Номер 3, страница 408 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. Сравните по свойствам полиэтилен и полистирол.

Полиэтилен и полистирол являются широко распространенными термопластичными полимерами. Несмотря на то, что оба получают методом полимеризации, различия в строении их исходных мономеров (этилена и стирола соответственно) приводят к существенным отличиям в их физических, механических и химических свойствах.

Полиэтилен (ПЭ) — продукт полимеризации этилена ($CH_2=CH_2$). Его макромолекула представляет собой длинную цепь из повторяющихся звеньев $-CH_2-$. Общая формула: $(-CH_2-CH_2-)_n$. Это простейший по строению полимер, не имеющий боковых групп.

Полистирол (ПС) — продукт полимеризации стирола, или винилбензола ($C_6H_5CH=CH_2$). Его макромолекула имеет более сложное строение: к каждому второму атому углерода в основной цепи присоединена объемная боковая группа — бензольное (фенильное) кольцо $-C_6H_5$. Общая формула: $[-CH(C_6H_5)-CH_2-]_n$.

Ответ: Ключевое структурное различие заключается в том, что полиэтилен имеет простую линейную или разветвленную структуру, а полистирол содержит массивные боковые фенильные группы, которые делают его макромолекулы жесткими и затрудняют их плотную упаковку.

Внешний вид и гибкость: Полиэтилен — гибкий, эластичный, воскообразный на ощупь материал молочно-белого цвета или полупрозрачный. Он не ломается при изгибе. Полистирол — твердый, жесткий, но хрупкий материал, который ломается с характерным треском. В чистом виде он абсолютно прозрачен и напоминает стекло.

Плотность: Плотность полиэтилена ($0.91-0.97 \text{ г/см}^3$) меньше плотности воды, поэтому изделия из него плавают. Плотность полистирола ($ \approx 1.05 \text{ г/см}^3$) больше плотности воды, поэтому он тонет.

Прочность: Полиэтилен обладает высокой ударной вязкостью и прочностью на разрыв, он устойчив к ударам. Полистирол, напротив, имеет низкую ударную вязкость и легко раскалывается.

Ответ: Полиэтилен — гибкий, пластичный и ударопрочный материал, который плавает в воде. Полистирол — жесткий, твердый, хрупкий и прозрачный материал, который тонет в воде.

Термостойкость: Оба полимера являются термопластами с невысокой термостойкостью. Полиэтилен размягчается и плавится при температуре $105-130^\circ C$. Полистирол размягчается при более низкой температуре (его температура стеклования около $90-100^\circ C$), поэтому одноразовая посуда из него деформируется от горячей воды.

Морозостойкость: Полиэтилен обладает превосходной морозостойкостью, сохраняя гибкость и прочность при температурах до $-70^\circ C$. Полистирол при низких температурах становится еще более хрупким.

Ответ: Полиэтилен значительно превосходит полистирол по морозостойкости. Оба материала не предназначены для эксплуатации при высоких температурах.

Полиэтилен: Обладает выдающейся химической инертностью. Он стоек к действию воды, многих кислот (кроме сильных окислителей, как концентрированная азотная), щелочей и солей. Он нерастворим в большинстве органических растворителей при комнатной температуре.

Полистирол: Устойчив к воде, разбавленным кислотам и щелочам, но имеет низкую химическую стойкость по отношению к органическим растворителям. Он легко растворяется в ацетоне, бензоле, толуоле и других ароматических и хлорированных углеводородах.

Ответ: Полиэтилен является одним из самых химически стойких полимеров, в то время как полистирол легко растворяется во многих органических жидкостях.

Различия в свойствах определяют и разные сферы применения:

Полиэтилен используется там, где важна гибкость, прочность и химическая стойкость: упаковочные пленки, пакеты, трубы, канистры, емкости для химикатов, изоляция проводов.

Полистирол применяется там, где требуется жесткость, прозрачность или хорошие теплоизоляционные свойства: одноразовая посуда, корпуса бытовой техники, CD-кейсы, игрушки, а в виде пенопласта (вспененный полистирол) — как упаковочный и теплоизоляционный материал.

Ответ: Полиэтилен — материал для гибких и прочных изделий (пленки, трубы), а полистирол — для жестких, часто прозрачных или вспененных изделий (стаканчики, упаковка, пенопласт).