Экологические особенности изучения темы "Синтетические каучуки"

III. Получение каучуков.

Первый завод по производству каучука был построен в Германии в 1916 году. Полимеризации под действием металлического натрия подвергался 2,3-диметилбутадиен-1,3.

Задание: самостоятельно записать процесс полимеризации 2,3-диметилбутадиена-1,3 в общем виде:

Метилкаучук (объяснить

название)

Элементарное звено этого полимера отличается от звена натурального каучука на одну метильную группу.

Но этот каучук по своим потребительским качествам значительно уступал каучуку натуральному. Изделия из него боялись высокой и низкой температуры, а автомобильные покрышки истирались в десятки раз быстрее. Завод был закрыт.

Первым синтетическим каучуком стал бутадиеновый каучук, полученный в Советском союзе по методу Лебедева С. В.

Сырье: зерно картофель - > крахмал - > глюкоза - > спирт этиловый - > бутадиен-1,3 - > синтетический каучук.

Бутадиеновый каучук

Тем не менее синтетическому каучуку никак не удавалось достичь качества натурального полимера. Причину этого удалось разгадать только в 40 г. г. Дело в том, что в синтетическом каучуке элементарные звенья с цис-, трансконфигурацией расположены хаотически. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4, но и как 1,2 - присоединение, в результате чего образуется полимер с разветвленной структурой:

Цисполибутадиен (дивиниловый)

Трансполибутадиен (бутадиеновый)

Оказалось, что природный полимер имеет цисрасположение заместителей при двойной связи. Это стереорегулярный полимер. Это еще один из примеров, где можно проследить влияние строения вещества на его свойства.

Макромолекулы современных каучуков имеют стереорегулярное строение, т.е. структурные звенья и функциональные группы расположены в пространстве в определенном порядке. Цис-форма более эластична, т.к. легко скручивается в клубок. Трансформа менее эластична, т.к. макромолекулы более вытянуты.

Впервые получить бутадиеновый каучук стереорегулярного строения удалось в 1957 году группе Советских ученых под руководством академика Б.А. Долгоплоска и члена Академии наук А.А. Короткова. По износоустойчивости и эластичности этот полимер превосходил натуральный и получил название дивиниловый.

В 1940 году получен хлоропреновый каучук.

Самостоятельно записать уравнение полимеризации 2-хлорбутадиена-1,3.

Этот каучук лишен таких недостатков как низкая термическая устойчивость, набухание и разрушение в нефтепродуктах (бензин, масла), используется для изготовления бензо - и маслостойкой резины, трубопроводов для перекачки нефтепродуктов.

Открытие катализаторов стереоспецифической полимеризации дало возможность Н.А. Короткову получить в 1950 году синтетический стереорегулярный изпреновый каучук.

Самостоятельно записать уравнение полимеризации 2-метилбутадиена1,3:

Некоторые синтетические каучуки представляют собой сополимеры, т.е. когда мономерами являются разные молекулы. Например, бутадиен-стирольный каучук:

Благодаря уникальной газонепроницаемости бутадиен-стирольный каучук используют для изготовления автомобильных камер.

IV. Свойства каучуков.

Физические свойства и химические свойства каучука.

Лабораторная работа.

1. Рассмотрим коллекцию каучуков.

Бутадиеновый каучук - эластичная желто-бурая масса, обладает слабым запахом.

Изопреновый каучук - эластичная темно-серая масса без характерного запаха.

Хлоропреновый - эластичная светло-желтая масса.

Бутадиен - стирольный каучук - эластичный, имеет светло-коричневую окраску с красноватым оттенком, обладает слабым запахом стирола.

2. Сравнение эластичности каучука и резины.

3. Сравнение растворимости каучука и резины в органических растворителях.

4. Определение ненасыщенного характера каучука.

ВЫВОД:

Каучуки обладают эластичностью - способностью восстанавливать форму.

Каучуки непроницаемы для воды и газов.

Ненасыщенные каучуки вступают в реакцию соединения с бромом.

Кроме перечисленных свойств каучук при нагревании взаимодействует с серой.

V. Вулканизация каучуков.

Каким же образом Ч. Гудьиру удалось превратить каучук в резину? Рассмотрим химическую сущность процесса вулканизации.

Вулканизация каучука - это нагревание смеси каучука с небольшим количеством серы и наполнителем (чаще всего сажа и порошок мела). Атомы серы присоединяются по месту разрыва двойных связей и как бы сшивают молекулы поперечными дисульфидными мостиками:

Продукт частичной вулканизации называют резиной. Такой полимер имеет разветвленную структуру и менее эластичен, чем каучук, но обладает значительно большей прочностью.

При увеличении количества серы продукт вулканизации приобретает сетчатую структуру и полностью теряет эластичность. Он называется эбонитом. Из него изготавливают детали электрической арматуры.

VI. Применение.

Каучуки нашли широкое применение:

Обувь, ткань.

Шины.

Ленты, ремни, трубы.

Строительные материалы.

Электротехника, электроника.

Строительные материалы.

Рефлексия.

Что нового вы узнали на уроке?

Что вас удивило?

Если вас заинтересовала тема сегодняшнего урока, сделайте рекламу-презентацию каучуку.

Выразите свое отношение к уроку смайликами.

Натуральный каучук

Данный урок является средством активизации познавательной (рефлексивной) деятельности старшеклассников и способствует актуализации межпредметных связей в системе наук "химия - биология - география - история".

Цели. Образовательная: изучить природное происхождение, химическое строение, свойства и практическое значение натурального каучука.

Воспитательная: познакомиться с историей открытия и применения каучука человеком, с ролью знаменитых людей прошлого в распространении этого вещества.

Развивающая: совершенствовать умения ра - ботать с учебной, научно-популярной, справочной литературой, выступать с сообщениями по предложенной теме, объективно оценивать результаты учебной деятельности одноклассников.

Вопросы для самостоятельной подготовки учащихся к семинару

1. Расскажите об истории открытия натурального каучука и знакомства европейцев с его свойствами.

2. Дайте биологическую характеристику растения гевея бразильская, являющегося главным источником натурального каучука.

3. Сравните химическое строение и физические свойства каучука и гуттаперчи.

4. Расскажите о начале промышленного использования каучука.