Страница 170 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

✓ Что такое полимеры?

Полимеры (от греческих слов poly — «много» и meros — «часть», «звено») — это высокомолекулярные соединения, то есть вещества с очень большой молекулярной массой, молекулы которых (называемые макромолекулами) состоят из большого числа повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Структура полимеров

В основе строения любого полимера лежат три ключевых понятия:

• Мономер — это низкомолекулярное вещество, из молекул которого путем реакции полимеризации или поликонденсации образуется полимер. Например, для полиэтилена мономером является этилен ($ \text{CH}_2=\text{CH}_2 $).
• Структурное звено (мономерное звено) — это повторяющаяся группа атомов в цепи макромолекулы, которая образуется из мономера. Для полиэтилена это звено выглядит как ($ -\text{CH}_2-\text{CH}_2- $).
• Степень полимеризации ($ n $) — это число, показывающее, сколько структурных звеньев содержится в одной макромолекуле. Это число может варьироваться от нескольких десятков до сотен тысяч и даже миллионов.

Процесс образования полимера из мономеров можно схематически представить следующей реакцией:
$ n \cdot M \rightarrow (-M-)_n $
где $ M $ — молекула мономера, а $ (-M-)_n $ — макромолекула полимера.
Например, реакция полимеризации этилена:
$ n(\text{CH}_2=\text{CH}_2) \rightarrow (-\text{CH}_2-\text{CH}_2-)_n $

Классификация полимеров

Полимеры классифицируют по различным признакам.

1. По происхождению:

• Природные (биополимеры): образуются в живых организмах. Примеры: белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), полисахариды (крахмал, целлюлоза), натуральный каучук.
• Искусственные: получают путем химической модификации природных полимеров. Примеры: вискоза (модифицированная целлюлоза), нитроцеллюлоза.
• Синтетические: получают синтезом из низкомолекулярных веществ (мономеров). Это самая многочисленная группа, включающая полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол, капрон, лавсан и многие другие.

2. По строению макромолекул:

• Линейные: макромолекулы представляют собой длинные открытые цепи (например, полиэтилен низкого давления).
• Разветвленные: макромолекулы имеют боковые ответвления от основной цепи (например, полиэтилен высокого давления, крахмал).
• Пространственные (сетчатые, сшитые): макромолекулы соединены друг с другом поперечными химическими связями, образуя трехмерную сетку (например, вулканизированный каучук, фенолформальдегидные смолы).

3. По химическому составу основной цепи:

• Гомополимеры: состоят из одинаковых мономерных звеньев (например, полиэтилен).
• Сополимеры: состоят из двух или более различных типов мономерных звеньев.

Свойства и применение

Свойства полимеров определяются их химическим составом, молекулярной массой и структурой. Общими уникальными свойствами являются:

• Механические свойства: могут быть эластичными (каучуки), прочными и жесткими (пластмассы) или образовывать волокна (капрон, лавсан).
• Низкая плотность: большинство полимеров значительно легче металлов.
• Диэлектрические свойства: как правило, полимеры являются хорошими изоляторами электрического тока.
• Химическая стойкость: многие полимеры устойчивы к действию кислот, щелочей и других агрессивных сред.
• Теплоизоляционные свойства: обладают низкой теплопроводностью.

Благодаря такому разнообразию свойств полимеры нашли широчайшее применение во всех сферах жизни человека: в строительстве (трубы, изоляция, окна), в быту (упаковка, посуда, одежда), в медицине (протезы, имплантаты, шовный материал), в машиностроении, электронике и многих других отраслях.

Ответ: Полимеры — это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества повторяющихся структурных единиц (мономеров), соединенных в длинные цепи. Они бывают природными (белки, ДНК, целлюлоза), искусственными (вискоза) и синтетическими (полиэтилен, ПВХ). Благодаря разнообразию структур (линейные, разветвленные, сетчатые) и уникальному сочетанию свойств (легкость, прочность, эластичность, химическая стойкость, диэлектрические свойства) полимеры являются одними из самых важных и широко используемых материалов в современной науке, технике и быту.

✓ Какими общими свойствами они обладают?

Решение

Поскольку в вопросе не уточняется, о каких именно объектах или явлениях идет речь (местоимение "они" не определено), наиболее общим будет предположение, что речь идет о физических телах или веществах, изучаемых в курсе физики и химии.

В этом случае, все они обладают следующими общими фундаментальными свойствами, которые лежат в основе молекулярно-кинетической теории:

1. Дискретное строение. Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц (атомов, молекул, ионов), между которыми существуют промежутки. Доказательством этого служат такие явления, как диффузия, растворение, сжимаемость веществ.

2. Непрерывное хаотическое движение частиц. Частицы, из которых состоит любое тело, находятся в постоянном и беспорядочном (хаотическом) движении. Это движение называется тепловым, и его интенсивность напрямую зависит от температуры тела: с ростом температуры скорость движения частиц увеличивается.

3. Взаимодействие частиц. Частицы вещества взаимодействуют друг с другом: они притягиваются и отталкиваются. На расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц, действуют силы отталкивания, а на больших расстояниях преобладают силы притяжения. Баланс этих сил определяет агрегатное состояние вещества (твердое, жидкое, газообразное).

Кроме этих положений молекулярно-кинетической теории, все физические тела обладают следующими свойствами:

4. Обладают массой. Масса — это физическая величина, являющаяся мерой инертности тела, а также его гравитационных свойств. Любое тело имеет массу.

5. Имеют объем. Любое физическое тело занимает определенную часть пространства, то есть обладает объемом.

6. Обладают энергией. Каждое тело обладает внутренней энергией, которая складывается из кинетической энергии движения его частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Тело также может обладать механической и другими видами энергии.

7. Инертность. Это свойство тел сохранять свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии внешних воздействий. Количественной мерой инертности является масса.

Ответ: Предполагая, что речь идет о физических телах (веществах), их общими свойствами являются: дискретное строение (состоят из частиц), непрерывное движение и взаимодействие этих частиц, а также наличие массы, объема, энергии и инертности.

✓ В чём недостатки полимерных материалов?

Несмотря на широкое распространение и множество преимуществ, полимерные материалы обладают и рядом существенных недостатков, которые ограничивают их применение в некоторых областях.

Низкая термостойкость и теплостойкость. Большинство полимеров имеют относительно низкие температуры плавления и разложения по сравнению с металлами и керамикой. При нагревании они могут терять форму, прочность и размягчаться. Это ограничивает их использование в высокотемпературных условиях. Например, обычный пластиковый контейнер может деформироваться от кипятка.

Невысокие механические свойства. По сравнению с металлами, полимеры, как правило, обладают меньшей прочностью, жёсткостью и твёрдостью. Они также подвержены явлению ползучести — медленной необратимой деформации под действием постоянной нагрузки. Это делает их непригодными для конструкций, испытывающих большие механические нагрузки без специального армирования (например, углеродным или стеклянным волокном).

Старение. Под воздействием факторов окружающей среды, таких как ультрафиолетовое излучение солнца, кислород, влага и резкие перепады температур, полимеры подвергаются процессу старения. Это приводит к потере эластичности, появлению хрупкости, изменению цвета и ухудшению механических свойств.

Экологические проблемы. Основным недостатком, особенно для синтетических полимеров, является их воздействие на окружающую среду. Большинство из них производится из невозобновляемых ископаемых ресурсов (нефти и газа). Они очень медленно разлагаются в природе (сотни лет), что приводит к накоплению пластиковых отходов и загрязнению планеты, особенно Мирового океана. Процесс переработки пластика сложен, энергозатратен и не всегда экономически выгоден.

Горючесть. Многие полимеры являются горючими материалами. При горении они могут выделять большое количество тепла и, что более опасно, токсичные вещества и едкий дым (например, оксид углерода, цианистый водород, хлороводород), представляя серьёзную угрозу для жизни и здоровья людей при пожаре.

Чувствительность к химическим веществам. Некоторые виды полимеров могут набухать, растворяться или разрушаться под действием определённых органических растворителей и химически активных веществ, что ограничивает их применение в агрессивных средах.

Ответ: Основные недостатки полимерных материалов включают низкую термостойкость, относительно невысокие механические свойства (прочность и жёсткость), подверженность старению под действием УФ-излучения и кислорода, горючесть с выделением токсичных веществ, а также серьёзные экологические проблемы, связанные с их производством из невозобновляемых ресурсов и сложностью утилизации и переработки.