Общий перечень рекомендуемой литературы.

ВВ ЕД Е Н И Е

Настоящее руководство к лабораторным занятиям по общей и неорганической химии предназначается для студентов заочной формы обучения инженерно-технических специальностей. В руководство включены лабораторные работы, которые охватывают важнейшие разделы курса химии.

В зависимости от количества часов, отводимых учебным планом на лабораторные работы, кафедра определяет число обязательных работ для каждой специальности.

Перед описанием экспериментальной части в каждой работе имеется теоретическое введение, которое имеет минимум сведений, необходимых студенту для сознательного выполнения лабораторных работ.

Лабораторные работы оформляются в тетради и включают разделы:

1. номер и название лабораторной работы,

2. теоретическое введение,

3. цель работы,

4. экспериментальная часть,

5. выводы.

Ссылки на учебную литературу с указанием страниц, а также вопросы для защиты работы приводятся в конце каждой лабораторной работы. Общий список литературы приведен ниже.

Общий перечень рекомендуемой литературы.

Основная:

1. Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1998. – 556 с.

2. Коровин Н. В., Масленникова Г. Н., Мингулина Э. И. и др. Курс общей химии.– М.: Высшая школа, -1990. - 446с.

3. Лучинский Г. П. Курс химии. – М.: Высшая школа. - 1985. - 416с.

4. Глинка Н. Л. Общая химия. – М.: Высшая школа. - 1985 -1990. - 720с.

5. Васильева З. Г., Грановская А. А., Таперова А. А. Лабораторные работы по общей и неорганической химии. - Л.: Химия. – 1986. – 286с.

6. Глинка Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия. - 1983 -1989. - 226с.

Дополнительная:

7. Хоникевич А. А. Химия и коррозия в судостроении. - Л.: Судостроение. – 1990. –262 с.

8. Павлов Н. Н. Неорганическая химия – М.: Высшая школа. -1986. - 335с.

9. Князев Д. А. Неорганическая химия – М.: Высшая школа. -1990. - 430с.

10. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии. - М.:Мир.-1979.- 342 с.

11. Говарикер В. Р. и др. Полимеры. - М: Мир, 1990.-340 с.

12. Тугов И. И, Костыркина Г. И. Химия и физика полимеров. – М.: Химия, 1989. – 432 с.

13. Энциклопедия полимеров. М.: Сов. энциклопедия, в 3- х т., 1972

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ «ХИМИЯ»

Лабораторная работа № 1 «Определение молярной массы

Экспериментальная часть

Общие требования. На основании уравнений Менделеева – Клапейрона и объединенного газового закона рассчитайте молярную массу эквивалента металла, абсолютную и относительную ошибки и сделайте выводы к проделанной работе.

Прибор для определения молярной массы эквивалента состоит из закрепленной в штативе бюретки, нижний конец которой соединен резиновой трубкой с воронкой играющей роль уравнительного сосуда. Верхний конец бюретки посредством согнутой стеклянной трубки и резиновых пробок соединен с пробиркой. Схема заполнена водой.

Перед опытом необходимо проверить герметичность прибора. Для этого надо присоединить плотно пробирку и затем опустить воронку так, чтобы уровень жидкости в ней был ниже, чем в бюретке, т. е. создать в бюретке некоторое разрежение газа. Если при этом уровень воды, в бюретке несколько опустившись, остаётся постоянным (в течение 1 – 2 мин.), то прибор можно считать герметичным.

Затем следует отсоединить пробирку и налить в неё 3 – 4 мл 10 % - ного раствора HCl. Навеску металла в маленьком бумажном пакетике надо положить внутрь пробирки так, чтобы навеска не касалась кислоты. Осторожно присоединить пробирку и испытать прибор на герметичность. Определить и записать уровень воды в бюретке V₁ (определить по нижнему мениску), для этого привести воду в бюретке и воронке к одному уровню. Если прибор герметичен, то осторожным постукиванием по пробирке добиться, чтобы металл упал в кислоту. При реакции металла с кислотой будет выделяться водород, и вытеснять воду из бюретки в воронку. По окончании реакции (прекращение выделения водорода) опять привести воду в бюретке и воронке к одному уровню, т. е. создать в бюретке давление равное атмосферному давлению и записать уровень воды в бюретке V_2. Разность уровней до и после реакции даст объём выделившегося водорода.

Запись экспериментальных данных и условий опыта:

· Масса металла М_ме =

· Объём выделившегося водорода V_H2 = V₂ - V₁

· Температура (° С) t =

· Абсолютная температура (К) Т =

· Атмосферное давление (мм рт. ст.) Р =

· Давление насыщенного водяного пара (мм рт. ст.) h =

· Парциальное давление водорода Р_Н2 = Р – h =

ВЫЧИСЛЕНИЯ

Рассчитайте молярную массу эквивалента металла двумя способами:

1. Подставив в уравнение Клапейрона – Менделеева

PV = (m/М)·RT

соответствующие величины вычислите массу выделившегося водорода m_H2 (Подставив R = 62400 мм рт. ст./ К·моль)

Затем, по закону эквивалентов, вычислите молярную массу эквивалента металла:

Мэ_ме = m_Ме · Мэ_Н2/ m_H2

2. По уравнению объединенного газового закона:

PV/ T = P₀V₀/ T₀

приведите объём выделившегося водорода к нормальным условиям (определите V_{0 Н2}). Вычислите молярную массу эквивалента металла, заменив массу и молярную массу эквивалента водорода в уравнении закона эквивалентов на соответствующие им объёмные значения:

Мэ_Ме = m_Ме·11200/ V_{0 Н2}

Ø Вычислите абсолютную ошибку опыта. Для этого рассчитайте теоретическую молярную массу эквивалента металла, взяв атомную массу металла (из таблицы Д.И. Менделеева) и разделив её на валентность.

Абсолютная ошибка = Мэ_теор. - Мэ_{экспер.}

Ø Вычислите относительную ошибку опыта в процентах:

Относительная ошибка = (абсол. ошибка/ Мэ_теор) · 100 %

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Что называется эквивалентом вещества, молярной массой эквивалента? Как вычислить молярную массу эквивалента элемента и сложного вещества? В чем сущность закона эквивалентов?

2. Определите эквивалентную массу металла, из 1 г которого образуется 1,2518 г оксида.

3. При взаимодействии с водой 6,65 г щелочного металла выделилось 0,56 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Какой это металл?

Ø Учебная литература: /1/, с.15; /2/, с.147; /4/, с.31-33; /6/, с. 7-8.

Экспериментальная часть

Общие требования. По результатам опыта рассчитать ∆H хлорида аммония. Построить график зависимости температуры от времени, отложив на оси ординат температуру, а на оси абсцисс – время (в мин.).

∆H_NH4Cl = (m_соли + m_воды) · ∆t · 4,184 · Mr_соли/ 1000 · m_соли, кДж/моль

∆t = t_кон. – t_нач.; º С ∆H_NH4Cl = 16,5 кДж/моль

m_соли – масса соли, г

m_воды – масса воды, г

Mr_соли – молекулярная масса соли, г/моль

4,184 – удельная теплоемкость раствора, равная теплоемкости воды, Дж/г · К

1000 – переводной коэффициент, Дж/кДж.

Рассчитать ошибку опыта: абсолютную и относительную по формуле:

Абсолютная ошибка = Н_теор. - Н_{экспер.}

Относительная ошибка = (абсол. ошибка/ Н_теор) · 100 %

Нарисовать схему упрощенного калориметра. Определение теплового эффекта растворения безводной соли (хлорида аммония) проводят в упрощенном калориметре: два сосуда, помещенные один в другой. Внутренний сосуд закрывается пробкой с термометром. Воздушная прослойка между двумя сосудами лишь в некоторой степени обеспечивает теплоизоляцию внутреннего сосуда от окружающей среды.

Во внутренний сосуд налить 25 мл дистиллированной воды (m_H2O = 25 г, отмеренная мерным цилиндром). Опустить в воды термометр (не касаясь дна сосуда). Измерить t_{начальную} воды в калориметре с точностью до 0,1º С. Взвесить на технохимических весах 1 г хлорида аммония и быстро высыпать во внутренний сосуд калориметра. Следить за плавным падением температуры раствора хлорида аммония и результаты наблюдений занести в таблицу.

Время от начала опыта, мин.		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Температура,º С

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Сформулировать закон Гесса, следствие из закон Гесса?

2. Дать определение экзо - и эндотермических реакций?

Ø Учебная литература: /1/, с. 123-131; /2/, с.84-106; /3/, с.158; /4/, с. 166-170; /6/, с. 71.

Экспериментальная часть

Общие требования. На основании экспериментальных данных заполнить таблицы; в опыте 1 построить график зависимости скорости реакции (1/t_врем.) от условной концентрации. В опыте 2 написать выражение константы равновесия обратимого процесса. К обоим опытам написать выводы.

Опыт № 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость реакции в гомогенной системе

В этом опыте изучается взаимодействие с серной кислотой тиосульфата натрия:

Na₂ S₂O₃+ H₂SO₄ = Na₂SO₄ + S + S O₂ + H₂O

Для проведения опыта следует приготовить в трех пробирках равные объёмы растворов тиосульфата натрия различной концентрации, как указано в табл. 1

Таблица 1

№ проб.	Кол-во капель Na2 S2O3	Кол-во капель H2O	Кол-во капель H2SO4	Общий объём р-ра (число кап.)	Условная кон-ция, моль/л	Время течения реакции, t, с	Скорость реакции, 1/t (условн. ед)
					с
					2с
					3с

Добавить поочередно в каждую пробирку по 1 капле H₂SO₄ и засечь время с момента добавления кислоты и до появления легкого помутнения раствора. Все данные опыта занести в табл. 1.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Сформулировать закон действующих масс и принцип Ле - Шателье?

2. Дать определение гомогенных и гетерогенных химических реакций?

Ø Учебная литература: /1/, с. 142- 152; /2/, с.108- 137; /3/, с.163; /4/, с. 170 - 190; /6/, с. 86- 103.

Экспериментальная часть

Общие требования. Рассчитать для своего задания, используя измеренное значение плотности, молярную, моляльную, нормальную концентрации и титр раствора.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Дать определение концентраций?

Ø Учебная литература: /1/, с. 85 - 86; /2/, с.147; /3/, с.206; /4/, с. 213 – 214; /6/, с. 103.

Экспериментальная часть

Общие требования. Написать в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения реакций. Указать изменения окраски индикаторов при смещении равновесия диссоциации слабого электролита (в опыте 1).

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Классификация кислот и оснований?

Ø Учебная литература: /1/, с. 212; /2/, с.158 -163; /3/, с. 120; /4/, с.233 - 243; /6/, с. 120 – 128.

Экспериментальная часть

Общие требования. Рассчитать жесткость водопроводной и кипяченой воды и данные занести в таблицу 1.

Определение общей жесткости воды основано на способности трилона –Б (сложного органического соединения) образовывать с ионами кальция и магния бесцветные растворимые комплексы.

Титрование проводят в присутствии индикатора (кислотного хром темно-синего), который в щелочной среде (рН = 10) при наличии свободных ионов кальция и магния, окрашивает пробу в розовый цвет за счет образования слабых комплексов.

Необходимая щелочная среда пробы создается смесью, состоящей из хлористого аммония NH₄Cl и аммиака NH₃. Такая смесь создает устойчивую щелочную среду (рН = 10). При титровании трилоном – Б ионы кальция и магния образуют с ним более прочные комплексы, чем с индикатором. Когда все имеющиеся ионы кальция и магния свяжутся с трилоном – Б (нейтральная точка), индикатор изменяет окраску - становится сине- фиолетовым (перетитрованный раствор – синий).

Расчет общей жесткости воды по данным титрования основан на использовании закона эквивалентов: вещества реагируют в эквивалентных количествах. Применительно к жидким реагирующим системам закон эквивалентов удобен в следующей математической форме, где:

V₁N₁ = V₂N₂,

где V₁ и V₂ – объёмы реагирующих веществ

N₁ и N₂ - нормальности этих растворов

Жесткость воды (Ж) в мг- эквивалентах на литр вычисляется по формуле:

Ж = V_т ∙Nт ∙ К∙ 1000/ N_в, К= 1,

где: V_т – объем, пошедшего на титрование трилона –Б, (мл),

Nт – нормальность трилона – Б (мг - экв/мл),

N_в – объём пробы воды,

К - поправочный коэффициент нормальности.

Опыт 1. В коническую колбу на 200 мл налить 100 мл водопроводной воды, добавить 3-5 мл аммиачной смеси и 7-8 капель индикатора хром темно-синего. Раствор тщательно перемешать. Раствор должен быть розового цвета.

Поставить колбу под бюретку и прилить (0,05н) раствора трилона -Б по каплям до появления сине- фиолетового окрашивания и тщательно перемешать содержимое колбы.

Изменение окраски раствора означает, что трилон – Б полностью связан с ионами кальция и магния. Записать в таблицу объем трилона – Б, пошедшего на титрование (первое титрование ориентировочное). Титрование трилоном – Б повторить ёще три раза. Результаты титрования не должны отличаться друг от друга более чем на 0,02 мл. Взяв среднее значение объёма трилона – Б, пошедшего на титрование (первое титрование ориентировочное не учитывать), рассчитать жесткость воды.

Таблица 1

Титрование	Объём взятой пробы воды, мл	Объём трилона – Б пошедшего на титрование, мл	Среднее значение	Жесткость воды ммоль-экв/л

Опыт 2.Повторить опыт 1, взяв для определения жесткости прокипяченную воду.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Какая жесткость устраняется кипячением?

2. Какие способы устранения жесткости воды Вам известны?

Ø Учебная литература: /1/, с. 393; /2/, с.373; /4/, с.616 -619; /6/, с.232.

Экспериментальная часть

Общие требования. Написать в молекулярной и ионно - молекулярной форме уравнения гидролиза соответствующих солей. В опыте № 1 написать уравнения гидролиза, а в случае ступенчатого гидролиза - только гидролиз по первой ступени, в опыте № 2 – по первой и второй ступеням гидролиза, в опыте № 3 написать уравнения реакций, которые привели к образованию Al(OH)₃.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Как предотвратить гидролиз?

Ø Учебная литература: /1/, с. 234 - 238; /2/, с.169 - 172; /3/, с. 249; /4/, с.257 -263, /6/, с.143.

Экспериментальная часть

Общие требования. В опытах 1 – 3 необходимо составить уравнения электронного баланса, подобрать коэффициенты. Указать процессы окисления и восстановления.

Простых веществ

Внести в две пробирки по 4 капли йодной воды. В первую пробирку добавить несколько капель хлорной воды (Cl₂ + H₂O), во вторую сероводородной воды (H₂S + H₂O). Написать уравнения протекающих реакций, учитывая, что в первом случае образуются хлороводородная HCl и иодноватая HIO₃ кислоты; во втором случае помутнение раствора вызвано выделением коллоидной серы, являющейся одним из продуктов реакции. Окислителем или восстановителем являются в этих реакциях йод и хлор?

Восстановительных процессов

В три пробирки внести по 6 капель раствора перманганата калия KMnO₄. В первую пробирку добавить 3 капли 2 н раствора серной кислоты. Во вторую – столько же воды, в третью – такое же количество щелочи. Во все три пробирки внести по 3 капли раствора сульфита натрия Na₂SO₃. Написать уравнения реакций восстановления перманганата калия KMnO₄ сульфитом натрия Na₂SO₃ в кислой, нейтральной и щелочной средах.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Какая из солей: MnSO₄или KMnO₄ - может быть восстановителем?

2. Какой процесс называется: а) окислением? б) восстановлением?

Ø Учебная литература: /1/, с. 251; /2/, с.185; /3/, с.255, /4/, с.264 – 270; /6/, с.151 - 168

Экспериментальная часть

Общие требования. В опытах № 1 – 4 написать уравнения электролитической диссоциации полученных комплексных соединений. В опыте № 1 записать выражение константы нестойкости полученного комплексного иона.

Вопросы к защите лабораторной работы

Экспериментальная часть

Общие требования. Выписать значения стандартных электродных потенциалов из ряда напряжения, сделать выводы о возможности протекания реакций, составить уравнения реакций. Для опытов № 2 и 3 составить схемы гальванических элементов и написать процессы, протекающие на катоде и аноде.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Может ли серебро вытеснять медь из раствора сульфата меди, нитрата цинка?

2. Какой из полуэлементов Zn⁰ / Zn²⁺ и Cu²⁺/ Cu⁰ в гальванопаре будет являться катодом? Анодом?

Ø Учебная литература: /1/, с. 261- 276; /2/, с.190 - 201; /3/, с.263; /4/, с.272 - 290, /6/, с.170 – 176.

Экспериментальная часть

Общие требования. В опытах № 1- 4 написать уравнения анодного и катодного процессов, протекающих на электродах. Отметить изменения окраски растворов. В опытах № 3 и 4 наблюдать выделение меди на катоде и окисление – на аноде (в опыте № 4).

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Чем отличается электролиз с нерастворимым анодом от электролиза с растворимым анодом?

2. Есть ли отличия при проведении электролиза раствора и расплава?

Ø Учебная литература: /1/, с. 284 - 291; /2/, с.207 - 213; /3/, с.285; /4/, с.293 - 298, /6/, с.183 -186

Вяжущих веществ»

Теоретическое введение

Вяжущие вещества можно разделить на две большие группы: неорганические вяжущие – различные цементы, известь, гипсовые вяжущие и др.; органические вяжущие – битум, дегти, клей и т.п.

В строительном производстве в большей степени применяют неорганические вяжущие вещества. Органические вяжущие вещества широко применяют в дорожном строительстве.

Неорганическими вяжущими строительными веществами называются минеральные порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластическую массу, затвердевающую с течением времени в камневидное тело.

Все вяжущие строительные материалы получают из природных веществ путем их термической обработки при различных температурах. Однако по химическому составу, по свойствам и по области применения вяжущие вещества очень разнообразны.

Вяжущие вещества классифицируют:

Ø по отношению к воде – воздушные вяжущие, продукты твердения, которые устойчивы только на воздухе, а в воде теряют прочность и распадаются (например, строительный гипс, гашеная известь).

Ø гидравлические вяжущие - это такие вяжущие вещества, которые твердеют не только на воздухе, но и под водой, а продукт твердения сохраняет свою прочность, как на воздухе, так и в воде (например, глиноземистый цемент и др.)

Ø по скорости твердения – быстротвердеющие (например, штукатурный гипс твердеет в течение нескольких десятков минут)

Ø медленнотвердеющие (например, портландцемент, который твердеет в течение нескольких дней)

Воздушные вяжущие вещества

Магнезнальный цемент – хлорид гидроксомагния MgOHCl. Технический продукт получается замешиванием оксида магния с концентрированным раствором хлорида магния. Смесь, затвердевая, превращается в плотную, белую, легко полирующуюся массу.

Затвердевание можно объяснить образованием основной соли:

MgO + MgCl₂ + H₂O → 2MgOHCl

и последующей её полимеризацией в цепи типа …Mg – O – Mg – O – Mg…. содержащие на концах атомы или гидроксогруппы.

Магнезиальный цемент в качестве вяжущего материала применяется при изготовлении мельничных жерновов, точильных камней, различных плит, смесь его с древесными опилками под названием ксилолит, используется для покрытия пола.

Строительный или полуводный гипс CaSO₄ • 0,5 H₂O – воздушное вяжущее вещество, быстро твердеющее на воздухе. Получают строительный гипс из природного двуводного гипса CaSO₄ • 2H₂O путем его нагревания до температуры 150 – 170^оС. При этом происходит частичная дегидратация природного гипса:

CaSO₄ • 2H₂O → CaSO₄ • 0,5H₂O + 1,5H₂O.

Полученный полуводный гипс, измельченный до порошкообразного состояния, при затворении водой образует пластическое, быстротвердеющее тесто. В основе его твердения лежит процесс гидратации:

CaSO₄ • 0,5H₂O + 1,5H₂O → CaSO₄ • 2H₂O.

Строительный гипс быстро схватывается (несколько минут), белого цвета, хорошо заполняет формы вследствие некоторого увеличения объёма во время твердения. К недостаткам следует отнести низкую водостойкость и плохую морозоустойчивость влажных гипсовых изделий. Для замедления схватывания полуводного гипса применяют раствор гашеной извести Ca(OH)₂ и органические клеи. Некоторые вещества еще более увеличивают скорость схватывания гипса, например сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, а также ряд других сернокислых и хлористых солей.

Воздушная известь – простейшее вяжущее вещество, состоящее главным образом из оксида кальция СаО. Получают известь обжигом природных материалов, содержащих карбонат кальция: известняка, мела, известкового туфа и др. Обжиг ведут при температуре 800 – 1200^оС. При этом происходит термическое разложение карбоната кальция и получается негашеная известь:

СаСО₃ → СаО + СО₂.

Реакция взаимодействия СаО с водой называется гашением извести:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

При этом выделяется большое количество тепла.

Смесь известкового теста с песком называется известковым раствором; её применяют для строительных работ. Твердение извести происходит медленно, обусловливается, в основном, кристаллизацией гидроксида кальция. Находящийся на поверхности Са(ОН)₂ поглощает из воздуха углекислый газ, при этом происходит медленное образование карбоната кальция СаСО₃, называемое реакцией карбонизации:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

Образующийся СаСО₃ нерастворим в воде и выделяется вместе с Са(ОН)₂ сначала в коллоидном, а затем в кристаллическом состоянии. За счет кристаллизации Са(ОН)₂ и СаСО₃ идет нарастание механической прочности известкового теста и превращение его в камневидное тело.

Экспериментальная часть

Общие требования. В опытах 1; 2 и 5 необходимо составить уравнения реакций. В опыте 3 определить сортность извести, а в опыте 4 отметить, за какой промежуток времени теряется пластичность каждого из образцов.

Вопросы к защите лабораторной работы

1. Дайте определение неорганических вяжущих строительных веществ?

2. Какие из приведенных вяжущих веществ относятся к воздушным: известь, портландцемент, гипс?

3. Какое из приведенных вяжущих веществ сохраняет свою прочность в воде: гашеная известь, строительный гипс, цемент?

4. Какое из вяжущих веществ относится к быстротвердеющим: известь или полуводный гипс?

5. Какой из минералов служит сырьем для производства строительного гипса: Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O; CaCO₃; CaSO₄; CaSO₄ • 2H₂O?

6. Дайте определение гидравлических вяжущих неорганических веществ.

7. Какие из минералов входят в состав клинкера портландцемента: 4CaO • Al₂O₃• Fe₂O₃; Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O; 3CaO • SiO₂; 2CaO • SiO₂?

§ Учебная литература: /4/, с.339.

Теоретическое введение

Классификация

Различают природные высокомолекулярные соединения (белки, крахмал, целлюлозу, натуральный каучук) и синтетические, полученные химическим путём за счет объединения многих молекул обычного размера в одну макромолекулу.

Исходные низкомолекулярные продукты, из которых получаются полимеры, называются мономерами.

Применение

Высокополимеры являются основой для получения таких важных в народном хозяйстве материалов, как пластические массы, синтетические каучуки, электроизоляционные смолы, синтетические материалы для постройки орудий лова, латексы, смолы, пленкообразующие вещества и т.д.

Исходное сырьё

Исходным сырьём для производства многих полимеров служат нефтяные газы и продукты переработки нефтяной и коксобензольной промышленности.

Получение полимеров

Полимеризация

Реакция полимеризации заключается в соединении многих молекул исходного вещества в одну макромолекулу, например, реакция полимеризации этилена схематически изображается так:

(- СН₂ - СН₂-) n

Побочных продуктов при этом не возникает. Число “n”– степень полимеризации.

Необходимым условием для реакции полимеризации является наличие двойной или тройной связи в молекулах мономеров.

Под действием тех или иных факторов (света, тепла, энергии веществ, специально введенных для этой цели, энергии радиоактивных частиц) одна связь разрывается и молекула превращается в радикал, обладающий двумя свободными валентностями (бирадикал).

Своими свободными валентностями эти радикалы связываются между собой, образуя макромолекулы. Такие реакции протекают по цепному механизму. В цепном механизме можно различить три этапа:

- образование радикалов:

۰R (активный радикал) (перекись) + n С₂Н₄ → R–[- CH₂ - CH₂ -…- CH₂ - CH₂ -]

- рост цепи

- обрыв цепи

Поскольку обрывы цепей могут происходить для различных молекул в моменты, когда они достигли различной длины, то, очевидно, что степень полимеризации n – является только средней величиной.

Поликонденсация

В процессах поликонденсации также имеет место объединение многих молекул в одну макромолекулу в результате химического взаимодействия между функциональными группами, которое сопровождается образованием низкомолекулярных веществ (воды, хлористого водорода, аммиака и т. п.).

Например, образование новолачной смолы из фенола и формальдегида протекает по следующей схеме:

взаимодействие фенола и формальдегида:

_{OH OH}

н + CH₂O → _{CH 2 - OH}

фенол фенолоспирт

_{OH OH OH OH}

_{CH 2 - OH}+н→ _{CH 2} + H₂O

фенолоспирт фенол продукт конденсации

Продукт конденсации опять соединится с формальдегидом, образуя фенолоспирт, но уже более сложного строения, который снова реагирует с фенолом и т.д.

В результате образуется полимер следующего строения:

_{OH OH OH}

→ [_{CH 2 CH 2}]_{n CH2OH}

1. Общие свойства

Высокомолекулярные вещества обладают некоторыми общими свойствами:

- плохой растворимостью;

- отсутствием точки плавления, вместо которой наблюдается больший или меньший температурный интервал, в пределах которого вещество размягчается и плавится;

- определенной механической прочностью;

- большим электрическим сопротивлением.

Внутренее строение

Линейные полимеры

Линейные полимеры представляют собой длинные цепи из нескольких сот и даже тысяч структурных единиц (мономеров), которые могут иметь различные боковые ответвления. Но отдельные цепи не связаны между собой ковалентными связями. Схематическое строение такой цепи может быть выражено:

R₃

│

−А−А−А−А−А−А−

│ │

R₁ R₂

где А – структурная единица полимера (мономер)

R₁; R₂; R₃ – радикалы- заместители в отдельных звеньях цепи.

Нужно иметь в виду, что и в линейных полимерах углеродные атомы цепи располагаются не на одной прямой. Цепи также могут переплетаться в клубки, спирали и т.п.

Линейные полимеры образуются в тех случаях, когда в процессе полимеризации возникают только бирадикалы (радикалы с двумя свободными валентностями), или когда в реакцию поликонденсации вступают молекулы, в состав которых входят по две функциональные группы.

Линейные полимеры при повышении температуры становятся пластичными, и даже могут перейти в вязко – текучее состояние. При понижении температуры эти полимеры можно снова перевести в твердое (стекловидное) состояние. Такая термообработка может многократно повторяться. В связи с этим такие полимеры называют термопластичными.

Пространственные полимеры

Если размеры кратных связей обеспечивают появление больше двух свободных валентностей или в реакцию поликонденсации вступают молекулы, содержащие три и более функциональных групп, то это позволяет молекулам расти в трех направлениях и приводит к образованию пространственных полимеров, в которых между цепями осуществлены ковалентные связи.

Например, при взаимодействии фенола с формальдегидом реакция при изменении условий опыта может привести к образованию не новолачной смолы линейного строения, а к образованию пространственных полимеров со структурой: _{OH OH}

_{CH2 CH2—….}

_CH2

_{…— H2C CH2— …}

_OH

Пространственные полимеры при нагревании не могут быть переведены в пластичное состояние без разрыва химических связей между цепями макромолекулы, т.е. они при сильном нагревании подвергаются разрушению, и поэтому названы термореактивными.

Влияние химического состава на физические свойства полимеров.

Таблица

Функциональные группы и физические свойства

Группа	Теплостойкость	Адгезия	Прочность при растяжении	Светостойкость	Водопоглощение
- СООН	++	+++	++	-	+
- СОNH2	++	++	+	-	+
- NH2	-	-	+	-	+
- CN	-	-	++	+++	-
- OH	+	++	++	-	+
- Cl	+	-	-	-	-
- CH3	-	-	-	-	-
- F	+++	-	+	+	-

+ - повышает; ++ - сильно повышает;

+++ - очень сильно повышает; − - понижает.

Из таблицы следует, что галогены обуславливают негорючесть (теплостойкость) полимерных материалов, стойкость к действию кислот и щелочей. Атом фтора и группа -CN увеличивают светостойкость, группа -СООН – адгезию, амидогруппа -СОNH₂ (в найлоне и капроне) увеличивают теплостойкость и адгезию, но ухудшают светостойкость.

Волокна

Классификация волокон

Волокна

природные химические

растительного животного искусственные синтетические

происхождения происхождения

хлопковое, шерстяное, вискозное, хлорин,

льняное шелковое ацетатное нитрон,

и др. лавсан,

анид и др.

Природные волокна

Химические волокна

В отличие от природных волокон при получении химических волокон используются химические методы.

Искусственные волокна

Волокна, получаемые переработкой, природных полимерных материалов называются, искусственными.

В качестве исходного природного полимера берут целлюлозу, выделенную из древесины или хлопковый пух, оставшийся на семенах хлопчатника. Химическая обработка уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты приводит к образованию уксуснокислых эфиров целлюлозы – диацетилцеллюлозы и триацетилцеллюлозы, которые используются для приготовления ацетатного волокна. Волокно отличается мягкостью, мало мнется, обладает блеском, разрушается в концентрированных кислотах и щелочах.

Из целлюлозы получают и другие искусственные волокна: вискозные и медноаммиачные. При получении этих волокон целлюлозу сначала переводят в растворимые соединения, а затем регенерируют. Поэтому волокна обоих этих видов представляют чистую целлюлозу.

Вискозное волокно больше теряет прочность во влажном состоянии, чем триацетатное.

Часто искусственные волокна используются не в виде длинных нитей (шелка), а в виде штапеля – резаных не крученых волокон длиной несколько сантиметров. Штапель можно использовать для совместного прядения с другими волокнами, например, с шерстью.

Вискозное волокно устойчиво к большинству органических растворителей. Растворяется в диметилсульфоксиде (ДМСО) в присутствии формальдегида; разрушается в концентрированных минеральных кислотах, в Н₂О₂; легко загорается при 180˚ С.

Синтетические волокна

Волокна, получаемые из синтезируемых полимеров, называют синтетическими.

Поливинилхлоридные волокна (ПХВ)

Поливинилхлорид (полихлорвинил) получают полимеризацией винилхлорида:

n CH₂ ═ CH→ [ - CH₂ - CH - ]_n

_{│ │}

Cl Cl

Это эластичная масса, очень стойкая к действию кислот и щелочей. В концентрированных минеральных кислотах сжимается и чернеет. Поливинилхлоридные изделия размягчаются при 50 - 60˚ С, легко свариваются в небольшом пламени. При нагревании выделяется хлористый водород, который можно обнаружить по образованию белого дыма (хлористого аммония), поднеся к пробирке палочку смоченную раствором аммиака. Если прокаленную медную проволочку прижать к образцу, а затем внести её в пламя горелки, то пламя окрашивается в ярко – зеленый цвет. При горении образцов наблюдается обильное выделение копоти.

Хлорированием поливинилхлорида получают перхлорвиниловую смолу, из которой готовят химически стойкое синтетическое волокно хлорин. Перхлорвинил – белый порошкообразный материал, растворяется в кипящих монохлорбензоле, толуоле, ди