Синтетичні каучуки

Тема: Синтетичні каучуки

Мета: дати учням поняття про синтетичні каучуки; ознайомити з методами одержання каучуку; розвивати вміння узагальнювати і робити висновки; виховувати екологічно грамотну особистість.

Обладнання: портрет С.В. Лебедєва, зразки каучуку і гуми, фарфорові чашки, сірники, спиртівка, кислота, луг, бензин.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

 

Хід уроку

 

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань

  1. Можливо хтось чув про дерево гевея, що росте в Бразиліїї? Поділіться з нами інформацією.
  2. Хлопці, розкажіть де в побуті ви зустрічаєтесь з гумою.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Учитель  А допомагати мені сьогодні будуть два співробітники проектного інституту

Співробітник 1

Каучуки – це еластичні матеріали, з яких вулканізацією (нагріванням із сіркою) дістають гуму. Із канчуків виготовляють покришки і камери для коліс літаків, автомобілів, велосипедів. Їх використовують для електроізоляції, виробництва промислових товарів і медичних приладів. Натуральний (природній) каучук за хімічним складом являє собою високомолекулярний ненасичений вуглеводень складу (C5H8)n, де n становить від 1000 до 3000.

Учитель

Натуральний каучук – полімер ізопрену:

nCH2═C─CH═CH2 → (CH2─C═CH─CH2─)n

│                                     │

CH3                                 CH3

Ізопрен                                натуральний каучук (поліізопрен)

Співробітник 1

 

Його добувають із молочного соку каучуконосних рослин, головним чином із гевеї. Бразилія – батьківщина каучуку.

Необхідність створення синтетичних матеріалів високої елас­тичності постала перед ученими у зв’язку з обмеженістю ресурсів натурального каучуку і дедалі зростаючим попитом на нього техніки, що розвивалася, і насамперед авто- та авіатранспорту. Гостро стало таке завдання перед молодою Радянською державою, бо гевея —- основне джерело натурального каучуку — у нас не росте, і країна змушена була ввозити каучук з-за кордону.

 

Співробітник 2

Бутадієновий синтетичний каучук. У результаті багаторічної напруженої праці групі ленінградських учених під керівництвом професора (пізніше академіка) С. В. Лебедева вдалося розробити синтетичний спосіб добування каучуку, і з 1932 р. такий каучук виробляється в нашій країні. Радянський Союз був першою кра­їною в світі, яка організувала велике виробництво синтетичного каучуку.

Розробляючи синтез каучуку, С. В. Лебедєв наслідував при­роду. Оскільки натуральний каучук — полімер дієнового вугле­водню (згадайте якого), учений також скористався дієновим вуглеводнем, тільки простішим і доступнішим — бутадієном СН2=СН—СН=СН2. Бутадієн добували для цього з етилового спирту.

Учитель

Полімеризація бутадієну за способом С. В. Лебедєва прово­диться в присутності каталізатора — металічного натрію. Спро­щено процес можна зобразити так:

СН2 = СН-СН = СН2+СН2=СН-СН = СН2 +………→

 

─CH2─CH═CH─CH2─CH2─CH═CH─CH2─ і т. д.

Будову бутадієнового (полібутадієнового) каучуку можна ви­разити формулою:

(─CH2─CH═CH─CH2─) n

Співробітник 2


Добутий цим способом бутадієновий каучук має добру водо-і газонепроникність. Для підвищення міцності й еластичності його, як і натуральний каучук, вулканізують. Широке використання бутадієнового каучуку для виробництва різних гумових технічних виробів відіграло велику роль у розвит­ку народного господарства нашої країни.

Тепер промисловість випускає ряд інших синтетичних каучуків. Одні з них характеризуються великою механічною міцністю, інші — високою хімічною стійкістю, треті особливо стійкі проти розчинників і т. д. Кожний з них застосовується відповідно до своїх властивостей.

Співробітник 1

Стереорегулярні каучуки. Синтетичні каучуки, маючи переваги над натуральним каучуком за окремими показниками, посту­палися перед ним однією властивістю — еластичністю. А ця влас­тивість найважливіша при виготовленні таких виробів, як автомо­більні та авіаційні шини, що зазнають під час руху багаторазових деформацій/Натуральний каучук — це ізопреновий каучук. Тому вчені вже давно поставили завдання добути синтетичний ізопре­новий каучук.

Учитель. Такий каучук було синтезовано. Але властивостей натураль­ного каучуку повністю досягти не вдавалося. Причину цього встановили, коли вивчили просторову будову натурального кау­чуку. Виявилося, що він має стереорегулярну будову. Згадаймо його формулу. Атоми вуглецю біля подвійного зв’язку в кожній ланці сполу­чені з різними атомами (групами атомів). Тому тут можлива геометрична ізомерія. Виявилося, що групи СН2 в макромо­лекулах каучуку розміщені не безладно, а лише з одного боку

подвійного    зв’язку    в    кожній   ланці,    тобто    перебувають    в цис-положенні:      

 

 

H3C    H                             цис-форма

│  │

C═C

│  │

……… H2C   CH2 ─………

 

 

H3C    CH2 ─………                 транс-форма

│  │

C═C

│  │

……… H2C   H

 

 

Таке розміщення груп СН2, через які зв’язуються ланки в мак­ромолекулі, сприяє її згортанню в клубок, що й зумовлює високу еластичність каучуку. У транс-ізомеру ланки макромолекули біль­ше витягнуті, і така еластичність для них не властива.

В умовах хімічного синтезу каучук стереорегулярної будови не утворювався, і це позначалося на властивостях полімеру.

Співробітник 2

Але все-таки проблему синтезу ізопренового каучуку вдалося розв’язати. Було знайдено каталізатори, які, подібно до синтезу стереорегулярного поліпропілену, забезпечували стереорегулярне укладання мономерних ланок у зростаючий полімерний ланцюг, і тепер наша промисловість випускає багато каучуку, аналогічного за своєю будовою і властивостями до натурального.

Добуто і бутадієновий каучук стереорегулярної будови. Щоб відрізнити такий каучук від бутадієнового, який не має стерео­регулярної будови, його називають дивініловим. Виявилося, що за стійкістю проти стирання дивініловии каучук навіть перевершує натуральний. Це робить його особливо цінним для виготовлення протекторів (зовнішньої частини) шин, які зношуються особли­во швидко.

Добування синтетичних каучуків стереорегулярної будови — ізопренового і дивінілового — одне з яскравих досягнень вітчиз­няної промисловості органічного синтезу.

Значно змінилася і сировинна база виробництва синтетичних каучуків. Бутадієн із часів С. В. Лебедєва добували з етилового спирту, а на виробництво спирту витрачали зерно й картоплю. Складним було і добування ізопрену. Економіка виробництва потребувала інших, доступніших джерел сировини. Тепер для синтезу каучуку використовують вуглеводні, які містяться в наф­тових газах і продуктах переробки нафти.

Учитель.

Бутадієн добувають дегідруванням бутану:

 

CH2─CH─CH─CH2 →    CH2═CH─CH═CH2 + H2O

   H         H

H      H

│       │     │     │

Ізопрен можна добути з ізопентану (2-метилбутану):

 

CH3─CH─CH2─CH3 → CH2═C─CH═CH2

│                                    │

CH3                                 CH3

 

 

Якщо ресурси ізопентану недостатні, його можна добути ізо­меризацією нормального пентану:

СН3—СН2—СН2—СН2—СН3   →   СН3—СН—СН2—СН3

СН3

Усі  ці  процеси  каталітичні.  Тепер  їх  широко  застосовують у промисловості, щоб добувати мономери для синтезу каучуку.

 

Співробітник 1 Я хочу вам розповісти про Сергія Васильовича ЛЕБЕДЄВА (1874—1934)

 Професор Військово-медичної академії в Ленінграді, академік. Відомий своїми класичними працями з полімеризації та гід­рування ненасичених вуглеводнів. Розробив способи добування бутадієну (дивінілу) із спирту за одну стадію (на суміші дегідруючого і дегідратуючого каталізаторів), каучуку з бутадієну полімеризацією в присутності мета­лічного натрію. Під керівництвом С. В. Ле­бедєва був збудований і працював перший у Радянському Союзі завод синтетичного каучуку.

 

Лабораторний дослід №20 Порівняння властивостей каучуку і гуми. (виконується за інструктивною карткою підручника)

 

IV. Рефлексія 

1. У чому відмінність між такими властивостями, як еластичність і пластич­ність?

2.Що є спільним і чим відрізняються за будовою макромолекули каучуків і волокон? Як це позначається на їхніх властивостях?

     3. Подібно до того, як ми складали рівняння полімеризації для інших полі­мерів,  наведіть  короткі  рівняння  полімеризації:   а)  бутадієну; .6)  ізопрену.

 

 

 

   V.    Домашнє завдання

 

Виготовте з пластиліну модель фрагмента макромолекули бутадієнового каучуку стереорегулярної будови.

    Опрацювати матеріал підручника

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

Конспект Him 11 (57) (41.7 KiB, Завантажень: 27)

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

презентацыя Him11 (39) (130.0 KiB, Завантажень: 12)

завантаження...
WordPress: 22.95MB | MySQL:26 | 0,322sec