Номер 5, страница 187 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

6.5. Изобразите структуру натурального каучука. Какими специфическими физическими свойствами он обладает?

Изобразите структуру натурального каучука

Натуральный каучук — это природный полимер, мономером которого является изопрен (2-метилбута-1,3-диен). Химическая формула изопрена — $C_5H_8$.

Структурная формула мономера (изопрена):

$CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$

Макромолекулы натурального каучука образуются в результате реакции 1,4-полимеризации изопрена. При этом в каждом мономерном звене полимерной цепи сохраняется одна двойная связь.

Уравнение реакции полимеризации:

$n(CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2) \xrightarrow{полимеризация} [-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-]_n$

Важнейшей особенностью структуры натурального каучука является его стереорегулярное строение. Все мономерные звенья в цепи соединены в цис-положении относительно двойной связи. Это означает, что фрагменты полимерной цепи (группы $-CH_2-$) находятся по одну сторону от плоскости двойной связи. Такая цис-конфигурация заставляет макромолекулы изгибаться и в свободном состоянии сворачиваться в клубки.

Таким образом, натуральный каучук — это цис-1,4-полиизопрен.

Ответ: Натуральный каучук является стереорегулярным полимером, цис-1,4-полиизопреном. Его мономер — изопрен ($CH_2=C(CH_3)-CH=CH_2$), а формула полимера — $[-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-]_n$, где все звенья имеют цис-конфигурацию.

Какими специфическими физическими свойствами он обладает?

Натуральный (сырой) каучук обладает рядом специфических физических свойств, определяемых его химической структурой:

• Эластичность: Это наиболее уникальное свойство. Каучук способен к очень большим обратимым деформациям (растяжение до 1000%) при комнатной температуре. При растяжении скрученные в клубки макромолекулы распрямляются, а после снятия нагрузки благодаря тепловому движению возвращаются в исходное свернутое состояние.
• Растворимость: Каучук нерастворим в воде, спиртах, ацетоне и других полярных растворителях. Однако он хорошо набухает и растворяется во многих органических растворителях, таких как бензин, бензол, хлороформ, сероуглерод.
• Пластичность и липкость: При нагревании (выше 60-80 °C) каучук становится мягким, пластичным и липким. Это свойство ограничивает его прямое применение.
• Хрупкость на холоде: При сильном охлаждении (ниже –70 °C) каучук теряет эластичность и становится твёрдым и хрупким, как стекло (явление стеклования).
• Плотность: Имеет низкую плотность, около 920 кг/м³ ($0.92$ г/см³), поэтому не тонет в воде.
• Водонепроницаемость: Является водонепроницаемым материалом.
• Диэлектрические свойства: Натуральный каучук — хороший изолятор, он не проводит электрический ток.

Из-за сильной зависимости свойств от температуры и низкой прочности в чистом виде натуральный каучук редко используется. Его свойства значительно улучшают путем вулканизации (сшивания цепей атомами серы), в результате чего получают резину.

Ответ: Специфическими физическими свойствами натурального каучука являются высокая эластичность, нерастворимость в воде, но растворимость в органических растворителях, а также сильная зависимость свойств от температуры: он становится хрупким при низких температурах и липким и пластичным — при высоких.