4. Ατιδράσεις πολυμερισμού Ποια μόρια οομάζοται μακρομόρια Τα μακρομόρια είαι μόρια μεγάλου μοριακού βάρους που σχηματίζοται από τη συέωση (= πολυμερισμό) απλούστερω δομικά μορίω (= μοομερή) σύμφωα με τη ατίδραση: λ Μ μοομερές -Μ Μ Μ Μ - -Μ- πολυμερές Τι οομάζεται πολυμερισμός Πολυμερισμός οομάζεται η χημική ατίδραση της συέωσης τω μοομερώ Μ για το σχηματισμό του πολυμερούς Μ Μ Μ. Μ. Η ατίδραση στη γεική της μορφή γράφεται: λ Μ -Μ Μ Μ Μ - -Μ- Τι είαι τα πολυμερή Τα πολυμερή είαι τα προϊότα του πολυμερισμού, δηλαδή μακρομόρια που σχηματίζοται από τη συέωση πολλώ μικρώ ίδιω δομικά μορίω (τα μοομερή). Τα πολυμερή διακρίοται σε φυσικά πολυμερή σχηματίζοται κατά το πολυμερισμό σε ζωταούς οργαισμούς (π.χ το άμυλο), και σε τεχητά πολυμερή τα οποία σχηματίζοται στο εργαστήριο. Έα τέτοιο είαι το πολυβίυλοχλωρίδιο που χρησιμοποιήθηκε στη κατασκευή μουσικώ δίσκω. Τα πολυμερή βρίσκου εφαρμογή στη κατασκευή πολλώ χρήσιμω υλικώ. Τα Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 311
περισσότερα από τα υφάσματα, χρώματα, γυαλιά που χρησιμοποιούμε σήμερα είαι συθετικά πολυμερή. Θα μελετήσουμε τρία (3) παραδείγματα ατιδράσεω πολυμερισμού. 1. Πολυμερισμός εώσεω που έχου το βιύλλιο : 2 = A Έα μεγάλο πλήθος συθετικώ πολυμερώ έχει ως μοομερές το μόριο 2 = A Δηλαδή τη ρίζα βιύλιο 2 = 2 στη οποία το έα άτομο Η έχει ατικατασταθεί από κάποιο άλλο υποκαταστάτη Α. το Α είαι μοοσθεές στοιχείο ή μοοσθεής ρίζα. Αάλογα με το ποιο είαι το Α προκύπτει και το ατίστοιχο πολυμερές. Ο πολυμερισμός του αιθυλείου, που αήκει σε αυτή τη κατηγορία μοομερώ, καθώς και πολλώ υποκατεστημέω παραγώγω του ακολουθεί έα αλυσιδωτό μηχαισμό μέσω ριζώ, ο οποίος περιλαμβάει τρία βασικά στάδια: τη έαρξη, τη διάδοση και το τερματισμό του πολυμερισμού. Η γεική ατίδραση πολυμερισμού του αιθυλείου και τω παραγώγω του είαι η: C Α πολυμερισμός C A Ο πολυμερισμός, πολλές φορές, σταματά με τη προσθήκη υπεροξειδικής εώσεως του τύπου: R-O-O-R + λm RO-M-M M-OR λ φορές Με το τρόπο αυτό μπλοκάρεται το μοομερές και δε συεχίζει α πολυμερίζεται. Πίακας 18-1. Ααφέροται οι ομάδες Α, τ ατίστοιχα μοομερή και πολυμερή που προκύπτου και η χρήση τους.. Α Μοομερές Πολυμερές Χρήση Η- Aιθυλέιο 2 = 2 πολυαιθυλέιο (- 2-2 -) Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ Πλαστικές σακούλες, πλαστικά παιχίδια 3 - Προπέιο πολυπροπέιο Πλαστικά σχοιιά 312
3 = 2 C 3 - Bιυλοχλωρίδιο C Πολυβιυλοχλωρίδιο C Δίσκοι, πλαστικά, χρώματα Φαιύλιο Ph- Στυρόλιο C Ph Πολυστυρόλιο C Ph Πλαστικά δάπεδα CN- Ακρυλοιτρίλιο C CN Πολυακρυλοιτρίλιο C CN Συθετική υφάσιμη ύλη (orlon) 2. Πολυμερισμός 1,4. Τη ατίδραση αυτή τη δίου τα συζυγή αλκαδιέια, δηλαδή υδρογοάθρακες που περιέχου στο μόριό τους εαλλάξ απλούς και διπλούς δεσμούς, καθώς και τα παράγωγά τους, σύμφωα με το σχήμα : C C 2 2 C 2 A A Πίακας 18-2. Ααφέροται οι ομάδες Α, τ ατίστοιχα μοομερή και πολυμερή που προκύπτου και η χρήση τους. Α Μοομερές Πολυμερές Χρήση 2-μεθυλο-1,3-βουταδιέιο 3 - ή ισοπρέιο C C 2 3 H cis 1 δομή: φυσικό καουτσούκ και συθετικό καουτσούκ 1 Η cis και η trans είαι δομές που εμφαίζου οι ακόρεστες οργαικές εώσεις με διπλό δεσμό. Η μελέτη τους Δε περιλαμβάεται στη ύλη. Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 313
C C 2 H trans δομή: γουταπέρκα. 3-2-χλωρο-1,3-βουταδιέιο C C 2 εοπρέιο C C 2 Τεχητό καουτσούκ. H- 1,3-βουταδιέιο 2 =CΗ-= 2 Buna C 2 Τεχητό καουτσούκ. 3. Τι οομάζεται συμπολυμερισμός; Ο πολυμερισμός που γίεται με δύο ή περισσότερα είδη μοομερούς οομάζεται συμπολυμερισμός. Η καταομή τω μοομερώ στο συμπολυμερές μπορεί α είαι είτε τυχαία, είτε αυστηρά εαλλασσόμεη κατά μήκος της αλυσίδας. Buna S Έα προϊό συμπολυμερισμού είαι το Buna S που χρησιμοποιείται ως τεχητό καουτσούκ. Τα μοομερή που συδυάζοται για το παραγωγή του είαι το 1,3-βουταδιέιο και το στυρόλιο. Η οομασία του Buna S προέρχεται από τα αρχικά Bu για το βουταδιέιο, na για το Na παρουσία του οποίου γίεται ο συμπολυμερισμός και S για το στυρόλιο. Buna N, Ατίστοιχα από το συμπολυμερισμό του 1,3-βουταδιείου και του ακρυλοιτριλίου ( 2 =-CN) παράγεται το Buna N, που χρησιμοποιείται ως τεχητό καουτσούκ. Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 314
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ A. Το κεφάλαιο αυτό είαι σηματικό για τη θεωρία του. Πρέπει α ξέρεις πολύ καλά τους ορισμούς τω: 1. πολυμερισμός 2. πολυμερή 3. είδη πολυμερώ 4. γεική ατίδραση πολυμερισμού 5. πολυμερισμός εώσεω με ρίζα το βιύλιο (ποιες είαι, ποια είαι τα μοομερή, ποια τα πολυμερή και οι χρήσεις τους) 6. γεική ατίδραση πολυμερισμού εώσεω με ρίζα το βιύλιο 7. το ορισμό του πολυμερισμού 1,4 καθώς και α ξέρετε α ξεχωρίζετε α μία έωση μπορεί α δώσει ή όχι τέτοιο πολυμερισμό 8. το ορισμό τω συζυγώ αλκαδιείω 9. πολυμερισμός εώσεω συζυγώ αλκαδιείω (ποιες είαι, ποια είαι τα μοομερή, ποια τα πολυμερή και οι χρήσεις τους) 10. γεική ατίδραση πολυμερισμού συζυγώ αλκαδιείω 11. το ορισμό του συμπολυμερισμού 12. Τι είαι το Buna S και το Buna N B. Παραγωγή πολυμερώ. Στις ασκήσεις αυτές σας δίου κάποια αρχική ύλη, προκειμέου α παρασκευάσετε έα συγκεκριμέο πολυμερές. Ακλουθείτε τα γεικά βήματα: Αρχική ύλη κατάλληλες ατιδράσεις μοομερές πολυμερές Λυμέα παραδείγματα 1. Να κάετε σωστά τη ατιστοίχιση: Συμπολυμερές Συστατικά συμπολυμερούς Α Buna S 1. 1,3- βουταδιέιο και ακρυλοιτρίλιο Β Buna N 2. 1,3-βουταδιέιο και στυρόλιο Απάτηση: Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 315
Α 2. και Β 1. 2. Με πρώτη ύλη τη αιθαόλη α παρασκευάσετε: i. πολυαιθυλέιο ii. πολυβιυλοχλωρίδιο Απάτηση: i. H 3 C 2 OH + SO 2 H 3 C 2 Αλκoόλη C 2 Πολυμερισμός 2 2 v ii. H 3 C 2 OH + SO 2 H 3 C 2 Αλκoόλη C 2 + 2 C 2 Αλκoόλη HC + H C Πολυμερισμός 2 v Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 316
Μάθημα 18 - ΑΣΚΗΣΕΙΣ Να επιλέξετε τη σωστή απάτηση. 18-1. Ατίδραση πολυμερισμού 1,4 δίει: Α. το 1,2-βουταδιέιο Β. το 1,3-βουταδιέιο Γ. τόσο το πρώτο όσο και το δεύτερο Δ. καέα από τα δύο 18-2. Το τεχητό καουτσούκ Buna Ν παράγεται με συμπολυμερισμό: Α. 1,3- βουταδιέιου και ακρυλοιτρίλιου Β. 2-μεθυλο-1,3- βουταδιέιου και ακρυλοιτρίλιου Γ. 1,3- βουταδιέιου και στυρόλιου Δ.. 2-χλώροι-1,3- βουταδιέιου και στυρολίου 18-3. Το τεχητό καουτσούκ Buna S παράγεται με συμπολυμερισμό: Α. 1,3- βουταδιέιου και ακρυλοιτρίλιου Β. 2-μεθυλο-1,3- βουταδιέιου και ακρυλοιτρίλιου Γ. 1,3- βουταδιέιου και στυρόλιου Δ.. 2-χλώρο-1,3- βουταδιέιου και στυρολίου Να συμπληρωθού οι λέξεις που συμπληρώου σωστά τις προτάσεις 18-4. Έα τμήμα του τεχητού πολυμερούς είαι το : - 2 -(CN)- 2 -(CN)- 2 (CN)-. To ατίστοιχο μοομερές είαι το Α. 18-5. Ο πολυμερισμός που γίεται με δύο ή περισσότερα είδη μοομερώ οομάζεται 18-6. Ατιδράσεις πολυμερισμού 1,4 δίου τα αλκαδιέια και τα παράγωγα τους. 18-7. τα πολυμερή που είαι γιγατιαία μόρια παρουσιάζου εδιαφέρο για τις (μηχαικές ) τους ιδιότητες 18-8. Ο πολυμερισμός του αιθυλείου καθώς και πολλώ υποκατεστημέω παραγώγω του ακολουθεί έα αλυσιδωτό μηχαισμό μέσω ριζώ, ο οποίος περιλαμβάει τρία βασικά στάδια: τη, τη και το του πολυμερισμού. 18-9. Στο παρακάτω πίακα α συμπληρώσετε τα οόματα και τους χημικούς τύπους τω μοομερώ. τύπος Χημικός 2 = 2 Οομασία αιθυλέιο Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 317
2 =- προπέιο ακρυλοιτ ρίλιο 1,3- βουταδιέιο 18-10. Στο παρακάτω πίακα α συμπληρώσετε τα οόματα και τους χημικούς τύπους τω μοομερώ πολυαιθυλέιο (- 2 --) Πολυβιυλοχλωρίδι ο 18-11. Συμπληρώστε τη ατίδραση: 2 = 2 18-12. Συμπληρώστε τη ατίδραση: 2 2 πολυμερισμός 18-13. Η καταομή τω μοομερώ στο συμπολυμερές είαι είτε, είτε αυστηρά εαλλασσόμεη κατά μήκος της αλυσίδας. 18-14. Το αιθυλέιο ότα πολυμερίζεται σχηματίζει το πολυμερές και χρησιμοποιείται για α παράγοται διάφορα υλικά όπως και πλαστικά παιχίδια. 18-15. Συμπληρώστε τη ατίδραση: 18-16. Τα προϊότα του πολυμερισμού 1, 4 προέρχοται από μοομερής εώσεις της μορφής. Στο μοομερές 1,3-βουταδιέιο που είαι αυτής της μορφής το Α είαι το. Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 318
18-17. Το 1,3-πεταδιέιο μπορεί α δώσει ατίδραση πολυμερισμού 1,4. Σ Λ 18-18. Το 1,4-πεταδιέιο μπορεί α δώσει ατίδραση πολυμερισμού 1,4. Σ Λ Ασκήσεις 18-19. Δίεται ο συτακτικός τύπος του πολυμερούς: Το μοομερές, από το οποίο σχηματίστηκε, είαι: Να γραφεί η ατίδραση πολυμερισμού. 18-20. Πολυμερές προσθήκης, που αποτελείται μόο από άθρακα και υδρογόο, έχει σχετική μοριακή μάζα 56000. Ο αριθμός τω μορίω του μοομερούς που σχημάτισα έα μόριο πολυμερούς είαι 2000. Ο αριθμός τω ατόμω υδρογόου στο μόριο του μοομερούς είαι διπλάσιος από το αριθμό τω ατόμω του άθρακα. α. Να βρεθεί η σχετική μοριακή μάζα του μοομερούς. β. Να βρεθεί ποιο είαι το μοομερές. γ. Να γραφεί η εξίσωση πολυμερισμού. 18-21. Πολυμερές προσθήκης, που αποτελείται μόο από άθρακα και υδρογόο, έχει σχετική μοριακή μάζα 56000. Ο αριθμός τω μορίω του μοομερούς που σχημάτισα έα μόριο πολυμερούς είαι 1000. α. Να βρεθεί η σχετική μοριακή μάζα του μοομερούς. β. Να βρεθεί ποιο είαι το μοομερές, α είαι γωστό ότι η ατίδραση πολυμερισμού ακολουθεί το μηχαισμό του πολυμερισμού 1,4. γ. Να γραφεί η εξίσωση πολυμερισμού. 18-22. Σε ποσότητα αιθείου γίεται προσθήκη ισομοριακής ποσότητας 2 και το οργαικό προϊό της ατίδρασης κατεργάζεται με αιθαολικό διάλυμα ΚΟΗ. Το προϊό της τελευταίας ατίδρασης κατεργάζεται με ισομοριακή ποσότητα H Το έο οργαικό προϊό σε κατάλληλες συθήκες πολυμερίζεται με αποτέλεσμα α σχηματίζοται 1000 kg πολυμερούς. α. Να βρεθού η μάζα του αιθείου και η μάζα. του χλωρίου που ατέδρασα. β. Να γραφού οι σχετικές ατιδράσεις. 18-23. Να βρεθεί η μάζα κατάλληλου κορεσμέου διχλωροπαραγώγου τω υδρογοαθράκω που πρέπει α χρησιμοποιηθεί για τη παρασκευή 10,8 kg Buna. Πααγιώτης Αθαασόπουλος Χημικός Διδάκτωρ Παεπιστημίου Πατρώ 319