Тема 1. Полимерные материалы
Цели, задачи:
На фактическом уровне получения знаний:
1. Классификация и номенклатура высокомолекулярных соединений;
2. Методы получения полимеров;
3. Физико-химические свойства полимеров;
4. Старение и методы защиты полимерных материалов;
5. Применение полимеров.
На операционном уровне получения знаний:
Обучить студента:
1. Составлять уравнения реакций получения синтетических полимеров (реакции полимеризации, сополимеризации, поликонденсации);
2. Рассчитывать изменение энтальпии реакции полимеризации по величинам энергий связи.
На аналитическом уровне получения знаний:
Обучить студента делать выводы о:
1. Способе классификации полимеров по строению основной цепи и форме макромолекул;
2. Влиянии стереорегулярности структуры на тепловые и механические свойства полимера;
3. Связи фазовых состояний полимера с его механической прочностью;
4. Электрических свойствах полимеров.
Фактический материал:
I. Полимерные вещества классифицируются по следующим признакам:
а) происхождению: синтетические, природные, модифицированные;
б) форме макромолекул: линейные, разветвленные, сетчатые;
в) составу и строению основной цепи: карбоцепные, гетероцепные, элементорганические, неорганические;
г) отношению к нагреву: термопластичные, термореактивные.
1 Для обозначения синтетических полимеров используются тривиальные названия (капрон, нейлон и т.д.) и систематические названия, которые образуются из приставки поли- и названия мономера, входящего в элементарное звено макромолекулы: полиэтилен, полибутадиен, поливиниловый спирт и т.д.
II. Полимерные вещества получают методами полимеризации, поликонденсации и полимераналогичными превращениями (модификация полимеров).
III. Химические свойства полимеров зависят от их состава, молекулярной массы и структуры. Для полимеров характерны реакции взаимодействия функциональных групп, деструкции и структурирования (сшивания).
Механические свойства полимеров определяются элементным составом, молекулярной массой, структурой и физическим состоянием макромолекул. Большинство полимеров обычно находятся в аморфном состоянии. Для таких полимеров характерны три физических состояния: стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее. Однако, некоторые полимеры могут иметь и кристаллическую структуру.
Большинство полимеров относятся к диэлектрикам, диэлектрические свойства которых лежат в широких пределах и зависят от состава и структуры макромолекул. Полярные функциональные группы и примеси ухудшают диэлектрические свойства полимера. Некоторые полимеры обладают полупроводниковыми свойствами. Как прасило, это полимеры с системой сопряженных двойных связей.
IV. Высокомолекулярные синтетические органические и элементоорганические соединения служат основой для производства многих материалов: каучуков, волокон, пластмассы, пленок, лаков, красок и т. д..
V. Классификация процессов, протекающих при старении полимеров:
а) деструкция – процесс, протекающий с разрывом химической связи в цепи, приводящий к уменьшению молекулярной массы и ухудшению физико-химических свойств полимера;
б) структурирование – процесс образования новых связей, приводящий к изменению структуры и молекулярной массы полимера.
Для защиты полимера от старения используются следующие средства: (стабилизаторы, химические модификаторы, защитные покрытия) и методы: (структурная модификация, снижение концентрации агрессивных веществ внешней среде).
Выводы по теме:
1. Высокомолекулярные соединения служат основой для производства материалов различного назначения.
2. Физико-химические и механические свойства полимеров зависят от ряда факторов: молекулярной массы, структуры, формы, фазового состояния и т.д.
3. Старение полимерных материалов связано с изменением их строения и состава.
Вопросы для самоподготовки:
1. Привести схемы реакций полимеризации этилена и ацетилена. Сравнить электрические свойства полученных полимеров.
2. Написать уравнение реакции полимеризации пропилена. Привести изотактическую и атактическую структуры полимера. Сравнить их возможные фазовые состояния и механическую прочность.
3. Составить схему реакции полимеризации метилметакрилата. Охарактеризовать свойства продукта и указать области его применения.
4. Указать различие свойств между каучуком и резиной, полученной на его основе.
5. Составить схему реакции поликонденсации фенола и формальдегида. Предложить метод получения термореактивного полимера.
6. Определить понятие «олигомер» и указать области использования олигомеров.
7. Вычислить изменение энтальпии реакции полимеризации пропена по величинам энергий связей.
Список литературы:
1. Основная литература:
1. Глинка, Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка; под ред: А.И. Ермакова – 30-е изд., испр. – М.: Интеграл-Пресс, 2009 – 727 с. – 57 экз.
2. Коровин, Н.В. Общая химия: учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования/ Н.В. Коровин. – 13-е изд. перераб и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 496 с. – (Сер. Бакалавриат). ‑ 56 экз.
3.Глинка, Н.Л. Сборник задач и упражнений по общей химии: учеб. пособие для студ. нехимических спец. вузов / Н.Л. Глинка; под ред. В.А Рабиновича, Х.М. Рубининой – М.: Интеграл-Пресс, 2009.- 240 с.– 65 экз.
4. Хаускрофт, К. Современный курс общей химии: в 2 т. / К. Хаускрофт, Э. Констебл; пер. с англ. Я.А. Ребане и др.; под ред. В.П. Зломанова – М: Мир, 2009. Т. 1. – 539с. – 10 экз.
5. Хаускрофт, К. Современный курс общей химии: в 2 т. / К. Хаускрофт, Э. Констебл; пер. с англ.Р.В. Ничипорук, А.А. Молодыка; под ред. В.П. Зломанова – М: Мир, 2009. Т. 2. – 528с. –
10 экз.
2. Дополнительная литература:
1. Некрасов, Б.В.Основы общей химии: в 2-х т. / Б.В. Некрасов. – 4‑е изд., стереотип. – СПб. и др. – Т. 1. – 2003-.656 с.
2. Некрасов, Б.В.Основы общей химии: в 2-х т. / Б.В. Некрасов. – 4‑е изд., стереотип. – СПб. и др. – Т. 2. – 2003-.688 с.
3. Угай, Я.А. Общая и неорганическая химия: учеб. для вузов /Я.А. Угай – Изд. 5, стер. – М.: Высша. шк., 2007.-526 с.
4. Коровин, Н.В. Задачи и упражнения по общей химии: учеб. пособие / Под ред. Н.В. Коровина. – 3-е изд., испр. – М.: Высша. шк., 2006. – 255с.
5. Вольхин, В.В. Общая химия. Основной курс: учеб. пособие / В.В. Вольхин. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.; М.; Крастнодар: Лань, 2008. – 464 с.
6. Вольхин, В.В. Общая химия. Избранные главы: учебн. пособие / В.В. Вольхин. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.; М.; Крастнодар: Лань, 2008. – 384 с.
7. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия: учебн. для вузов/ Н.С. Ахметов. – 7-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2009. – 743 с.
8. Задачи и упражнения по общей химии: учебн. пособие для студ. вузов, обуч. по техническ им напр. и спец. / Б.И. Адамсон, О.Н. Гончарук, В.Н. Камышова и др. Под ред. Н.В. Коровина. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 254с.
9. Гельфман, М.И. Химия: учебник для студ. вузов, обуч. по техническим спец. и напр. / М.И. Гельфман, В.П. Юстратов. – 4-е изд. стер. – СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2008. – 472 с.
10. Теоретические основы общей химии: учеб. для студ.в вузов, обуч. по напр. подгот. диплом. спец. в обл. техники / А.И. Горбунов, А.А. Гуров, Г.Г. Филиппов, В.Н. Шаповал. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. – 719 с.
11. Романцева, Л.М. Сборник задач и упражнений по общей химии: учеб пособие для нехимических спец. вузов / Л.М. Романцева, З.Л. Лещинская, В.А. Суханова.2-е изд., рераб и доп. – М.: Высш. шк., 1991. – 228 с.
12. Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии: учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов. / С.С. Воюцкий. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1976. - 512 с.
13. Жилин, Д.М. Общая химия. Практикум L-микро. Руководство для студентов / Д.М. Жилин. – М.: Изд-во МГИУ, 2006. – 321 с.
14. Жмурко, Г.П. Лекции по общей и неорганической химии для студента первого курса биологического факультета (общий поток) [Электронный ресурс]: Химический факультет МГУ. Учебные материалы для нехимических специальностей. / Режим доступа:
http://www.chem.msu.su/rus/teaching/general.html.
15. Хлебников, А.И., Аржанова, И.Н., Напилкова, О.А. Общая химия. Гипертекстовое учебное пособие [Электронный ресурс]:Факультет пищевых и химических производств АлтГТУ. Учебные материалы / Режим доступа: http://www.chem-astu.ru/chair/study/genchem/index.html
3. Справочная литература:
1.. Рябин, В.А. Термодинамические свойства веществ: справочник / В.А. Рябин, М.А. Остроумов, Т.Ф. Свит – Ленинград: Химия, 1977 –
392 с.
2. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1959. – 447 с.
3. Краткий справочник физико-химических величин / ред., сост. А.А. Равдель, ред., сост А.М. Пономарева, сост. Н.М. Барон, сост. З.Н. Тимофеева – 9-е изд. – СПб.: Специальная литература,1999. – 231 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК