Химия, 10 класс

Урок № 16. Натуральный каучук. Синтетические каучуки

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме

• Строение молекул каучуков;
• природные источники каучука;
• производство и практическое применение резины и эбонита;
• производство и применение синтетических каучуков.

Урок посвящён знакомству с природным и синтетическими каучуками: бутадиеновым, дивиниловым, изопреновым, хлоропреновым и бутадиен-стирольным, а также с производными каучука – резиной и эбонитом. Учащиеся узнают о способах их получения, особенностях строения и областях применения.

Глоссарий

Вулканизация – нагревание каучука с серой, приводящее к сшивке полимерных цепей друг с другом и повышению прочности материала.

Каучук – эластичный полимер, продукт полимеризации диеновых углеводородов.

Латекс – сок дерева гевея.

Резина – эластичный материал, продукт вулканизации каучука с содержанием серы ниже 30%.

Сополимеризация – совместная полимеризация двух или более мономеров.

Стереорегулярность – упорядоченность цис- и транс-форм мономерных звеньев в полимерной цепи.

Эбонит – прочный и химически стойкий материал, продукт вулканизации каучука с содержанием серы выше 30%.

Эластичность – способность возвращаться в исходную форму после растяжения или сжатия.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

С каучуками или их производными, такими, как резина, мы сталкиваемся ежедневно. Данные полимеры отличаются тем, что способны после механических деформаций (растяжения или сжатия) возвращаться в свою исходную форму. Это свойство называется эластичностью. Кроме того, каучук и резина водо- и газонепроницаемы и не проводят электрический ток, что позволяет изделия из них использовать для защиты от воды и как изоляторы.

Природный каучук добывают из латекса – сока дерева гевея, которое широко распространено в Бразилии и странах Азии (Китае, Малайзии, Вьетнаме). По химическому строению каучук является продуктом полимеризации изопрена. Высокая его эластичность – следствие того, что мономерные звенья в полимерной цепи имеют только цис-форму. Если цис- и транс-формы звеньев в цепи расположены упорядоченно, то такой полимер называется стереорегулярным.

Практическое применение природного каучука ограничивается его чувствительностью к высоким и низким температурам. Преодолеть этот недостаток можно, используя процесс вулканизации. При нагревании с серой двойные связи в молекуле каучука разрушаются, а атомы серы соединяют отдельные цепи между собой. Полученное таким образом вещество называется резиной. Если количество серы, добавленной при вулканизации, превышает 30%, то вместо резины образуется эбонит – прочный, стойкий к действию агрессивных веществ материал.

Каучук также можно синтезировать промышленным путем. Этот процесс называется синтезом Лебедева. Обычно с его помощью получают дивиниловый каучук. Следует отличать дивиниловый и бутадиеновый каучуки. Мономером для их получения служит одно и то же вещество (бутадиен-1,3), но дивиниловый каучук стереорегулярен (и, следовательно, эластичен), а бутадиеновый каучук – нет. Управлять стереорегулярностью получаемых полимеров можно при помощи катализаторов.

Подвергать полимеризации можно не одно вещество, а несколько. Такой процесс называется сополимеризацией (т.е. совместной полимеризацией). Например, при сополимеризации бутадиена и стирола будет получен бутадиен-стирольный каучук.

Дивиниловый и изопреновый каучуки используются для производства автомобильных шин. Менее эластичный бутадиеновый – для создания предметов быта, одежды и обуви. Из устойчивого хлоропренового каучука изготавливают кабели и трубопроводы, а из бутадиен-стирольного – ленты транспортеров.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на вычисление степени полимеризации полимера

Условие задачи: Рассчитайте степень полимеризации хлоропренового каучука с молярной массой 35400 г/моль

Шаг первый: вычислим молярную массу хлоропрена.

M (С₄H₅Cl) = 88.5 г/моль

Шаг второй: вспомним определение степени полимеризации.

Степень полимеризации – это число мономерных звеньев в полимерной цепи.

Значит, для вычисления степени полимеризации необходимо разделить молярную массу полимера на молярную массу мономерного звена, которая равна молярной массе мономера.

n = 35400 г/моль : 88.5 г/моль = 400.

Ответ: n = 400.

2. Решение задачи с вычислением выхода продукта реакции.

Условие задачи: Рассчитайте, сколько кг бутадиена необходимо взять, чтобы при его полимеризации с выходом 90% получить 234 кг дивинилового каучука.

Шаг первый:

Запишем уравнение реакции полимеризации:

Видно, что в этой реакции участвует одно исходное вещество и нет побочных продуктов. Значит, по закону сохранения массы теоретическая масса полученного каучука должна быть равна массе исходного бутадиена.

Шаг второй:

Обозначим исходную массу бутадиена за х:

m(C₄H₆)_исх = х

Тогда теоретическая масса полученного каучука, равная ей, тоже х:

m(каучука) = х

Шаг третий:

Подставим известные из условия величины и введённую нами переменную х в формулу для расчёта выхода продукта реакции:

η = m_пр/m_теор⋅100% = 243/х⋅100% = 90%

Шаг четвёртый:

Решая полученное уравнение, находим х = 270 кг.

Ответ: m(C₄H₆)_исх = 270 кг.