Отношение синтетических волокон к растворам кислот и щелочей, страница 166 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Отношение синтетических волокон к растворам кислот и щелочей

1. В отдельные пробирки с 1 мл 20%-го раствора серной кислоты поместите полоски капрона, лавсана, полипропилена, а также образцы хлопчатобумажной, шерстяной и ацетатной тканей. Опустите пробирки на 10 мин в стакан с кипящей водой, затем выньте полоски и промойте их водой. Изучите, как изменился цвет каждого образца и его прочность.

2. Проделайте ту же самую процедуру, взяв вместо кислоты раствор гидроксида натрия. Сделайте выводы об устойчивости волокон к кислотам и щелочам.

1. При помещении образцов волокон в 20%-й раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) и нагревании на водяной бане в течение 10 минут произойдут следующие изменения, обусловленные кислотным гидролизом полимеров, из которых состоят волокна:
– Капрон (полиамидное волокно): подвергается кислотному гидролизу по амидным связям. Цепи полимера разрушаются, волокно теряет прочность и разрушается.
– Лавсан (полиэфирное волокно): более устойчив к кислотам, чем капрон. Однако при длительном нагревании в концентрированной кислоте происходит гидролиз сложноэфирных связей, что приводит к некоторой потере прочности. Внешний вид может почти не измениться.
– Полипропилен (полиолефиновое волокно): состоит из углеводородных цепей, которые не содержат функциональных групп, способных гидролизоваться. Поэтому полипропилен очень устойчив к действию кислот, его цвет и прочность не изменятся.
– Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): целлюлоза является полисахаридом. Под действием горячей серной кислоты происходит гидролиз гликозидных связей, полимерная цепь разрушается до мономеров (глюкозы). Ткань полностью теряет прочность и разрушается.
– Шерстяная ткань (белковое волокно): белок кератин, как и капрон, является полиамидом. Он легко гидролизуется по пептидным (амидным) связям в кислой среде, особенно при нагревании. Волокно полностью разрушается.
– Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): это сложноэфирное производное целлюлозы. В кислой среде при нагревании происходит гидролиз как сложноэфирных групп, так и гликозидных связей основной цепи. Волокно быстро теряет прочность и разрушается.

Ответ: В результате воздействия горячего 20%-го раствора серной кислоты хлопчатобумажная, шерстяная, ацетатная ткани и капрон разрушатся или полностью потеряют прочность. Лавсан окажется относительно устойчивым, но может частично потерять прочность. Полипропилен не изменит своих свойств.

2. При замене серной кислоты на раствор гидроксида натрия ($NaOH$) и повторении процедуры наблюдаются следующие изменения, связанные со щелочным гидролизом (омылением):
– Капрон (полиамидное волокно): подвергается щелочному гидролизу, хотя и медленнее, чем кислотному. При нагревании амидные связи рвутся, волокно теряет прочность и разрушается.
– Лавсан (полиэфирное волокно): очень неустойчив к действию щелочей. Происходит необратимый щелочной гидролиз (омыление) сложноэфирных связей. Волокно быстро и полностью разрушается.
– Полипропилен (полиолефиновое волокно): как и в случае с кислотой, полипропилен абсолютно устойчив к действию щелочей, так как не имеет гидролизующихся групп. Свойства не изменяются.
– Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): достаточно устойчива к действию растворов щелочей. Однако горячий и концентрированный раствор $NaOH$ вызывает набухание и некоторую потерю прочности. Внешне ткань может уплотниться, но не разрушится полностью, как в кислоте.
– Шерстяная ткань (белковое волокно): крайне неустойчива к щелочам. Щелочь гидролизует пептидные связи и, что важно, разрушает дисульфидные мостики в кератине, что приводит к быстрому растворению и полному разрушению волокна.
– Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): происходит омыление ацетатных групп. Волокно превращается в гидратцеллюлозу (по составу схожую с исходной целлюлозой). При этом оно теряет блеск, усаживается и становится менее прочным.

Выводы об устойчивости волокон к кислотам и щелочам:

Различные волокна обладают разной устойчивостью к кислотам и щелочам, что определяется их химическим строением. Полипропиленовое волокно является наиболее химически стойким, так как не содержит групп, подверженных гидролизу, и устойчиво как к кислотам, так и к щелочам. Полиэфирное волокно (лавсан) устойчиво к кислотам, но легко разрушается щелочами. Полиамидные волокна (капрон, шерсть) неустойчивы как к кислотам, так и к щелочам, так как амидная (пептидная) связь гидролизуется в обеих средах; шерсть особенно быстро разрушается в щелочной среде. Целлюлозные волокна (хлопок) разрушаются кислотами, но относительно устойчивы к щелочам. Ацетатное волокно (сложный эфир целлюлозы) неустойчиво ни к кислотам, ни к щелочам.

Ответ: В результате воздействия горячего раствора гидроксида натрия лавсан, шерсть и капрон разрушатся. Ацетатная ткань изменит свои свойства (произойдет омыление) и потеряет прочность. Хлопчатобумажная ткань окажется наиболее устойчивой, хотя и может претерпеть некоторые изменения. Полипропилен не изменится. Наибольшей химической стойкостью обладает полипропилен. Лавсан кислотоустойчив, но не щелочестоек. Хлопок щелочеустойчив, но не кислотоустойчив. Капрон, шерсть и ацетатное волокно неустойчивы к обоим реагентам.