы, обеспечивающие регулярную укладку мономерных звеньев в растущую полимерную цепь.

Группы  в макромолекулах дивинилового каучука должны быть расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, то есть находиться в цис-положении.

Такое расположение групп  в макромолекуле способствует её естественному скручиванию в спираль, что и обусловливает высокую эластичность. По стойкости к истиранию дивиниловый каучук даже превосходит натуральный.

4. По способу получения. Существует два основных способами получения полимеров — реакции полимеризации и реакция поликонденсации.

Полимеризация

реакция образования высокомолекулярных соединений путём последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи за счет разрыва кратных связей. В процессе полимеризации не происходит образования побочных низкомолекулярных веществ.

Мономерами в реакции полимеризации могут быть вещества, способные вступать в реакции присоединения, например непредельные соединения, содержащие двойные или тройные связи , ,  и др.

Приведём схемы некоторых реакций полимеризации.

Схема реакции полимеризации этилена:

Этилен                Полиэтилен

Реакцию полимеризации можно проводить с участием двух или более различных мономеров, например бутадиена и стирола.

Сополимеризация

процесс полимеризации с участием двух или более разных мономеров

Сополимер

продукт, образованный из двух или более структурных звеньев

Примерами сополимеризации являются процессы получения бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрильных каучуков.

Рис. 1. Получение бутадиен-нитрильных каучуков

Чтобы началась реакция полимеризации, необходимо "сделать" незначительную часть молекул мономера активными, то есть превратить их в свободные радикалы или в ионы.

В первом случае полимеризация пойдёт по радикальному механизму (радикальная полимеризация), а во втором — по ионному механизму (катионная полимеризация или анионная полимеризация).

Реакция полимеризации включает в себя три основных стадии: зарождение цепи, т. е. образование активных центров (свободных радикалов или ионов), рост цепи и обрыв цепи.

При радикальной полимеризации процесс инициируют свободные радикалы. На первой стадии происходит зарождение цепи за счёт образования свободного радикала, который присоединяется к молекуле мономера.

В результате образуется новый свободный радикал, который способен последовательно присоединять другие молекулы мономера, вследствие чего происходит рост цепи.

Последняя стадия — обрыв цепи, который происходит либо в результате присоединения к концу цепи свободного радикала, либо при рекомбинации двух цепей.

При ионной полимеризации роль активных центров играют катионы или анионы, поэтому различают катионную и анионную полимеризацию.

В зависимости от заряда частицы, которая инициирует процесс присоединения, различают катионную, анионную и радикальную полимеризацию. Основные стадии процесса полимеризации можно рассмотреть на примере радикального механизма.

Поликонденсация

процесс образования молекул полимеров за счёт взаимодействия между функциональными группами одинаковых или различных молекул мономеров сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (например, воды).

В поликонденсацию могут вступать соединения, содержащие не менее двух функциональных групп, способных к химическому взаимодействию.

В основе реакции поликонденсации большинства синтетических полимеров лежат реакции образования амидов или сложных эфиров. Например, аминокислоты , содержащие карбоксильную группу  и аминогруппу , используют для получения полиамидов. Так, для получения капрона, представляющего собой полиамид, используют реакцию поликонденсации –аминокапроновой кислоты.

–Аминокапроновая                     Капроновая кислота

Рис. 2. Схема реакции полимеризации –аминокапроновая кислоты

Лавсан, являющийся сложным полэфиром, получают взаимодействием терефталевой кислоты и двухатомного спирта этиленгликоля:

терефталевая кислота                    этиленгликоль                                    полиэтилентерефталат

Как и в случае полимеризации, в процессах поликонденсации могут участвовать один или несколько мономеров. Реакции поликонденсации, в которых участвуют молекулы одного мономера, называют реакциями гомополиконденсации. Например, из молекул моносахаридов (глюкозы) в клетках растений образуются полисахариды, а в промышленности получают синтетическое волокно капрон.

Реакции поликонденсации, в которых участвуют молекулы двух или нескольких разных мономеров, называют реакциями сополиконденсации. В результате реакции сополиконденсации в живых организмах происходит синтез белковых молекул из разных аминокислот, в промышленности получают полиэтилентерефталат, фенолформальдегидные смолы и др.

Рис. 3. Фенолформальдегидная смола

5. По способности сохранять свои свойства после нагревания различают термопластичные и термореактивные полимеры.

Термопластичные полимеры

полимеры, которые могут многократно изменять свою форму при нагревании и последующем охлаждении.

Термопластичные полимеры, как правило, имеют линейную структуру, между отдельными молекулами которых отсутствуют прочные химические связи. Термопластичные полимеры легко размягчаются, не разрушаются при плавлении и выдерживают многократное нагревание и охлаждение. Их можно использовать для многократной переработки. К числу термопластичных полимеров относятся полиэтилен, полипропилен, полиметилметакрилат (органическое стекло) и др.

Термореактивные полимеры

полимеры, которые при нагревании изменяют свою форму, но при этом теряют пластичность и становятся твёрдыми.

Термореактивные полимеры имеют сетчатую (сшитую) структуру и характеризующуюся наличием прочных ковалентных связей между отдельными макромолекулами. Термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, при нагревании разлагаются. При этом происходит необратимое изменение или даже разрушение их структуры. Эти пластмассы нельзя использовать для многократной переработки. К числу термореактивных полимеров относятся фенолформальдегидные смолы (получаются путём поликонденсации формальдегида с фенолом), аминопласты (получаются путём поликонденсации формальдегида с мочевиной), эбонит.

Физические свойства полимеров

Для полимеров характерны некоторые общие специфические свойства. Полимеры не имеют определённой температуры плавления, так как содержат макромолекулы различной массы, и при нагревании они постепенно размягчаются. Многие полимеры обладают низкой растворимостью; сетчатые полимеры вообще нерастворимы, а лишь набухают за счёт поглощения растворителя. Растворы полимеров обладают высокой вязкостью при малой концентрации растворённого вещества.

Полимеры обладают особыми механическими свойствами, к которым относятся:

• эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке, что особенно характерно для каучуков;
• малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров, например органического стекла;
• способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля, что используется при изготовлении волокон и пленок.

Ещё одна особенность полимеров — их способность к старению, т. е. к потере характерных свойств. При старении полимеры могут размягчаться, но часто, наоборот, происходит повышение их твёрдости и хрупкости и потеря эластичности. Для замедления процесса старения в полимеры добавляют стабилизаторы — различные органические вещества, ослабляющие действия факторов, способствующих старению.

Пластмассы

Пластмассы (пластики) представляют собой сложные композиции на основе полимеров, содержащие различные наполнители и добавки (стабилизаторы, пластификаторы, красители), придающие полимерам необходимые физико-химические свойства.

В качестве наполнителей часто используют мел, графит. Путём смешивания высушенных древесных стружек с полимерной смолой и последующим формованием получают древесно-стружечные плиты (ДСП), используемые для изготовления мебели.

Для увеличения жёсткости пластики армируют, для чего вводят в них волокна, ткани или плёнки. Такие материалы называют композитами. В композитах каждый из компонентов сохраняет свои индивидуальные свойства. Примерами композитных материалов являются, например, стеклопластики, в которых стеклянные нити, распределенные в полимере. Стеклопластики не проводят электрический ток, не намагничиваются, имеют высокую прочность и устойчивость к коррозии. При введении в пластик углеродных волокон, пропитанных смолой, получают углепластики. Углепластики обладают термостойкостью и высокой механической прочностью.

Для повышения эластичности в пластмассы вводят пластификаторы. В качестве пластификаторов используют сложные эфиры карбоновых кислот или фосфорной кислоты. Добавлением в нитрат целлюлозы камфоры, играющей роль пластификатора, получают целлулоид — один первых пластиков, который широко использовался для изготовления игрушек, расчёсок, линеек, оправ для очков, фотоплёнки и др. изделий. Однако целлулоид обладает высокой горючестью и поэтому в настоящее время практически полностью заменён более безопасными материалами, но для изготовления шариков для настольного тенниса он используется до сих пор.

Для уменьшения горючести в некоторые пластмассы вводят специальные добавки — антипирены, некоторые из которых токсичны.

Для продления срока службы изделия в пластмассу добавляют стабилизаторы. Некоторые стабилизаторы (фенолы, амины) токсичны.

Коротко о главном

Высокомолекулярные соединения (полимеры) — вещества с очень большой молекулярной массой, молекулы которых содержат повторяющиеся группировки атомов.

Полимеры можно классифицировать по:

1. происхождению (природные, синтетические и искусственные);
2. пространственной структуре (линейная, разветвлённая, сетчатая);
3. пространственной последовательности соединения исходных молекул мономеров в макромолекуле полимера (стереорегулярные и нестереорегулярные);
4. способу получения (реакция полимеризации и реакция поликонденсации),
5. способности сохранять свои свойства после нагревания (термопластичные и термореактивные),

Для полимеров характерны некоторые общие специфические свойства: отсутствие определённой температуры плавления, низкая растворимость или отсутствие её, высокая вязкость растворов при низкой концентрации растворённого вещества и др. Полимеры способны к старению — потере характерных свойств с течением времени.

Пластмассы (пластики) представляют собой сложные композиции на основе полимеров. Пластики получают путём добавления в полимеры различных наполнителей и добавок (стабилизаторы, пластификаторы, красители), которые придают им требуемые свойства.

Вопросы для самоконтроля

1. Охарактеризуйте основные понятия, которые используют для описания структуры полимеров.

2. По каким признакам можно классифицировать полимеры?

3. Назовите известные вам синтетические и природные полимеры.

4. В чём заключается принципиальное отличие реакций полимеризации от реакций поликонденсации?

5. Чем термопластичные полимеры отличаются от термореактивных?

6. Чем стереорегулярные полимеры отличаются от нестереорегулярных?

7. Назовите характерные свойства полимеров. Почему полимеры обладают особыми свойствами?

8. Охарактеризуйте назначение наполнителей, которые вводят в пластики.

Классификация полимеров

С точки зрения промышленной технологии, классификация полимеров (высокомолекулярных соединений) может проводится по очень многим признакам.

1. По происхождению полимеры делятся на природные, синтетические и искусственные. 

• Природные или натуральные полимеры, представляют собой большую группу высокомолекулярных соединений, встречающихся в окружающем нас мире. Это белки, целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, шелк, шерсть, янтарь и др.
• Синтетические полимеры получают синтезом из мономеров, то есть соединением множества мелких молекул в несколько макромолекул: полиэтилен  (от  тыс до  млн), полипропилен, полистирол ( тыс —  тыс), фенолформальдегидные смолы и т.д. Синтетические полимеры не имеют аналогов среди природных. Возникновение их в природе невозможно, так как их синтез требует большого количества чистых мономеров, применения особых катализаторов.

• Искусственные полимеры получают из природного полимерного сырья путём его химической модификации. Одним из наиболее распространенных природных полимеров, который непрерывно регенерируется в процессе фотосинтеза, является целлюлоза. Нитроцеллюлоза и ацетатцеллюлоза — продукты химической модификации целлюлозы — искусственные полимеры. Они растворимы в ацетоне, хлороформе и других растворителях. Эфиры целлюлозы используют для получения фотопленки и волокон, например, вискозного волокна.

2. По составу основной цепи полимеры делят на органические, неорганические, элементоорганические.

• к органическим полимерам относится большинство веществ, макромолекулы которых в главной цепи, помимо атомов углерода, могут содержать также и другие элементы — кислород, азот, серу и т.д.
• молекулы неорганических полимеров построены из атомов (кремния, алюминия, германия, серы) или молекул (оксид кремния) и не содержат органические боковые радикалы. Неорганические ВМС не имеют длинных цепей и для них характерны жёсткие кристаллические структуры, поэтому они не обладают эластичностью
• у элементоорганических полимеров главная молекулярная цепь имеет неорганическую природу, а боковые ответвления - органическую (полиоргансиланы): 

3. По строению основной цепи молекулы полимеров делятся на гомоцепные  и  и гетероцепные  и .

4. По форме макромолекулы полимеры делятся на линейные, разветвленные и пространственные

Химические свойства полимеров

ВМС могут вступать в разнообразные химические реакции, которые подразделяются на следующие типы:

• реакции деструкции;
• полимераналогичные реакции;
• реакции усложнения полимеров.

Реакция деструкции

расщепление связей между мономерными звеньями в полимерах под действием различных реагентов.

Полимеры подвергаются деструкции в процессе эксплуатации под действием различных факторов — солнечного света, атмосферного кислорода, влаги и т.п. Возможность деструкции определяется природой связи в полимерах.

Иногда реакции деструкции проводят целенаправленно, например, в целях синтеза новых полимеров с меньшей степенью полимеризации.

Полимераналогичные реакции

реакции с участием звеньев полимерной цепи без изменения основной цепи и степени полимеризации.

При таких реакциях изменяется структура мономерного звена. В данном случае, реакционная способность обусловлена наличием и характером имеющихся в полимерной цепи функциональных групп. Полимераналогичные реакции позволяют создавать новые ВМС на базе модификации исходных полимеров.

Например, поливиниловый спирт нельзя получить непосредственно полимеризацией винилового спирта вследствие его неустойчивости  и изомеризации. Однако этот полимер можно получить из другого полимера — поливинилацетата, посредством гидролиза.

 

Реакции усложнения полимеров

К данному типу реакций относятся реакции, в результате которых происходит удлинение цепи макромолекул или сшивка полимерных цепей.

Для удлинения цепи используют реакции образования блоков посредством блокосополимеризации. Реакции сшивания используются для образования мостиковых связей между линейными полимерными цепями, что приводит к созданию трёхмерных сетчатых структур полимеров. 

Одним из примеров сшивания является процесс вулканизации каучуков, при котором для сшивки цепей полиизопрена в сырой каучук включается сера (%). В процессе вулканизации образуются связи углерод-сера, причем сера может реагировать с двойными связями и реакционно способными аллильными фрагментами полимерных цепей.

Особые свойства полимеров

Чем же отличаются полимеры от низкомолекулярных соединений и веществ немолекулярного строения? Наибольшие отличия проявляются в механических свойствах, в поведении растворов и в некоторых химических свойствах.

Особые механические свойства:

• эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
• малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
• способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и пленок).

Особенности растворов полимеров:

• высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;
• растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

• способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством — гибкостью.