Химия полимеров это в географии

В 1833 году Й. Берцелиус ввел в обиход термин «полимерия», которым он назвал один из видов изомерии. Такие вещества (полимеры) должны были обладать одинаковым составом, но разной молекулярной массой, как например этилен и бутилен. К современному пониманию термина «полимер» умозаключение Й. Берцелиуса не соответствует, потому что истинные (синтетические) полимеры в то время еще не были известны. Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол) годам.

Химия полимеров возникла только после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений и получила дальнейшее развитие благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука (Г. Бушарда, У. Тилден, К Гарриес, И. Л. Кондаков, С. В. Лебедев). С начала 20-х годов 20 века стали развиваться теоретические представления о строении полимеров.

Классификация полимеров

Классификация полимеров основана на трех признаках: их происхождении, химической природе и различиях в главной цепочке.

С точки зрения происхождения все полимеры подразделяют на природные (натуральные), к которым относят нуклеиновые кислоты, белки, целлюлозу, натуральный каучук, янтарь; синтетические (полученные в лаборатории путем синтеза и не имеющие природных аналогов), к которым относят полиуретан, поливинилиденфторид, фенолформальдегидные смоли и др; искусственные (полученные в лаборатории путем синтеза, но на основе природных полимеров) – нитроцеллюлоза и др.

Исходя из химической природы, полимеры делят на полимеры органической (в основе мономер – органическое вещество – все синтетические полимеры), неорганической (в основе Si, Ge, S и др. неорганические элементы – полисиланы, поликремниевые кислоты) и элементоорганической (смесь органических и неорганических полимеров – полислоксаны) природы.

Выделяют гомоцепные и гетероцепные полимеры. В первом случае главная цепь состоит из атомов углерода или кремния (полисиланы, полистирол), во втором – скелет из различных атомов (полиамиды, белки).

Физические свойства полимеров

Для полимеров характерны два агрегатных состояния – кристаллическое и аморфное и особые свойства – эластичность (обратимые деформации при небольшой нагрузке — каучук), малая хрупкость (пластмассы), ориентация при действии направленного механического поля, высокая вязкость, а также растворение полимера происходит посредством его набухания.

Получение полимеров

Реакции полимеризации – цепные реакции, представляющие собой последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта – полимера (рис. 1).

Химия полимеров это в географии

Рис. 1. Общая схема получения полимера

Так, например, полиэтилен получают полимеризацией этилена. Молекулярная масса молекулы достигает 1миллиона.

Химические свойства полимеров

В первую очередь для полимеров будут характерны реакции, характерные для функциональной группы, присутствующей в составе полимера. Например, если в состав полимера входит гидроксо-группа, характерная для класса спиртов, следовательно, полимер будет участвовать в реакциях подобно спиртам.

Во-вторых, взаимодействие с низкомолекулярными соединениями, взаимодействие полимеров друг с другом с образованием сетчатых или разветвленных полимеров, реакции между функциональными группами, входящими в состав одного и того же полимера, а также распад полимера на мономеры (деструкция цепи).

Применение полимеров

Производство полимеров нашло широкое применение в различных областях жизни человечества — химической промышленности (производство пластмасс), машино – и авиастроении, на предприятиях нефтепереработки, в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве (производство гербицидов, инсектицидов, пестицидов), строительной промышленности (звуко- и теплоизоляция), производство игрушек, окон, труб, предметов быта.

Примеры решения задач

ЗаданиеНапишите уравнения получения полиакрилонитрила и фторопласта.
Решениеn (CH2=CH-CN) = -(-CH2-CH(CN)-)-
ЗаданиеПолистирол хорошо растворяется в неполярных органических растворителях: бензоле, толуоле, ксилоле, тетрахлориде углерода. Вычислите массовую долю (%) полистирола в растворе, полученном растворением 25 г полистирола в бензоле массой 85г. (22,73%).
РешениеЗаписываем формулу для нахождения массовой доли:
Читайте также:  Как сделать реечный дровокол

Химия полимеров это в географии

Найдем массу раствора бензола:

mр-ра(C6H6) = m(C6H6)/(Химия полимеров это в географии/100%)

Найдем массу раствора полистирола в бензоле:

mр-ра(полистирол в бензоле)= 25 + 373,95 = 398,95 (г)

Найдем массовую долю полистирола в бензоле:

Химия полимеров это в географии(полистирола) = 25/398,95 × 100% = 6,27%

Химия полимеров и органического синтеза – это сборное название отраслей, которые работают на основе переработки углеводородов и синтетических препаратов, которые получают из углеводородов, природного газа, нефти, угля. Ориентируется на углеводородное сырье, водные ресурсы и энергетическую базу. Завершающая стадия требует определенного экономико-географического положения, трудовых ресурсов, потребителя и экологический фактор.

Основные отрасли: производство синтетических смол, пластмасс, химических волокон.

Производство синтетических смол и пластмасс объединяет предприятия, которые на основе синтеза и других видов химической обработки, естественных или искусственных материалов, производят высокомолекулярные соединения: разнообразные смолы, полимерные материалы и изделия из них. В основном синтетические смолы используются для изготовления химических волокон. Пластмассы – это конструктивные материалы, которые широко используются в разных отраслях хозяйства, в быту.

Производство синтетических смол и пластмасс сосредоточено там, где в достаточном количестве есть водные ресурсы. Наибольшими производителями является Донецк (полихлорвиниловые смолы и пластмассы), Северодонецк (стеклопластик и пластмассовые изделия), Луцк, Запорожье, Лисичанск, Симферополь, Славянск.

Производство химических волокон к началу третьего тысячелетия стало одной из важнейших отраслей мировой промышленности. За последние годы определились новые важные тенденции в создании волокон и волокнистых материалов на их основе. Целенаправленно модифицируются свойства традиционных видов химических волокон, появляются принципиально новые виды волокон и волокнистых материалов.

Производство химических ниток и волокон в Украине в 2000 г. осталось одним из наиболее проблемных рынков, не смотря на возрастание стоимостных и физических объемов выпуска продукции. Сложность заключается в том, что современная структура производства химических ниток и волокон в Украине не соответствует реальной структуре потребления данной продукции, которая сложилась в легкой промышленности страны.

Производство химических волокон характеризуется высокой материало-, энерго- и водоемкостью. Химические волокна разделяют на искусственные, которые изготовляются из природных полимеров – преимущественно из целлюлозы (ацетатные, вискозные и медно-аммиачные волокна) и синтетические (анид, капрон, лавсан, нитрон), которые изготовляют из синтетических смол. Они используются в авиакосмической технике, автомобилестроение, быту. Химические волокна дешевле натуральных, имеют лучшие качества и используются в легкой промышленности, производстве шин и др. Крупнейшие предприятия химических волокон и нитей находятся в Киеве, Черкассах, Чернигове, Житомире и Сокале (Львовская обл.). Искусственное волокно вырабатывают в Киеве на Дарницком шелковом комбинате, в Черкассах и Сокале, а синтетическое – на Черниговском объединении «Химволокно» (капроновая кордная нить для производства шин), рис. 3.3.

Химические волокна являются важным направлением деятельности рынка химических товаров, одним из перспективных товаров, который имеет стратегически важное значение в деятельности химического комплекса Украины.

В структуре химических отраслей выделяют так называемую «тонкую химию» или химию тонкого органического синтеза (лаки, краски, фотохимические товары).

Лакокрасочная промышленность изготовляет разные декоративно-защитные и украшающие материалы промышленного и бытового назначения. Крупнейшие лакокрасочные заводы расположены в Днепропетровске, Одессе, Львове, Кривом Роге, Бериславе (Львовская обл.), Черновцах, Севастополе, Армянске, рис. 3.3.

Фотохимическая промышленность изготовляет кино-, фотопленки, рентгеновские пленки, магнитные ленты, техническую и фотографическую бумагу. Основными центрами являются Шестка (объединение «Свема»), Киев (фабрика «Фотон»), рис. 3.3.

Парфюмерная промышленность сосредоточена в Николаеве, Киеве, Харькове.

Публикации по географии >>>

Глобальные проблемы здоровья человечества
Глобальными проблемами называют проблемы, которые охватывают весь мир, всё человечество, создают угрозу для его настоящего и будущего и требуют для своего решения объединённых усилий, совместных действий всех г .

Читайте также:  Газовая резка металла видео

Физико-географическая характеристика Юго- Восточной Азии
Тропические леса Малайзии, сохранившиеся в том же виде, что и 150 миллионов лет назад, непроходимые джунгли Калимантана и Суматры, где до сих пор встречаются дикие носороги и тигры, а по веткам прыгают человекоо .

Физическая география России

Химия полимеров это в географии

Россия расположена в северо-восточной части крупнейшего материка земного шара — Евразии и занимает около трети его территории (31,5%). >>>

Удивительно, насколько разнообразны окружающие нас предметы и материалы, из которых они изготовлены. Раньше, примерно в XV-XVI веках, основными материалами были металлы и дерево, чуть позже стекло, почти во все времена фарфор и фаянс. А вот сегодняшний век — это время полимеров, о которых и пойдет речь дальше.

Понятие о полимерах

Полимер. Что это такое? Ответить можно с разных точек зрения. С одной стороны, это современный материал, используемый для изготовления множества бытовых и технических предметов.

С другой стороны, можно сказать, это специально синтезированное синтетическое вещество, получаемое с заранее заданными свойствами для использования в широкой специализации.

Химия полимеров это в географии

Каждое из этих определений верное, только первое с точки зрения бытовой, а второе — с точки зрения химической. Еще одним химическим определением является следующее. Полимеры — это макромолекулярные соединения, в основе которых лежат короткие участки цепи молекулы — мономеры. Они многократно повторяются, формируя макроцепь полимера. Мономерами могут быть как органические, так и неорганические соединения.

Поэтому вопрос: "полимер — что это такое?" — требует развернутого ответа и рассмотрения по всем свойствам и областям применения этих веществ.

Виды полимеров

Существует множество классификаций полимеров по различным признакам (химической природе, термостойкости, строению цепи и так далее). В ниже приведенной таблице коротко рассмотрим основные виды полимеров.

Классификация полимеров

ПринципВидыОпределениеПримеры
По происхождению (возникновению)Природные (натуральные)Те, что встречаются в естественных условиях, в природе. Созданы природой.ДНК, РНК, белки, крахмал, янтарь, шелк, целлюлоза, каучук натуральный
СинтетическиеПолучены в лабораторных условиях человеком, не имеют отношения к природе.ПВХ, полиэтилен, фенолформальдегидные смолы, полипропилен, полиуретан и другие
ИскусственныеСозданы человеком в лабораторных условиях, но на основе природных полимеров.Целлулоид, ацетатцеллюлоза, нитроцеллюлоза
С точки зрения химической природыОрганической природыБольшая часть всех известных полимеров. В основе мономер органического вещества (состоит из атомов С, возможно включение атомов N, S, O, P и других).Все синтетические полимеры
Неорганической природыОснову составляют такие элементы, как Si, Ge, O, P, S, H и другие. Свойства полимеров: не бывают эластичными, не образуют макроцепей.Полисиланы, полидихлорфосфазен, полигерманы, поликремниевые кислоты
Элементоорганической природыСмесь органических и неорганических полимеров. Главная цепь — неорганика, боковые — органика.Полисилоксаны, поликарбоксилаты, полиорганоциклофосфазены.
Различие главной цепочкиГомоцепныеГлавная цепь представлена либо углеродом, либо кремнием.Полисиланы, полистирол, полиэтилен и другие.
ГетероцепныеОсновной остов из разных атомов.Полимеры примеры — полиамиды, белки, этиленгликоль.

Также различают полимеры линейного, сетчатого и разветвленного строения. Основа полимеров позволяет быть им термопластичными или термореактивными. Также они имеют различия по способности к деформации при обычных условиях.

Физические свойства полимерных материалов

Основные два агрегатных состояния, характерные для полимеров, это:

Каждое характеризуется своим набором свойств и имеет важное практическое значение. Например, если полимер существует в аморфном состоянии, значит, он может быть и вязкотекущей жидкостью, и стеклоподобным веществом и высокоэластичным соединением (каучуки). Это находит широкое применение в химических отраслях промышленности, строительстве, технике, производстве промышленных товаров.

Химия полимеров это в географии

Кристаллическое состояние полимеры имеют достаточно условное. На самом деле данное состояние перемежается с аморфными участками цепи, и в целом вся молекула получается очень удобной для получения эластичных, но в тоже время высокопрочных и твердых волокон.

Читайте также:  Марки нержавеющей стали для ножей

Температуры плавления для полимеров различны. Многие аморфные плавятся при комнатной температуре, а некоторые синтетические кристаллические выдерживают довольно высокие температуры (оргстекло, стекловолокно, полиуретан, полипропилен).

Окрашиваться полимеры могут в самые разные цвета, без ограничений. Благодаря своей структуре они способны поглощать краску и приобретать самые яркие и необычные оттенки.

Химические свойства полимеров

Химические свойства полимеров отличаются от таковых у низкомолекулярных веществ. Это объясняется размером молекулы, наличием различных функциональных группировок в ее составе, общим запасом энергии активации.

В целом можно выделить несколько основных типов реакций, характерных для полимеров:

  1. Реакции, которые будут определяться функциональной группой. То есть если в состав полимера входит группа ОН, характерная для спиртов, значит, и реакции, в которые они будут вступать, будут идентичны таковым у спиртов (дегидратация, окисление, восстановление, дегидрирование и так далее).
  2. Взаимодействие с НМС (низкомолекулярными соединениями).
  3. Реакции полимеров между собой с образованием сшитых сетей макромолекул (сетчатые полимеры, разветвленные).
  4. Реакции между функциональными группировками в пределах одной макромолекулы полимера.
  5. Распад макромолекулы на мономеры (деструкция цепи).

Все перечисленные реакции имеют в практике большое значение для получения полимеров с заранее заданными и удобными человеку свойствами. Химия полимеров позволяет создавать термоустойчивые, кислотно и щелочеупорные материалы, обладающие при этом достаточной эластичностью и стабильностью.

Химия полимеров это в географии

Применение полимеров в быту

Применение этих соединений повсеместно. Мало можно вспомнить областей промышленности, народного хозяйства, науки и техники, в которых не нужен был бы полимер. Что это такое — полимерное хозяйство и повсеместное применение, и чем оно исчерпывается?

  1. Химическая промышленность (производство пластмасс, дубильных веществ, синтез важнейших органических соединений).
  2. Машиностроение, авиастроение, нефтеперерабатывающие предприятия.
  3. Медицина и фармакология.
  4. Получение красителей и взрывчатых веществ, пестицидов и гербицидов, инсектицидов сельского хозяйства.
  5. Строительная промышленность (легирование сталей, конструкции звуко- и теплоизоляции, строительные материалы).
  6. Изготовление игрушек, посуды, труб, окон, предметов быта и домашней утвари.

Химия полимеров позволяет получать все новые и новые, совершенно универсальные по свойствам материалы, равных которым нет ни среди металлов, ни среди дерева или стекла.

Химия полимеров это в географии

Примеры изделий из полимерных материалов

Прежде чем называть конкретные изделия из полимеров (их невозможно перечислить все, слишком большое их многообразие), для начала нужно разобраться, что дает полимер. Материал, который получают из ВМС, и будет основой для будущих изделий.

Основными материалами, изготовленными из полимеров, являются:

  • пластмассы;
  • полипропилены;
  • полиуретаны;
  • полистиролы;
  • полиакрилаты;
  • фенолформальдегидные смолы;
  • эпоксидные смолы;
  • капроны;
  • вискозы;
  • нейлоны;
  • полиэфирные волокна;
  • клеи;
  • пленки;
  • дубильные вещества и прочие.

Это только небольшой список из того многообразия, что предлагает современная химия. Ну а здесь уже становится понятным, какие предметы и изделия изготавливаются из полимеров — практически любые предметы быта, медицины и прочих областей (пластиковые окна, трубы, посуда, инструменты, мебель, игрушки, пленки и прочее).

Химия полимеров это в географии

Полимеры в различных отраслях науки и техники

Мы уже затрагивали вопрос о том, в каких областях применяются полимеры. Примеры, показывающие их значение в науке и технике, можно привести следующие:

  • применение резины;
  • антистатические покрытия;
  • электромагнитные экраны;
  • корпусы практически всей бытовой техники;
  • транзисторы;
  • светодиоды и так далее.

Нет никаких ограничений фантазии по применению полимерных материалов в современном мире.

Химия полимеров это в географии

Производство полимеров

Полимер. Что это такое? Это практически все, что нас окружает. Где же они производятся?

  1. Нефтехимическая (нефтеперерабатывающая) промышленность.
  2. Специальные заводы по производству полимерных материалов и изделий из них.

Химия полимеров это в географии

Это основные базы, на основе которых получают (синтезируют) полимерные материалы.