Страница 159 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Какие полимеры называют пластмассами? Приведите примеры.

Пластмассами, или пластиками, называют большую группу материалов, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры).

Ключевой особенностью пластмасс является их способность при нагревании и давлении приобретать заданную форму и сохранять её после охлаждения. Этот процесс называется формованием. Важно понимать, что термин "пластмасса" шире, чем "полимер". Полимер является обязательной и основной частью пластмассы (связующим веществом), но, как правило, в состав пластмасс также входят различные добавки для придания материалу необходимых эксплуатационных свойств:

• Пластификаторы: повышают эластичность и гибкость.
• Стабилизаторы: замедляют старение материала под действием света, тепла, кислорода.
• Наполнители: (например, мел, сажа, древесная мука, стекловолокно) улучшают механические свойства и снижают стоимость.
• Красители: придают материалу цвет.

По своему поведению при нагревании пластмассы делятся на две основные группы:

1. Термопласты (термопластичные полимеры) – это полимеры, которые при нагревании размягчаются и переходят в вязкотекучее состояние, а при охлаждении снова затвердевают. Этот процесс обратим, что позволяет многократно перерабатывать такие материалы. Макромолекулы в них имеют линейное или разветвленное строение и не связаны между собой прочными химическими связями.

2. Реактопласты (термореактивные полимеры) – это полимеры, которые при первоначальном нагревании размягчаются, но затем вступают в необратимую химическую реакцию (отверждение), образуя жесткую трехмерную сетчатую структуру. После отверждения они теряют способность плавиться и не растворяются. Повторная переработка таких материалов невозможна.

Примеры пластмасс:

• Полиэтилен (ПЭ): самый распространенный в мире пластик, термопласт. Используется для изготовления пленок, пакетов, труб, контейнеров, изоляции кабелей.
• Полипропилен (ПП): термопласт, более прочный и термостойкий, чем полиэтилен. Применяется в автомобилестроении (бамперы, детали салона), для производства тары, труб для горячей воды, нетканых материалов.
• Поливинилхлорид (ПВХ): термопласт. Бывает жестким (винипласт) и мягким (пластикат). Используется для изготовления оконных профилей, труб, напольных покрытий (линолеум), искусственной кожи, изоляции проводов.
• Полистирол (ПС): термопласт. В виде пенопласта используется как теплоизоляционный и упаковочный материал. Также из него делают одноразовую посуду, детские игрушки, корпуса бытовой техники.
• Полиэтилентерефталат (ПЭТФ или ПЭТ): термопласт. Наиболее известен как материал для изготовления пластиковых бутылок для напитков. Также используется для производства волокон (лавсан, полиэстер).
• Фенолформальдегидные смолы (например, бакелит): один из первых синтетических реактопластов. Обладает высокой прочностью, термостойкостью и является хорошим диэлектриком. Используется для изготовления корпусов электроприборов, розеток, выключателей, рукояток посуды.

Ответ: Пластмассами называют материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагрева и давления формоваться в изделия сложной формы и сохранять ее. Пластмассы обычно состоят из полимерного связующего и различных добавок, улучшающих их свойства. Примеры: полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полистирол, фенолформальдегидные смолы.

2. Можно ли из одного и того же полимера сделать волокно и пластмассу?

Да, из одного и того же полимера можно сделать и волокно, и пластмассу. Различие между этими двумя формами материала заключается не в химическом составе полимера, а в его надмолекулярной структуре, то есть в способе укладки и ориентации макромолекул.

Пластмасса (или пластик) представляет собой полимерный материал, в котором длинные цепи макромолекул расположены хаотично, неупорядоченно (аморфная структура) или частично упорядоченно (кристаллическая структура), но без какой-либо преобладающей ориентации в пространстве. Это делает материал изотропным (его свойства одинаковы во всех направлениях) и позволяет формовать из него объемные изделия сложной формы.

Волокно, напротив, получают путем специальной обработки полимера — вытягивания (ориентационной вытяжки). В процессе вытягивания макромолекулы полимера распрямляются и ориентируются преимущественно в одном направлении — вдоль оси волокна. Такая упорядоченная структура придает материалу высокую прочность на разрыв и низкую растяжимость именно в этом направлении. Свойства волокна становятся анизотропными (различными в разных направлениях).

Примеры полимеров, используемых и для производства пластмасс, и для производства волокон:

• Полипропилен: из него делают как прочные пластиковые корпуса, трубы и контейнеры, так и волокна для ковров, нетканых материалов и канатов.
• Полиамиды (например, капрон, нейлон): используются для изготовления конструкционных деталей (шестерни, втулки) в качестве пластмассы, а также для производства прочных волокон для тканей, чулок, рыболовных сетей и корда.
• Полиэтилентерефталат (ПЭТ): широко известен как материал для пластиковых бутылок, но из него также производят полиэфирное волокно (лавсан, дакрон) для одежды и технических тканей.

Таким образом, физическая форма и свойства конечного продукта (пластмасса или волокно) определяются не только типом полимера, но и технологией его переработки.

Ответ: Да, можно. Ключевое различие между волокном и пластмассой из одного и того же полимера заключается в ориентации макромолекул: в пластмассе они расположены хаотично, а в волокне — упорядоченно и вытянуты вдоль оси, что достигается специальной технологической обработкой.

3. Сравните по свойствам полиэтилен и полистирол.

Полиэтилен и полистирол — это два широко используемых термопластичных полимера, которые, несмотря на принадлежность к одному классу, обладают существенно различными свойствами, обусловленными их химическим строением. Сравнение их свойств можно провести по нескольким ключевым параметрам.

1. Химическое строение и получение

Полиэтилен (ПЭ) — продукт полимеризации этилена. Его мономерное звено — это этилен $CH_2=CH_2$. Формула полимера, показывающая элементарное звено: $(-CH_2-CH_2-)_n$. Макромолекулы состоят из длинных цепей атомов углерода, к которым присоединены атомы водорода. Отсутствие объемных боковых групп позволяет цепям плотно упаковываться (особенно в ПЭНД), что обуславливает его кристалличность и свойства.

Полистирол (ПС) — продукт полимеризации стирола (винилбензола). Его мономерное звено — стирол $C_6H_5-CH=CH_2$. Формула полимера: $[-CH(C_6H_5)-CH_2-]_n$. Его макромолекулы отличаются от полиэтилена наличием объемных фенильных (бензольных) колец, присоединенных к каждому второму атому углерода в основной цепи. Эти группы мешают плотной упаковке цепей, делая полимер аморфным, жестким и хрупким.

2. Физические и механические свойства

Внешний вид и плотность:
- Полиэтилен: Воскообразный на ощупь, эластичный, полупрозрачный или непрозрачный материал белого цвета. Плотность ($0,91-0,97 \text{ г/см}^3$) меньше плотности воды, поэтому он плавает.
- Полистирол: Твердый, жесткий, стеклоподобный и обычно прозрачный материал. Плотность (около $1,05 \text{ г/см}^3$) больше плотности воды, поэтому он тонет.

Механические свойства:
- Полиэтилен: Гибкий, пластичный и вязкий материал с высокой ударопрочностью и стойкостью к разрыву. Не ломается при изгибе.
- Полистирол: Жесткий, но очень хрупкий материал. Легко ломается при изгибе, имеет низкую ударную вязкость (кроме модифицированных марок).

Термические свойства:
- Полиэтилен: Обладает низкой теплостойкостью (температура размягчения $80-130^\circ C$), но высокой морозостойкостью (сохраняет гибкость до $-70^\circ C$).
- Полистирол: Имеет более высокую теплостойкость (размягчается при $90-100^\circ C$), но не является морозостойким и на холоде становится еще более хрупким.

3. Химические свойства

Отношение к реагентам:
- Полиэтилен: Обладает очень высокой химической стойкостью. Устойчив к действию воды, кислот, щелочей, солей и большинства полярных органических растворителей.
- Полистирол: Также устойчив к воде, разбавленным кислотам и щелочам. Однако он легко растворяется во многих неполярных и слабополярных органических растворителях (ацетон, бензол, толуол, сложные эфиры).

Горение:
- Полиэтилен: Горит синеватым пламенем без копоти, плавится и образует капли. После удаления из огня продолжает гореть. Имеет запах горящего парафина.
- Полистирол: Горит ярким, сильно коптящим желтым пламенем (из-за высокого содержания углерода в бензольных кольцах). При горении размягчается. Имеет характерный сладковатый цветочный запах стирола.

4. Области применения

Различия в свойствах определяют разные сферы применения этих полимеров:
- Полиэтилен: Благодаря гибкости, прочности и химической стойкости используется для производства упаковочных пленок, пакетов, бутылок, канистр, труб, изоляции кабелей, игрушек.
- Полистирол: Благодаря жесткости, прозрачности и низкой стоимости используется для производства одноразовой посуды, корпусов CD-дисков, упаковки, а в виде пенопласта (вспененный полистирол) — как тепло- и звукоизоляционный материал.

Ответ:
Полиэтилен и полистирол — термопластичные полимеры с принципиально различными свойствами. Полиэтилен $(-CH_2-CH_2-)_n$ — гибкий, эластичный, химически стойкий и морозостойкий материал, легче воды, горит без копоти. Полистирол $[-CH(C_6H_5)-CH_2-]_n$ — жесткий, хрупкий, прозрачный материал, растворимый в органических растворителях, тяжелее воды, горит сильно коптящим пламенем. Ключевое различие в их строении — наличие объемных бензольных колец в макромолекуле полистирола, которые и определяют его жесткость, хрупкость и химические свойства. В зависимости от свойств полиэтилен применяют для гибких и прочных изделий (пленки, трубы), а полистирол — для жестких, часто одноразовых изделий (посуда, упаковка) и в качестве теплоизоляции.

4. При нагревании полистирола без доступа воздуха он разлагается, превращаясь в жидкость, которая обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия. Назовите эту жидкость и продукт её бромирования. Напишите уравнения реакций.

Решение

Полистирол — это высокомолекулярное соединение (полимер), мономерным звеном которого является стирол (винилбензол). Формула полистирола: $(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n$.

При нагревании без доступа воздуха происходит термическая деполимеризация (пиролиз) полистирола, в результате которой полимер распадается на мономеры — молекулы стирола.

Уравнение реакции разложения полистирола:
$(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n \xrightarrow{t} n C_6H_5-CH=CH_2$

Образовавшееся вещество — стирол ($C_6H_5-CH=CH_2$) — является жидкостью. В его молекуле присутствует двойная связь в винильной группе ($-CH=CH_2$), что обуславливает его принадлежность к ненасыщенным соединениям. Именно наличие этой двойной связи объясняет, почему стирол обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия. Эти реакции являются качественными на наличие кратных связей.

1. Реакция с бромной водой (бромирование) — это реакция присоединения брома по месту разрыва двойной связи. В результате образуется 1,2-дибром-1-фенилэтан.

Уравнение реакции бромирования стирола:
$C_6H_5-CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow C_6H_5-CH(Br)-CH_2(Br)$

2. Реакция с раствором перманганата калия (реакция Вагнера) — это реакция мягкого окисления, при которой двойная связь разрывается и образуется двухатомный спирт (гликоль), а фиолетовый перманганат калия восстанавливается до бурого оксида марганца(IV).

Уравнение реакции окисления стирола раствором перманганата калия в нейтральной среде:
$3C_6H_5-CH=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_6H_5-CH(OH)-CH_2(OH) + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$

Ответ:
Жидкость, образующаяся при разложении полистирола, — это стирол (винилбензол).
Продукт её бромирования — 1,2-дибром-1-фенилэтан.
Уравнения реакций:
Разложение полистирола: $(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n \xrightarrow{t} n C_6H_5-CH=CH_2$
Бромирование стирола: $C_6H_5-CH=CH_2 + Br_2 \rightarrow C_6H_5-CH(Br)-CH_2(Br)$

5. Почему пламя горящего полиэтилена имеет едва заметную окраску, а пламя горящего полистирола сильно коптит?

Различие в характере горения полиэтилена и полистирола объясняется фундаментальной разницей в их химическом строении и, как следствие, в массовой доле углерода в их молекулах.

Полиэтилен является полимером этилена и имеет общую формулу $(-CH_2-CH_2-)_n$. Его структура представляет собой длинные цепи из атомов углерода и водорода. Массовая доля углерода в полиэтилене составляет приблизительно 85,7%. При горении на воздухе полиэтилен относительно легко и полно сгорает, так как его состав не требует избыточного количества кислорода. Реакция полного сгорания выглядит так:

$2(-CH_2-CH_2-)_n + 6n O_2 \rightarrow 4n CO_2 + 4n H_2O$

Продукты этой реакции — диоксид углерода ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$) — являются бесцветными газами. В результате пламя горящего полиэтилена практически не содержит твердых раскаленных частиц, оно прозрачное, имеет голубоватый или светло-желтый оттенок и не производит копоти.

Полистирол, в свою очередь, является полимером стирола с формулой $(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n$. Ключевое отличие его структуры — наличие массивного бензольного кольца ($C_6H_5$) в каждом мономерном звене. Это приводит к тому, что массовая доля углерода в полистироле значительно выше и составляет около 92,3%. Для полного сгорания такого углеродо-насыщенного вещества требуется гораздо больше кислорода. В условиях обычного горения на воздухе (особенно при недостаточной вентиляции) кислорода не хватает для полного окисления всего углерода до $CO_2$. Вследствие этого происходит неполное сгорание, в ходе которого значительная часть углерода выделяется в виде элементарного углерода — сажи ($C$).

Эти твердые микрочастицы сажи, попадая в зону высоких температур пламени, раскаляются и начинают ярко светиться, что придает пламени насыщенный желто-оранжевый цвет. Покидая пламя, они образуют густой черный дым, то есть копоть.

Ответ: Разница в горении обусловлена разным содержанием углерода. В полиэтилене массовая доля углерода ниже (≈86%), поэтому он сгорает более полно с образованием бесцветных газов ($CO_2$ и $H_2O$), и его пламя почти бесцветно и не коптит. В полистироле, из-за наличия бензольных колец, массовая доля углерода очень высокая (≈92%). При горении ему не хватает кислорода, что ведет к неполному сгоранию и образованию большого количества частиц сажи, которые раскаляются в пламени, делая его ярким и сильно коптящим.

6. Чем отличаются искусственные волокна от синтетических?

Искусственные и синтетические волокна — это две группы химических волокон, которые часто путают. Несмотря на то, что и те, и другие производятся промышленным способом, их принципиальное различие заключается в происхождении исходного сырья и методе его переработки.

Искусственные волокна

Их получают из природных высокомолекулярных соединений (полимеров). Основным сырьем для их производства служит древесная целлюлоза или отходы хлопка. Процесс заключается не в создании полимера с нуля, а в его химической модификации. Природный полимер растворяют, а затем из этого раствора формируют нити. При этом основная полимерная цепь, созданная природой, сохраняется. По свойствам эти волокна часто ближе к натуральным: они, как правило, хорошо впитывают влагу (гигроскопичны) и пропускают воздух.

Примеры: вискоза, модал, лиоцелл, ацетатное и триацетатное волокна.

Синтетические волокна

Их производят путем полного химического синтеза. Исходным сырьем служат низкомолекулярные вещества (мономеры), которые получают в основном из продуктов переработки нефти, природного газа и угля. В ходе химических реакций (полимеризации или поликонденсации) из этих мономеров "строятся" длинные молекулы полимеров, которых не существует в природе. Таким образом, синтетическое волокно создается полностью "с нуля". Эти волокна обычно очень прочные, износостойкие, но хуже впитывают влагу и могут накапливать статическое электричество.

Примеры: полиэстер (лавсан), полиамид (капрон, нейлон), полиакрилонитрил (нитрон), эластан (лайкра).

Таким образом, ключевое различие можно сформулировать так: искусственные волокна — это химически обработанные природные полимеры, а синтетические — это полимеры, полностью созданные человеком в лаборатории или на заводе.

Ответ: Главное отличие заключается в исходном сырье: искусственные волокна получают из природных полимеров (например, целлюлозы), подвергая их химической обработке, а синтетические волокна создают путём химического синтеза полимеров из низкомолекулярных веществ, как правило, нефтехимического происхождения.

7. Объясните, почему изделия из лавсана разрушаются при обработке кислотами или щелочами, а изделия из полиэтилена — нет.

Решение

Различие в поведении изделий из лавсана и полиэтилена при контакте с кислотами или щелочами обусловлено фундаментальными различиями в их химическом строении.

1. Лавсан (Полиэтилентерефталат, ПЭТФ)

Лавсан относится к классу сложных полиэфиров. Его макромолекулы получают в результате реакции поликонденсации, и они содержат повторяющиеся сложноэфирные группы $(–COO–)$. Эти группы соединяют остатки терефталевой кислоты и этиленгликоля.

Схематично фрагмент цепи лавсана можно представить так: $...-C_6H_4-C(=O)-O-CH_2-CH_2-O-C(=O)-...$

Ключевой особенностью сложноэфирных связей является их способность к гидролизу — реакции с водой, которая приводит к их разрыву. Этот процесс значительно ускоряется в присутствии катализаторов — кислот или щелочей.

• В кислой среде происходит обратимый кислотный гидролиз, в результате которого полимерная цепь распадается на исходные мономеры — терефталевую кислоту и этиленгликоль.
• В щелочной среде происходит необратимый щелочной гидролиз (омыление), приводящий к образованию соли терефталевой кислоты и этиленгликоля.

В обоих случаях происходит разрыв макромолекул, то есть химическое разрушение (деструкция) полимера, из-за чего изделия из лавсана теряют прочность и разрушаются.

2. Полиэтилен

Полиэтилен является полимером олефинового ряда (полиолефином). Его получают реакцией полимеризации мономера этилена $(CH_2=CH_2)$. Макромолекула полиэтилена представляет собой очень длинную цепь, состоящую исключительно из атомов углерода и водорода, соединенных прочными ковалентными связями $C–C$ и $C–H$.

Структурное звено полиэтилена: $[-CH_2-CH_2-]_n$.

По своей химической природе полиэтилен является предельным углеводородом (алканом) с очень высокой молекулярной массой. Алканы известны своей химической инертностью. Связи $C–C$ и $C–H$ очень прочны и не являются полярными, поэтому они не реагируют с водными растворами кислот и щелочей при нормальных условиях. В структуре полиэтилена отсутствуют функциональные группы, которые могли бы быть атакованы кислотами или щелочами.

Ответ: Изделия из лавсана разрушаются под действием кислот и щелочей, так как лавсан является сложным полиэфиром и его макромолекулы содержат сложноэфирные группы $(–COO–)$, которые подвергаются каталитическому гидролизу (разрушению), что приводит к разрыву полимерных цепей. Изделия из полиэтилена не разрушаются, поскольку полиэтилен состоит из длинных углеводородных цепей с прочными и химически инертными связями $C–C$ и $C–H$, которые не вступают в реакцию с кислотами и щелочами.

8. Что называют каучуком, гуттаперчей, резиной, эбонитом?

Каучук

Каучук — это натуральный или синтетический эластомер, характеризующийся высокой эластичностью, то есть способностью восстанавливать свою форму после снятия нагрузки. Натуральный каучук получают из млечного сока (латекса) каучуконосных растений, в основном из бразильской гевеи. С химической точки зрения, натуральный каучук представляет собой полимер изопрена — цис-1,4-полиизопрен, общая формула которого $(C_5H_8)_n$. Синтетические каучуки получают путем полимеризации различных мономеров (например, бутадиена, стирола, изопрена) и могут обладать свойствами, превосходящими натуральный каучук по некоторым параметрам (например, термостойкость, маслостойкость).

Ответ: Каучук — это высокоэластичный полимер (натуральный или синтетический), основной компонент для производства резины. Натуральный каучук является полимером изопрена.

Гуттаперча

Гуттаперча — это природный полимер, схожий по химическому составу с натуральным каучуком. Ее также получают из латекса, но уже других растений — гуттаперченосных деревьев. Как и каучук, гуттаперча является полиизопреном $(C_5H_8)_n$, однако представляет собой другой его пространственный изомер — транс-1,4-полиизопрен. Такое стереохимическое строение придает гуттаперче иные свойства: она менее эластична, более тверда и жестка при комнатной температуре. При нагревании она размягчается и становится пластичной. Исторически гуттаперча широко использовалась в качестве изоляционного материала для подводных телеграфных кабелей.

Ответ: Гуттаперча — это природный, твердый и неэластичный при обычной температуре полимер, являющийся транс-изомером полиизопрена.

Резина

Резина — это материал, получаемый в результате процесса вулканизации каучука. Вулканизация представляет собой нагревание каучука с вулканизующим агентом, чаще всего с серой. В ходе этого процесса атомы серы образуют поперечные "мостики" (дисульфидные связи) между длинными полимерными цепями каучука. Эта пространственная сетчатая структура придает материалу значительно более высокую прочность, эластичность в широком диапазоне температур, износостойкость и устойчивость к действию растворителей по сравнению с сырым каучуком. Содержание серы в резине обычно составляет от 1 до 5%.

Ответ: Резина — это продукт вулканизации каучука, представляющий собой эластичный и прочный материал с пространственной сетчатой структурой, образованной за счет сшивания полимерных цепей (чаще всего серой).

Эбонит

Эбонит — это разновидность резины, характеризующаяся высокой степенью вулканизации. Его получают при вулканизации натурального или синтетического каучука большим количеством серы (обычно 30–50% от массы каучука). В результате образуется очень твердый, жесткий и хрупкий материал темного, почти черного цвета, напоминающий эбеновое дерево (отсюда и название). Эбонит является отличным диэлектриком (электрическим изолятором) и обладает высокой химической стойкостью. Он используется для изготовления деталей электротехнических приборов, корпусов аккумуляторов, мундштуков музыкальных инструментов, шаров для боулинга.

Ответ: Эбонит — это твердый, хрупкий материал, получаемый при вулканизации каучука большим количеством серы (30–50%), обладающий высокими изоляционными свойствами.

9. Объясните, почему резину и эбонит называют пространственными полимерами, а каучук — нет.

Различие между каучуком, резиной и эбонитом заключается в их молекулярном строении, а именно в наличии или отсутствии поперечных химических связей между полимерными цепями, образующих трехмерную структуру.

Каучук (натуральный или синтетический) представляет собой линейный полимер. Его макромолекулы — это длинные, гибкие, но отдельные цепи (например, полиизопрена), которые не связаны друг с другом прочными химическими связями. Они удерживаются вместе лишь слабыми межмолекулярными силами. Из-за такой структуры каучук пластичен и растворим в органических растворителях. Поскольку его макромолекулы не образуют единой трехмерной сетки, его не относят к пространственным полимерам.

Резина и эбонит, в свою очередь, являются продуктами вулканизации каучука. В процессе вулканизации каучук нагревают с серой, в результате чего атомы серы образуют прочные химические связи (дисульфидные мостики, $–S–S–$) между различными полимерными цепями. Эти поперечные связи "сшивают" линейные макромолекулы в единую трехмерную пространственную сетку.

Полимеры, макромолекулы которых объединены в единую пространственную структуру, и называют пространственными (или сетчатыми) полимерами. Разница между резиной и эбонитом заключается в плотности этой сетки:
- В резине содержание серы невелико (обычно 1–5%), поэтому образуется редкая пространственная сетка, что придает материалу эластичность и прочность.
- В эбоните содержание серы значительно выше (30–50%), что приводит к образованию очень густой и жесткой пространственной сетки, делая его твердым, неэластичным материалом.

Таким образом, именно наличие сшитой трехмерной сетки, образованной химическими связями между цепями, является причиной, по которой резину и эбонит относят к пространственным полимерам, в отличие от линейного полимера — каучука.

Ответ: Резину и эбонит называют пространственными полимерами, потому что в процессе вулканизации их линейные макромолекулы каучука "сшиваются" поперечными химическими связями (сульфидными мостиками) в единую трехмерную сетчатую структуру. Каучук же является линейным полимером, его отдельные макромолекулы не соединены друг с другом в такую пространственную сетку.

10. Заполните таблицу «Свойства некоторых синтетических полимеров».

Название, формула

Свойства

Применение

Полиэтилен

Полипропилен

Полистирол

Тефлон

Поливинилхлорид

Полиэтилентерефталат

Капрон

Бакелит

Поликарбонат

Формула: $(-CH_2-CH_2-)_n$.
Свойства: Термопластичный, эластичный, воскообразный на ощупь материал белого цвета. Является хорошим диэлектриком. Химически стоек к действию воды, кислот (кроме концентрированной азотной), щелочей, солей. Легче воды. Различают полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) и высокой плотности (ПЭВП), которые отличаются жесткостью и прочностью.
Применение: Производство пленок (упаковочных, парниковых), труб, контейнеров (бутылки, канистры), изоляции электрических кабелей, протезов, игрушек, предметов быта.

Ответ: Для полиэтилена ($(-CH_2-CH_2-)_n$) характерны термопластичность, эластичность и химическая инертность, что обуславливает его широкое применение в производстве упаковочных материалов, труб и электроизоляции.

Формула: $(-CH_2-CH(CH_3)-)_n$.
Свойства: Термопластичный материал, более твердый, прочный и термостойкий по сравнению с полиэтиленом (температура плавления около 170 °C). Обладает высокой стойкостью к многократным изгибам, износостойкостью и химической стойкостью. Хороший диэлектрик. Выдерживает кипячение.
Применение: Трубы для горячего водоснабжения, детали автомобилей (бамперы, корпуса аккумуляторов), медицинское оборудование (одноразовые шприцы), пищевые контейнеры, волокна для изготовления ковров, канатов, нетканых материалов.

Ответ: Полипропилен ($(-CH_2-CH(CH_3)-)_n$) – это прочный, износостойкий и термостойкий термопласт, используемый для изготовления труб, деталей автомобилей, медицинских изделий и волокон.

Формула: $(-CH_2-CH(C_6H_5)-)_n$.
Свойства: Жесткий, хрупкий, прозрачный термопластичный полимер. Обладает хорошими диэлектрическими свойствами, но низкой химической и термической стойкостью. Легко окрашивается и перерабатывается. Вспененный полистирол (пенопласт) – легкий материал с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами.
Применение: Одноразовая посуда, упаковка (в том числе амортизирующая для техники), детские игрушки, корпуса бытовой техники, облицовочные и теплоизоляционные плиты (пенопласт).

Ответ: Полистирол ($(-CH_2-CH(C_6H_5)-)_n$) – жесткий, прозрачный, но хрупкий термопласт, применяемый для производства одноразовых изделий и упаковки, а его вспененная форма (пенопласт) является эффективным изоляционным материалом.

Название и формула: Политетрафторэтилен, $(-CF_2-CF_2-)_n$.
Свойства: Уникальный материал с очень высокой химической стойкостью (не реагирует с кислотами, щелочами, окислителями), высокой термостойкостью (до 260 °C), низким коэффициентом трения (очень скользкий) и отличными диэлектрическими свойствами.
Применение: Антипригарные покрытия для посуды (сковороды, кастрюли), химически стойкие покрытия для оборудования, уплотнительные материалы (прокладки), изоляция проводов и кабелей, имплантаты в медицине.

Ответ: Тефлон ($(-CF_2-CF_2-)_n$) ценится за исключительную химическую и термическую стойкость, а также антифрикционные свойства, что делает его незаменимым для антипригарных покрытий, уплотнителей и специальной изоляции.

Формула: $(-CH_2-CHCl-)_n$.
Свойства: Термопластичный полимер. Выпускается в двух основных формах: жесткий (непластифицированный, винипласт) и мягкий (пластифицированный, пластикат). Прочен, химически стоек к щелочам, кислотам, маслам. Хороший диэлектрик. Трудно горит.
Применение: Жесткий ПВХ: оконные рамы, трубы, сайдинг. Мягкий ПВХ: напольные покрытия (линолеум), изоляция проводов, искусственная кожа, натяжные потолки, надувные игрушки.

Ответ: Поливинилхлорид ($(-CH_2-CHCl-)_n$) – универсальный термопласт, который в жесткой форме используется в строительстве (окна, трубы), а в мягкой – для производства изоляции, напольных покрытий и искусственной кожи.

Формула: $(-O-CH_2-CH_2-O-CO-C_6H_4-CO-)_n$.
Свойства: Прочный, жесткий, легкий и прозрачный термопласт. Обладает хорошими барьерными свойствами (плохо пропускает газы, в частности углекислый газ), что важно для упаковки напитков. Химически стоек.
Применение: Пластиковые бутылки для напитков, упаковка для пищевых продуктов, волокна для одежды и технических тканей (лавсан, дакрон), пленки.

Ответ: Полиэтилентерефталат ($(-O-CH_2-CH_2-O-CO-C_6H_4-CO-)_n$) – прочный прозрачный полимер, наиболее известный как материал для изготовления пластиковых бутылок и синтетического волокна (полиэстера).

Название и формула: Полиамид-6 (или нейлон-6), $[-NH-(CH_2)_5-CO-]_n$.
Свойства: Синтетическое полиамидное волокно. Обладает высокой прочностью на разрыв, эластичностью, стойкостью к истиранию и действию многих химических реагентов. Неустойчив к действию кислот.
Применение: Производство текстильных изделий (чулки, ткани), технических нитей, рыболовных сетей, канатов, кордной ткани для шин, а также конструкционных деталей (шестерни, втулки).

Ответ: Капрон ($[-NH-(CH_2)_5-CO-]_n$) – это прочное и эластичное полиамидное волокно, широко применяемое для изготовления тканей, канатов, сетей и износостойких деталей машин.

Название и формула: Фенолформальдегидная смола. Продукт поликонденсации фенола ($C_6H_5OH$) и формальдегида ($CH_2O$), имеет сложную трехмерную сетчатую структуру.
Свойства: Термореактивный пластик (реактопласт) – при нагревании не плавится, а разлагается. Твердый, прочный, обладает высокой теплостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Обычно имеет темный цвет.
Применение: Корпуса электротехнических изделий (розетки, выключатели), ручки для посуды, детали оружия, платы для электроники, абразивные инструменты, клеи и лаки.

Ответ: Бакелит (фенолформальдегидная смола) – один из первых синтетических реактопластов, характеризующийся твердостью, термостойкостью и диэлектрическими свойствами, используется в электротехнике и как конструкционный материал.

Формула: $[-O-C_6H_4-C(CH_3)_2-C_6H_4-O-CO-]_n$ (на основе бисфенола А).
Свойства: Прозрачный, как стекло, но при этом очень прочный и ударостойкий термопласт (вязкость и прочность в 200 раз выше, чем у стекла). Легкий, обладает хорошей термостойкостью.
Применение: Компакт-диски (CD, DVD), линзы для очков, защитные щитки и шлемы, светопрозрачные конструкции (козырьки, теплицы), корпуса мобильных телефонов и ноутбуков, бутыли для воды.

Ответ: Поликарбонат ($[-O-C_6H_4-C(CH_3)_2-C_6H_4-O-CO-]_n$) – это прозрачный и чрезвычайно прочный термопласт, применяемый для изготовления ударопрочных изделий, таких как компакт-диски, защитные очки и элементы остекления.

11. Выясните, как необходимо регулировать температуру утюга при глажении изделий из хлопка, вискозы, лавсана, капрона, шёлка.

Регулировать температуру утюга необходимо в зависимости от термостойкости волокон, из которых сделана ткань. Различные материалы имеют разную температуру плавления, деструкции или могут потерять свои свойства при перегреве. Поэтому для каждого типа ткани установлен свой оптимальный температурный режим. В общем случае, температуру для перечисленных тканей следует повышать в следующем порядке: капрон, лавсан, шёлк, вискоза, хлопок.

Хлопок

Хлопковые ткани являются наиболее термостойкими из перечисленных. Их гладят при высокой температуре, обычно в диапазоне 180–200 °C. На регуляторе утюга этот режим соответствует максимальной мощности и обозначается тремя точками (•••). Для эффективного разглаживания сильных складок хлопок рекомендуется гладить во влажном состоянии или с использованием функции отпаривания.

Ответ: для хлопка требуется высокая температура нагрева утюга (180–200 °C).

Вискоза

Вискоза — это искусственное волокно, произведенное из натуральной целлюлозы. Она менее прочна, особенно во влажном состоянии, и менее термостойка, чем хлопок. Гладить изделия из вискозы следует при умеренной температуре, около 120 °C. Этот режим на утюге соответствует одной или двум точкам (• или ••). Чтобы избежать появления блестящих следов (ласов), вискозу рекомендуется гладить с изнаночной стороны, пока она еще слегка влажная.

Ответ: для вискозы требуется умеренная температура нагрева утюга (около 120 °C).

Лавсан

Лавсан (полиэстер) — это синтетическое волокно, которое чувствительно к высоким температурам и может легко оплавиться. Изделия из лавсана гладят при низкой температуре, не превышающей 120 °C. На утюге это минимальный режим, который обозначается одной точкой (•). Чтобы не повредить ткань, гладить рекомендуется через влажную марлю или другую защитную ткань.

Ответ: для лавсана требуется низкая температура нагрева утюга (до 120 °C).

Капрон

Капрон (разновидность полиамида, или нейлона) является одним из самых чувствительных к нагреву материалов. Его гладят при минимально возможной температуре, установленной на утюге, — обычно это 60–80 °C. Этот режим также обозначается одной точкой (•) и часто имеет подпись «синтетика» или «нейлон». Гладить капрон следует в сухом виде, без использования пара и обязательно через сухую ткань, чтобы избежать деформации и плавления волокон.

Ответ: для капрона требуется минимальная температура нагрева утюга (60–80 °C).

Шёлк

Натуральный шёлк — это деликатная белковая ткань, которая требует осторожного обращения. Гладить шёлк нужно при низкой температуре, в пределах 110–130 °C, что соответствует режиму с одной точкой (•) или специальной настройке «шёлк». Чтобы не повредить структуру волокон и не оставить пятен от воды, шёлк гладят с изнаночной стороны, в слегка влажном состоянии и без использования отпаривателя или разбрызгивателя воды.

Ответ: для шёлка требуется низкая температура нагрева утюга (110–130 °C).

12. Подготовьте сообщение о свойствах и областях применения одного из полимеров.

В качестве примера полимера рассмотрим полиэтилен — один из самых распространенных и широко используемых пластмасс в мире. Полиэтилен — это термопластичный полимер, получаемый полимеризацией газа этилена. Его химическая формула $(-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_{\text{n}}$, где $n$ — степень полимеризации.

Свойства полиэтилена

Свойства полиэтилена зависят от его молекулярной структуры, в частности от плотности и степени разветвленности макромолекул. Выделяют два основных типа: полиэтилен высокой плотности (ПЭВП/HDPE) и полиэтилен низкой плотности (ПЭНП/LDPE).
Физические свойства: полиэтилен — это твердое, воскообразное на ощупь вещество белого цвета. Он обладает низкой плотностью (от $0,91$ до $0,97 \text{ г/см}^3$), что делает его легче воды. Является термопластом: при нагревании размягчается и плавится (температура плавления $105–135°C$ в зависимости от типа), а при охлаждении застывает, что позволяет легко его перерабатывать. Полиэтилен — отличный диэлектрик, не проводит электрический ток. Он эластичен, ударопрочен и морозостоек (сохраняет свойства до $-70°C$ и ниже).
Химические свойства: материал обладает высокой химической стойкостью, не реагируя с кислотами (кроме концентрированной азотной), щелочами и растворами солей. Он водонепроницаем и имеет низкую паро- и газопроницаемость. Устойчив к действию большинства органических растворителей при комнатной температуре. Подвержен старению под действием ультрафиолетового излучения, поэтому для использования на открытом воздухе в него добавляют стабилизаторы (например, сажу).

Области применения полиэтилена

Благодаря уникальному набору свойств и низкой стоимости полиэтилен нашел применение в самых разных сферах.
В упаковке (самая большая область применения) из него изготавливают пакеты, различные пленки (упаковочные, термоусадочные, парниковые), бутылки и флаконы для бытовой химии и молочных продуктов, а также крышки.
В строительстве и ЖКХ полиэтилен используют для производства напорных труб для водо- и газоснабжения, которые не ржавеют и долговечны. Также из него делают изоляцию для электрических кабелей и геомембраны для гидроизоляции.
Изготовление товаров народного потребления включает в себя детские игрушки, кухонную утварь (разделочные доски, контейнеры), канистры, ведра и тазы.
В медицине из сверхвысокомолекулярного полиэтилена делают эндопротезы. Также он используется для производства одноразовых шприцов, контейнеров для анализов и упаковки для стерильных инструментов.

Ответ: Сообщение о свойствах и областях применения полиэтилена подготовлено. Полиэтилен, с химической формулой $(-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_{\text{n}}$, является легким, химически стойким, эластичным и недорогим термопластичным полимером. К его ключевым свойствам относятся низкая плотность, водонепроницаемость, отличные диэлектрические характеристики и устойчивость к агрессивным средам. Эти свойства обуславливают его широкое применение для производства упаковочных материалов (пакеты, пленки, бутылки), труб для водо- и газоснабжения, изоляции кабелей, потребительских товаров (игрушки, посуда) и медицинских изделий (протезы, одноразовые инструменты).

13. Возможно ли использование одного и того же полимера для изготовления пластика и волокна? Приведите примеры.

Да, использование одного и того же полимера для изготовления как пластических масс (пластиков), так и волокон не только возможно, но и является распространенной практикой в промышленности. Ключевое различие между пластиком и волокном, полученными из одного и того же полимера, заключается не в химическом строении, а в надмолекулярной структуре и физической форме, которые определяются технологией переработки.

Для получения пластических изделий полимер обычно перерабатывают методами литья под давлением, экструзии или прессования. В результате получается монолитное изделие, в котором макромолекулы полимера чаще всего имеют неупорядоченное (аморфное) или частично-кристаллическое строение с хаотичной ориентацией кристаллических областей.

Для получения волокон используется процесс формования (прядения) из расплава или раствора полимера. Полимер продавливается через тонкие отверстия (фильеры), образуя нити. Ключевым этапом является последующее вытягивание нитей. В процессе вытяжки макромолекулы полимера ориентируются вдоль оси волокна, что приводит к созданию высокоориентированной структуры. Такая структура придает волокнам характерные свойства: высокую прочность на разрыв, гибкость и эластичность.

Примеры:

Полипропилен: в виде пластика используется для изготовления корпусов бытовой техники, автомобильных деталей (бамперов), контейнеров для еды, труб, одноразовой посуды; в виде волокна применяется для производства ковров, нетканых материалов (например, спанбонда для медицинских масок и агротекстиля), канатов и веревок.

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ): в виде пластика широко известен как материал для изготовления бутылок для напитков и пищевых контейнеров; в виде волокна (известного как полиэстер или лавсан) используется для пошива одежды, изготовления штор, обивки для мебели, а также в технических целях (например, для армирования шин).

Полиамиды (например, капрон, нейлон): в виде пластика применяются как конструкционные материалы для изготовления деталей машин, требующих износостойкости и прочности (шестерни, втулки, подшипники); в виде волокна используются для производства чулочно-носочных изделий, тканей для одежды (особенно спортивной), парашютов, рыболовных сетей и канатов.

Таким образом, физико-механические свойства конечного продукта, будь то жесткий пластиковый корпус или гибкое прочное волокно, определяются не только химической природой полимера, но и способом его физической переработки и формированием соответствующей структуры.

Ответ: Да, возможно. Один и тот же полимер может быть использован для производства как пластиков, так и волокон, что достигается за счет разных технологий переработки, формирующих различную надмолекулярную структуру материала. Примерами таких полимеров служат полипропилен, полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и полиамиды.