Лабораторный опыт 13, страница 407 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 70. Полимерные материалы. Глава 7. Синтетические высокомолекулярные соединения - страница 407.

Условие.

Лабораторный опыт 13. 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.

Решение.

Решение 2.

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.

При проведении данного опыта будут наблюдаться следующие изменения:

• Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): Под действием горячей концентрированной серной кислоты происходит гидролиз целлюлозы до глюкозы. Макромолекулы разрушаются, что приводит к полной потере прочности. Образец становится хрупким, легко рвется и может обуглиться (почернеть), так как серная кислота является сильным дегидратирующим (водоотнимающим) агентом.
  Уравнение гидролиза в общем виде: $ (C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H_2SO_4, t} nC_6H_{12}O_6 $
• Шерстяная ткань (кератин, белок): Шерсть, являясь белком, состоит из аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями. В кислой среде при нагревании происходит кислотный гидролиз этих связей. Волокно теряет прочность, становится ломким и может полностью раствориться.
  Схема гидролиза пептидной связи: $ R-CO-NH-R' + H_2O \xrightarrow{H^+} R-COOH + H_2N-R' $
• Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): Это волокно является сложным эфиром целлюлозы и уксусной кислоты. Под действием серной кислоты происходит гидролиз сложноэфирных связей. Волокно теряет прочность, становится хрупким и разрушается.
• Капрон (полиамид): Капрон, как и шерсть, содержит амидные группы в своей цепи. Поэтому он также подвергается кислотному гидролизу при нагревании. Прочность волокна значительно снижается, оно становится хрупким.
• Лавсан (полиэфир): Лавсан — это полиэфирное волокно, содержащее сложноэфирные группы. Как и ацетатное волокно, он подвергается кислотному гидролизу, но он более устойчив к кислотам, чем полиамиды. Прочность уменьшится, но не так значительно, как у капрона или натуральных волокон.
• Полипропилен: Это карбоцепной полимер, состоящий из атомов углерода и водорода. В его структуре нет функциональных групп, подверженных гидролизу. Поэтому полипропилен проявляет очень высокую химическую стойкость к кислотам. Его внешний вид и прочность практически не изменятся.

Ответ: Наибольшей устойчивостью к действию серной кислоты обладает полипропилен. Лавсан проявляет умеренную устойчивость. Капрон, хлопчатобумажная, шерстяная и ацетатная ткани разрушаются, теряя прочность.

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

При замене серной кислоты на раствор гидроксида натрия ($NaOH$) и повторении опыта результаты будут иными:

• Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): Целлюлоза достаточно устойчива к действию растворов щелочей. Заметного разрушения волокна или потери прочности не произойдет.
• Шерстяная ткань (кератин, белок): Щелочи вызывают щелочной гидролиз пептидных связей в белках. Шерстяное волокно при кипячении в растворе щелочи быстро теряет прочность и растворяется. Этот процесс протекает даже интенсивнее, чем в кислой среде.
• Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): Как сложный эфир, ацетатное волокно подвергается необратимому щелочному гидролизу (омылению). Волокно будет разрушено.
• Капрон (полиамид): Полиамидные волокна, в отличие от кислот, довольно устойчивы к действию щелочей. Заметного изменения прочности капрона не наблюдается.
• Лавсан (полиэфир): Полиэфирные волокна очень чувствительны к действию щелочей. Происходит щелочной гидролиз (омыление) сложноэфирных связей. Лавсан быстро теряет прочность и разрушается.
• Полипропилен: Как и в случае с кислотой, полипропилен абсолютно устойчив к действию раствора щелочи. Его свойства не изменятся.

Выводы об устойчивости волокон:

1. Разные типы волокон обладают различной химической устойчивостью к кислотам и щелочам, что определяется их химическим строением (наличием гидролизуемых функциональных групп: амидных, эфирных, гликозидных).
2. Полипропилен является наиболее химически стойким волокном как к кислотам, так и к щелочам.
3. Натуральные волокна: хлопок (целлюлоза) устойчив к щелочам, но разрушается кислотами; шерсть (белок) неустойчива как к кислотам, так и к щелочам (особенно к щелочам).
4. Искусственные волокна: ацетатное волокно (сложный эфир целлюлозы) неустойчиво и к кислотам, и к щелочам.
5. Синтетические волокна: капрон (полиамид) разрушается кислотами, но устойчив к щелочам; лавсан (полиэфир) разрушается щелочами, но более устойчив к кислотам, чем капрон.

Ответ: Устойчивость волокон зависит от их химической природы: полипропилен устойчив к кислотам и щелочам; капрон и хлопок устойчивы к щелочам, но не к кислотам; лавсан, шерсть и ацетатное волокно неустойчивы к щелочам; шерсть, хлопок, ацетатное волокно и капрон также неустойчивы к кислотам.