Экологические особенности изучения темы "Синтетические каучуки"

5. Расскажите об изобретении способа вулканизации каучука и о химической реакции, лежащей в основе получения резины.

Ход урока

Учитель. На предыдущих занятиях мы изучали гомологический ряд диеновых углеводородов (алкадиенов). Практическое значение этих веществ заключается в том, что путем их полимеризации можно получить синтетические каучуки, из которых, в свою очередь, производят резин

у. Наряду с каучуками синтетического происхождения существует и натуральный (природный) каучук, обладающий ценными свойствами.

Далее учитель сообщает учащимся цели занятия и предлагает высказаться по вопросам, вынесенным для обсуждения заранее.

Сообщения учащихся

1-й ученик. Человек познакомился с каучуком очень давно. В силезских бурых углях найдено смолистое вещество, очень похожее на каучук. Это доказывает, что в каменноугольный период в Средней Европе росли каучуконосные деревья. В тропических странах и сейчас растут деревья, дающие каучук. Следовательно, в этих странах человек давно должен был встретиться с ним. Однако Древний мир, о котором сохранилось много памятников, не оставил нам никаких сведений о каучуке. Даже в Египте, соседствующим с тропической Африкой, по-видимому, о каучуке не знали. В тропических же странах Америки, например в Мексике, во время раскопок были найдены резиновые мячи. Данный факт доказывает, что древние индейцы знали о существовании каучука, хотя широко и не использовали этот уникальный природный материал. Лишь майя научились делать из каучука резиновые мячи эллипсоидальной формы и впервые в истории изобрели игру, напоминающую футбол. Поскольку каучук очень плотный, то мяч получался весьма тяжелым. Таким мячом можно было нанести серьезные увечья, поэтому игроки отбивали его не ступней, а бедром. Майя придавали игре гораздо больший смысл, чем наши современники: этот мяч служил у них и для ритуальных целей. Скорее всего особое свойство каучуковых мячей отскакивать от твердых поверхностей послужило поводом считать этот материал чудесным.

Само слово "каучук" было придумано индейцами. Оно означает в переводе "слезы дерева", или "плачущее дерево", потому что сочащийся из поврежденного ствола дерева-каучуконоса сок напоминал индейцам слезы. А вот современным фермерам тропических стран этот сок напоминает коровье молоко, отчего во многих регионах его называют "резиновое молоко".

Именно за игрой в мяч застали спутники известного путешественника Христофора Колумба жителей острова Гаити. Интересен тот факт, что эта игра сохранилась у них до настоящего времени. Европейцы, конечно, тоже были поражены необычными свойствами мяча и стали расспрашивать, откуда берется такое странное вещество. Полученные сведения записаны в трудах испанских историков начала XVII в., и из них мы узнали, что вещество, из которого делают мячи, получают из сока особого дерева. По-видимому, испанцев удовлетворяли эти сведения, и они не простирали далее своего любопытства. Образцы каучука были привезены Колумбом в Европу и хранились в музеях как редкость.

В первой четверти XVIII в. Французская академия наук снарядила в Южную Америку экспедицию для измерения длины меридиана. В состав экспедиции вошел энергичный ученый - астроном и геодезист - Ш.М. де ла Кондамин, который решил воспользоваться пребыванием в новых странах, чтобы подробно изучить их достопримечательности. Заинтересовавшись каучуком, он разузнал о его добыче и применении в Бразилии. Его записки очень поучительны в этом отношении. Они вышли в 1735 г., и из них мы узнаем следующее.

Дерево, из которого добывался каучук, носит название H e v e. При его подсечке вытекает белый млечный сок, высыхающий на воздухе и темнеющий при этом. Им пропитывали ткани для придания водонепроницаемости, изготовляли факелы из засохшей смолы, а также получали особые бутылочки в виде спринцовок. Эти спринцовки, или, как их называют по-португальски, серинги, делали так: глиняную форму в виде груши обмазывали соком дерева гевеи и затем коптили в горячем дыму костра. Когда один слой обсыхал, повторяли обмазку снова, покрывая спринцовку новым слоем каучука до тех пор, пока не достигалась желаемая толщина стенок. Затем внутреннюю глину размывали в воде и удаляли, после чего получался полый эластичный сосуд, из которого можно было выбрасывать воду на большую высоту…

2-й ученик. Гевея бразильская (Hevea brasiliensis), или каучуковое дерево, - типичный представитель южноамериканских тропических лесов. Родиной этого растения является Латинская Америка - берега реки Амазонки. Семейство: молочайные. Внешние признаки: дерево высотой до 30-40 м; ствол в верхней части раздвоен; листья тройчатосложные; цветки мелкие, однополые, однодомные, собраны в сложные метельчатые соцветия; плод коробочковидный, распадается на три односемянные доли; семена крупные, покрыты плотной коричневой оболочкой с белым налетом. Если надрезать кору дерева, из нее начинает выделяться белый млечный сок, который называется латексом. Через некоторое время сок затвердевает и образует твердое пластичное вещество, широко используемое при производстве резиновых изделий, - натуральный каучук. Время цветения: июнь-июль. Распространенность: гевея бразильская и другие виды произрастают в диком состояниии в Южной Америке; область культивирования гевеи - тропическая Азия, преимущественно остров Шри-Ланка, полуостров Малакка и Малайский архипелаг, а также некоторые африканские страны.

Гевея бразильская: а - соцветие; б – плод

В Южной Америке каучуковое дерево выращивают начиная с периода колонизации индейских земель. Первые плантации каучуковых деревьев были засажены европейцами. Работали на этих плантациях в основном индейцы. В настоящее время на каучуковых плантациях преимущественно разводится именно гевея бразильская. В мировом промышленном производстве натурального каучука доля сырья, полученного от гевеи бразильской, составляет более 90%.

3-й ученик. Если поместить образец натурального каучука в пробирку, закрыть ее пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опущен в другую пробирку, и длительное время нагревать, то будет происходить процесс разложения каучука (деполимеризация). Жидкие продукты разложения собираются в пустой пробирке. Если прилить к ним бромную воду, она обесцвечивается, что доказывает непредельный характер полученных соединений. Экспериментально доказано, что в основном это изопрен, или 2-метилбутадиен-1,3:

СН2=С (СН3) - СН=СН2.

Следовательно, макромолекулы натурального каучука состоят из множества повторяющихся остатков молекул изопрена.

Характерно, что в макромолекуле натурального каучука группы СН2 находятся по одну сторону двойных связей (цис-форма) и мономерные изопреновые звенья регулярно повторяются. Такое пространственное строение молекул полимеров называется стереорегулярным. Оказалось, что именно такое строение молекул придает натуральному каучуку эластичность - способность растягиваться и сжиматься под действием внешней силы, а затем восстанавливать прежнюю форму, а также стойкость к износу. Эти свойства необходимы для производства высококачественных автомобильных и авиационных шин.