Scopul lecției: continuarea familiarizării cu hidrocarburile diene folosind exemplul cauciucurilor naturale și sintetice; dați o idee despre stereoregularitatea și influența acesteia asupra proprietăților cauciucurilor; introducerea reactiei de vulcanizare. introducerea utilizării cauciucurilor în economia națională;
Chimistul englez Charles Mackintosh a inventat în 1823 o țesătură impermeabilă constând din două straturi de material legate printr-o soluție de cauciuc într-un solvent special. Inventatorul a lansat producția de haine de ploaie din noua țesătură, care au fost numite „mackintosh”.
CAUCIUCUL NATURAL Cauciucul natural este un polimer stereoregulat nesaturat de compozitie (C 5 H 8) n cu o greutate moleculara medie Unitate elementara (- CH 2 - C = CH - CH 2 -) n CH 3 Cauciucul natural este cis-poliizopren.
Structura chimică a gutapercăi Trans-poliizoprenul se găsește și în natură și se numește gutapercă. - H 2 CH \ / C = C 1,4-trans -poliizopren / \ H 3 C CH 2 – Cauciucul, în comparație cu gutaperca, are o elasticitate mult mai mare, de aceea este mai utilizat pe scară largă.
Clasificarea cauciucurilor pe domenii de aplicare Cauciucuri de uz general Cauciucuri de uz special 1. Elasticitate mare si rezistenta la uzura la temperaturi normale, rezistenta la deformari repetate. 2. Practicitate. Exemple: butadienă și izopren. 1. Rezistenta la solventi, uleiuri, oxigen, ozon, temperaturi ridicate, rezistenta la inghet. Exemple: cloropren, stiren butadienă.
Vulcanizare Cauciucurile naturale și sintetice sunt utilizate în principal sub formă de cauciuc. Pentru a obține cauciuc, cauciucul este vulcanizat. Este încălzit cu sulf, macromoleculele de cauciuc sunt „reticulate” între ele prin punți de sulf la locul unde este ruptă legătura dublă.
Test de cunoștințe 1. Cauciucul natural este un polimer liniar de: A) butadienă B) 2 – metil butadienă C) etilenă D) acetilenă 2. O metodă de producere a cauciucului artificial a fost dezvoltată de: A) D.I. Mendeleev B) S.V. Lebedev V) M.V. Lomonosov G) N.N. Zinin 3. Materii prime pentru producerea butadienei-1,3 prin metoda Lebedev: A) butenă -1 B) butenă -2 C) alcool etilic D) etilenă 4. Formula generală a hidrocarburilor diene: A) C n H 2n -2 B) C n H 2n B) C n H 2n+2 D) C n H 2n-6 5. Vulcanizarea este procesul de încălzire a cauciucului cu: A) sulf B) nisip C) carbon D) acid sulfuric
Introducere Cauciucurile sunt materiale naturale sau sintetice caracterizate prin elasticitate, rezistenta la apa si proprietati electroizolante, din care cauciucul este obtinut prin prelucrare speciala. Cauciucul natural este obținut dintr-un lichid alb-laptos numit latex - seva lăptoasă a plantelor de cauciuc. În tehnologie, cauciucul este folosit pentru a face anvelope pentru vehicule, avioane și biciclete; Cauciucurile sunt folosite pentru izolarea electrică, precum și pentru producția de bunuri industriale și dispozitive medicale.
Un copac Hevea brazilian, în medie, până de curând, era capabil să producă doar 2-3 kg de cauciuc pe an; Productivitatea anuală a unui hectar de hevea înainte de al Doilea Război Mondial era kg de cauciuc tehnic. Astfel de volume de cauciuc natural nu au satisfăcut nevoile în creștere ale industriei. Prin urmare, a fost nevoie de a obține cauciuc sintetic. Înlocuirea cauciucului natural cu cauciucul sintetic duce la economii uriașe de forță de muncă. Tehnologia modernă, în continuă dezvoltare și din ce în ce mai complexă necesită cauciucuri bune și diferite; cauciucuri care nu s-ar dizolva în uleiuri și benzină, rezistă la temperaturi ridicate și scăzute și ar fi rezistente la agenții oxidanți și la diferite medii agresive.
Metoda de producție folosind metoda lui Lebedev În 1910, S.V Lebedev a fost primul care a obținut cauciuc sintetic și butadienă. Materia primă pentru producerea cauciucului sintetic a fost alcoolul etilic, din care s-a obținut 1,3-butadienă (s-a dovedit a fi un produs mai accesibil decât izoprenul). Cauciucul sintetic butadienic a fost apoi obținut printr-o reacție de polimerizare în prezență de sodiu metalic. În 1926, Consiliul Economic Suprem al URSS a anunțat un concurs pentru dezvoltarea unei metode industriale de sintetizare a cauciucului din materii prime autohtone. Până la 1 ianuarie 1928, juriul a trebuit să prezinte o descriere a metodei, o schemă pentru producția industrială a produsului și 2 kg de cauciuc. Câștigătorul concursului a fost un grup de cercetători condus de S. V. Lebedev, profesor la Academia Medico-chirurgicală din Leningrad. În 1932, pe baza 1,3-butadienei a apărut o mare industrie a cauciucului sintetic. Au fost construite două fabrici pentru producția de cauciuc sintetic. Metoda lui S.V. Lebedev s-a dovedit a fi mai dezvoltată și mai economică. În anii S.V Lebedev a sintetizat pentru prima dată o substanță asemănătoare cauciucului în timpul polimerizării termice a divinilului și a studiat proprietățile acesteia. În 1914, omul de știință a început să studieze polimerizarea a aproximativ două duzini de hidrocarburi cu un sistem de legături duble sau triple. În 1925, S.V Lebedev a propus sarcina practică de a crea o metodă industrială pentru sinteza cauciucului. În 1927 această problemă a fost rezolvată. Sub conducerea lui Lebedev, primele kilograme de cauciuc sintetic au fost obținute în laborator. În 1930, folosind metoda lui Lebedev, primul lot de cauciuc nou a fost produs la o fabrică pilot din Leningrad, iar doi ani mai târziu, prima fabrică de producție de cauciuc sintetic din lume a fost pusă în funcțiune la Yaroslavl.
Obținerea cauciucului sintetic În dezvoltarea sintezei cauciucului, Lebedev a urmat calea imitației naturii. Deoarece cauciucul natural este un polimer al hidrocarburii diene, Lebedev a folosit și o hidrocarbură dienă, doar una mai simplă și mai accesibilă - butadiena. Materia primă pentru producerea butadienei este alcoolul etilic. Producția de butadienă se bazează pe reacțiile de dehidrogenare și deshidratare a alcoolului. Aceste reacții apar simultan prin trecerea vaporilor de alcool peste un amestec de catalizatori adecvați: butadiena este purificată din alcoolul etilic nereacționat și numeroase produse secundare și supusă polimerizării. Pentru a forța molecula de monomer să se conecteze una cu cealaltă, acestea trebuie mai întâi să fie excitate, adică aduse într-o stare în care devin capabile de atașare reciprocă ca urmare a deschiderii legăturilor duble. Acest lucru necesită cheltuirea unei anumite cantități de energie sau participarea unui catalizator. În timpul polimerizării catalitice, catalizatorul nu face parte din polimerul rezultat și nu este consumat, ci este eliberat la sfârșitul reacției în forma sa originală. Ca catalizator pentru polimerizarea 1,3-butadienei, S. V. Lebedev a ales sodiu metalic, folosit pentru prima dată pentru polimerizarea hidrocarburilor nesaturate de chimistul rus A. A. Krakau. O caracteristică distinctivă a procesului de polimerizare este că moleculele substanței sau substanțelor originale se combină între ele pentru a forma un polimer, fără a elibera alte substanțe.
Slide 1
Cauciuc natural
Lucrarea a fost finalizată de un elev din clasa 10A Olga Egorova Profesor: Zhadan Oksana Sergeevna
MAOU "Liceul nr. 4" Ryazan
2015
Slide 2
Definiție
Cauciucurile sunt elastomeri naturali sau sintetici caracterizati prin elasticitate, rezistenta la apa si proprietati electroizolante, din care cauciucul si cauciucul dur se obtin prin vulcanizare. Multe plante conțin produse de di-, tri- și polimerizare ai alcadienelor conjugate, în principal izopren (2-metilbutadienă-1,3). Polimerul natural al izoprenului este cauciucul natural (NR).
Slide 3
Istoria descoperirii cauciucului
Marinarii lui Columb, care au plecat în căutarea țărilor în speranța de a găsi nenumărate comori, aur și pietre prețioase, nu și-au putut imagina că printre descoperirile lor, poate cele mai importante au fost mostre de cauciuc natural aduse în Europa.
Slide 4
Cuvântul „cauciuc” provine din cuvintele indiene „kau” - copac și „uchu” - a curge, a plânge, adică. înseamnă literal „lacrimile copacului”. Există unii copaci care chiar par să plângă când le este tăiată coaja. Lacrimile copacului sunt albe ca laptele. Desigur, acestea nu sunt lacrimi, ci suc de lapte - „latex” în spaniolă. Se colectează din tăieturile din scoarța arborelui tropical de cauciuc, Hevea Brazilian. Înălțimea Heveei poate ajunge la 30 m, iar diametrul trunchiului este de 3 m. Seva lăptoasă care conține cauciuc este conținută în vasele lăptoase, formând un sistem situat sub scoarța copacului. Extracția cauciucului începe după ce arborele împlinește vârsta de 5-7 ani. În aer, plasturele se coagulează relativ repede și se transformă într-un produs întunecat, rășinos - cauciuc. Cea mai productivă Hevea produce doar 20 g din „lacrimile” sale pe zi. Puteți obține 2-3 kg pe an dintr-un copac. cauciuc.
Slide 5
În 1493, Cristofor Columb a văzut băștinași jucând mingea pe insula Haiti. Deși părea incredibil, când a lovit pământul, mingea a sărit sus în aer. Columb a adus mai multe mostre din această substanță uimitoare în Europa, dar la acea vreme nimeni nu era interesat de ea. A fost ținută multă vreme în cabinetul de curiozități (o colecție de rarități) la curtea regelui spaniol. Ulterior s-a descoperit că acest material are proprietăți remarcabile: este elastic și durabil, rezistent la gaz și la apă, rezistent la abraziune și are proprietăți de izolare electrică. În Franța, au învățat să confecționeze bretele și pandantive din fire de cauciuc, iar în Anglia, unul dintre producătorii pe nume Macentosh a făcut o pelerină de ploaie impermeabilă punând un strat de cauciuc între două straturi de material. Cu toate acestea, industria cauciucului, care abia a început să se dezvolte, a ajuns într-o fundătură: lucrurile din cauciuc s-au dovedit a fi instabile la schimbările de temperatură.
Slide 6
În anii 40 ai secolului al XIX-lea, s-a descoperit că cauciucul încălzit cu sulf își schimbă în mod dramatic proprietățile: își pierde adezivitatea, păstrând în același timp rezistența și elasticitatea și, cel mai important, devine rezistent la schimbările de temperatură. Noul produs a fost numit cauciuc, iar procesul de transformare a cauciucului brut în cauciuc a fost numit vulcanizare.
Slide 7
Producția de cauciuc
În 1876, britanicii au luat în mod fraudulos 70 de mii de semințe de Hevea din Brazilia și au creat primele plantații de cauciuc în coloniile lor din Asia de Sud-Est. În 1900, primele 4 tone de cauciuc obținute din Hevea cultivată au fost scoase pe piață. Înainte de al Doilea Război Mondial, suprafața ocupată de plantațiile de hevea era deja de peste 3,5 milioane de hectare.
Slide 8
Slide 9
În 1926, guvernul sovietic a anunțat un concurs pentru cel mai bun mod de a produce cauciuc sintetic. Conform condițiilor concursului, până la 1 ianuarie 1928 trebuie depuse descrieri ale tehnologiei de producere a cauciucului din materii prime disponibile, diagramă de producție în fabrică și 2 kg. produs. Această sarcină a fost îndeplinită de un grup de oameni de știință din Leningrad condus de profesorul Academiei Medicale Militare S.V. Lebedeva. În 1914, a primit medalia de aur a Academiei Ruse de Științe pentru cercetarea în domeniul polimerizării hidrocarburilor diene. Chimiștii conduși de Lebedev au propus o metodă de sinteză a unui material asemănător cauciucului prin polimerizarea 1,3 butadienei, pe care au obținut-o din alcoolul etilic.
Slide 10
În 1930, producția industrială de cauciuc sintetic a fost creată la Leningrad pentru prima dată în lume. Întreprinderi similare au apărut mai târziu în străinătate: în Germania - în 1938, în SUA - în 1942. In zilele noastre se cunosc si se produc la scara industriala diverse tipuri de cauciucuri. Cea mai mare asociație de producție din Europa, Nizhnekamskneftekhim, este cunoscută în toate colțurile planetei ca producător de cauciuc sintetic. Există complexe pentru producția de cauciuc izopren, cauciuc divinil, cauciuc butilic și cauciuc etilen propilen. Prin conducta de etilenă, etilena de la Nijnekamsk este furnizată către cea mai mare unitate de producție de polietilenă din țară la Orgsintez PA. Cauciucurile care sunt exportate în Germania, Japonia, Polonia și China sunt cele mai solicitate în rândul consumatorilor străini.
Slide 11
În prezent, materiile prime pentru producerea cauciucului sintetic sunt petrolul și gazele naturale. Mai mult de jumătate din producția mondială de cauciuc sintetic este cheltuită pentru producția de anvelope. Dar cauciucul nu este un material durabil, este supus îmbătrânirii. Atomii de sulf trec treptat în mediu, ceea ce duce la distrugerea moleculelor de cauciuc. Cantități mari de cauciuc vechi sunt aruncate sau arse. Cel mai ecologic mod de a recicla cauciucul vechi este folosirea acestuia în construcția drumurilor. Atunci când este amestecat cu ciment, silicat de Na și alte substanțe, cauciucul pesmet formează o acoperire care este mai puternică și mai fiabilă decât asfaltul.
Slide 12
Structura cauciucului natural și izomerii săi
Macromolecula cauciucului natural este formată din macromolecule de izopren. Procesul de polimerizare a izoprenului poate fi descris astfel: CH2 = C - CH = CH2 + CH2 = C - CH = CH2 + ...→ | | CH3 CH3
Slide 13
Grupările CH2 sunt pe o parte a dublelor legături. Această structură spațială a moleculelor de polimer se numește stereoregulată. Această structură moleculară este cea care conferă cauciucului natural elasticitatea sa. Compoziția cauciucului natural va include: 1. hidrocarbură poliizoprenă - 91,9% 2. proteine și aminoacizi - 2,2-3,8% 3. acizi organici superiori - 1,5 - 4% 4. metale din subgrupele secundare - cupru până la 0,0008% - fier până la 0,01% - mangan până la 0,001% 5. apă.
Slide 14
Proprietățile fizice ale cauciucului natural.
Cauciucul natural este insolubil în apă, dar ușor solubil în majoritatea solvenților organici. Moleculele de cauciuc sunt răsucite în bile. Când sunt încărcate, se întind, iar când sarcina este îndepărtată, se pliază înapoi. Adică cauciucul poate suferi deformare reversibilă (are elasticitate).
Slide 15
Vulcanizarea cauciucului
Cauciucul este încălzit cu sulf. Orez. 2. În acest caz, macromoleculele de cauciuc sunt „reticulate” între ele prin punți de sulf. O singură rețea spațială tridimensională este formată din macromolecule individuale de cauciuc.
Produsul realizat din materialul rezultat - cauciucul - este mai rezistent decât din cauciuc și își păstrează elasticitatea pe o gamă largă de temperaturi.
Slide 16
Importanța cauciucului în viața noastră
Mii de ani oamenii au trăit fără să cunoască cauciucul. Tehnologia modernă nu mai este ceea ce era. Și oriunde motorul face zgomot: fie pe cer, într-un avion, la sol, într-o mașină sau într-un submarin, cauciucul este nevoie peste tot. Consumul mediu de cauciuc pe aeronavă depășește 600 kg. Dar chiar mai mult decât pe cer, avem nevoie de cauciuc pe pământ. Zeci de milioane de mașini parcurg drumurile de pe glob zi și noapte. Înainte de al Doilea Război Mondial, transportul rutier consuma peste trei sferturi din producția mondială de cauciuc. Aproximativ un milion de tone! În timpul războiului, el are nevoie de și mai mult cauciuc. Tancurile, vehiculele blindate, tunurile autopropulsate, tunurile grele, bateriile antiaeriene se deplasează pe cauciucuri. Greutatea anvelopelor pe German Tiger este de 600 kg. Lista produselor din cauciuc fără de care nu se poate lupta este nesfârșită: măști de gaz, tălpi de cauciuc pentru cizme de armată, impermeabile de cauciuc. Cauciucul este esențial pentru război. Dar cauciucul nu este mai puțin important în timp de pace. Tampoane de încălzire din cauciuc, pachete de gheață din cauciuc, perne cu oxigen, mănuși chirurgicale, tuburi de transfuzie de sânge și alte zeci de produse din cauciuc atât de necesare pentru medicină. Industria și transportul necesită sute de milioane de produse din cauciuc. Cauciucul este necesar și pentru producția de galoșuri de cauciuc, cizme, nenumărate produse sanitare și de igienă și jucării pentru copii. Nu poți enumera totul. Fără cauciuc, omul modern ar pierde imediat toate beneficiile civilizației: aviație, transport cu motor, comunicații, haine și încălțăminte confortabile, televiziune, radio și multe altele.
Cauciucurile sunt materiale naturale sau sintetice caracterizate prin elasticitate, rezistenta la apa si proprietati electroizolante, din care cauciucul este obtinut prin prelucrare speciala. Cauciucul natural este obținut dintr-un lichid alb-laptos numit latex, seva lăptoasă a plantelor de cauciuc.
Pe insula Haiti (și apoi Hispaniola), în timpul celei de-a doua călătorii din 1493, amiralul spaniol Cristofor Columb i-a văzut pe băștinași jucându-se cu o minge mare și densă. Spaniolii au fost surprinși de jocul vesel al indienilor. Au aruncat bile negre în ritmul cântecului. Deși părea incredibil, când au lovit pământul, mingile au sărit destul de sus în aer. După ce au luat aceste mingi în mâini, spaniolii au constatat că erau destul de grele, lipicioase, iar Columb a adus mai multe bucăți din această substanță uimitoare în patria sa, dar în acel moment nimeni nu era interesat de ea. vor mirosi a fum. Indienii făceau din ea galoșuri impermeabile, care se lipeau de picioare la căldură și, odată întinse, nu se mai strângeau. Timp de mulți ani, spaniolii au încercat să reproducă lucrurile impermeabile (pantofi, haine, pălării) ale indienilor, dar toate încercările au fost fără succes. Pentru următoarele două secole, cauciucul pentru Europa a fost pur și simplu o curiozitate de peste mări.
În 1731, guvernul francez l-a trimis pe matematicianul și geograful Charles Marie de La Condamine într-o expediție geografică în America de Sud. În 1736 a trimis înapoi în Franța mai multe mostre de cauciuc, împreună cu o descriere a produselor fabricate din acesta de către oamenii care locuiesc în ținuturile joase ale Amazoniei. După aceasta, interesul științific pentru studiul acestei substanțe și proprietățile ei a crescut brusc. În 1770, chimistul britanic Joseph Priestley și-a găsit pentru prima dată o utilizare: a descoperit că cauciucul poate șterge ceea ce era scris cu un creion de grafit. La acea vreme, astfel de bucăți de cauciuc erau numite cauciuc de gumă („rășină elastică”). În 1838, Charles Nelson Goodyear a descoperit o modalitate de a vulcaniza cauciucul amestecându-l cu sulf. Cauciucul și produsele realizate din acesta au devenit una dintre componentele revoluției tehnice pe care a trăit-o omenirea în secolul al XIX-lea. Cererea de cauciuc a crescut rapid. Brazilia a interzis exportul de semințe de Hevea din țară sub pedeapsa cu moartea. „Boom-ul cauciucului” a sosit.
Cauciucul natural este un solid amorf capabil să se cristalizeze. Nu se umflă și nu se dizolvă în apă, alcool, acetonă și o serie de alte lichide. Umflarea și apoi dizolvarea în hidrocarburi grase și aromatice (benzină, benzen, eter și altele) și derivații acestora, cauciucul formează soluții coloidale care sunt utilizate pe scară largă în tehnologie. Cauciucul natural este omogen în structura sa moleculară, remarcată prin proprietăți fizice înalte, precum și cele tehnologice, adică capacitatea de a fi prelucrat pe echipamentele instalațiilor din industria cauciucului. O proprietate deosebit de importantă și specifică a cauciucului este elasticitatea (elasticitatea), capacitatea cauciucului de a-și restabili forma inițială după încetarea forțelor care au cauzat deformarea. Cauciucul este un bun dielectric; are permeabilitate scăzută la apă și gaz. Se oxidează ușor de agenții oxidanți chimici, lent de oxigenul atmosferic. Conductivitatea termică a cauciucului este de 100 de ori mai mică decât conductivitatea termică a oțelului. Alături de elasticitate, cauciucul este și plastic și își păstrează forma dobândită sub influența forțelor externe. Plasticitatea cauciucului, care se manifestă în timpul încălzirii și prelucrării mecanice, este una dintre proprietățile distinctive ale cauciucului. Când cauciucul natural este răcit sau întins, suferă o tranziție de la o stare amorfă la una cristalină (cristalizare). Procesul nu are loc instantaneu, ci în timp.
Cauciuc sintetic Lucrarea a fost efectuată de un elev din clasa a XI-a a Școlii Gimnaziale GBOU Nr.1465 Romanov Valentin Profesor: Popova S.A.
Cauciucurile sunt materiale polimerice naturale sau sintetice obtinute din monomeri diene, caracterizate prin greutate moleculara mare, elasticitate, rezistenta la apa si proprietati electroizolante.
Cauciuc natural Cauciucul natural (poliizopren) este un polimer de origine vegetală. Cauciucul natural aparține grupului de elastomeri - compuși cu molecule înalte capabili de deformări mari, reversibile, la temperaturi camerei și mai scăzute. Cauciucul natural se găsește în seva lăptoasă a plantelor de cauciuc; Incluziunile individuale de cauciuc sunt, de asemenea, prezente în celulele scoarței și frunzelor acestor plante.
O excursie în istorie În 1910, S. V. Lebedev (1874-1934) a fost primul care a obținut cauciucul sintetic Materia primă pentru producerea cauciucului sintetic a fost alcoolul etilic, din care s-a obținut apoi, printr-o polimerizare reacție în prezență de sodiu metalic, cauciuc butadien sintetic. În 1932, pe baza butadienei -1, 3 a apărut o mare industrie a cauciucului sintetic. Au fost construite două fabrici pentru producția de cauciuc sintetic. Metoda lui S.V. Lebedev s-a dovedit a fi mai dezvoltată și mai economică.
Preparare conform metodei lui S.V Lebedev Deoarece cauciucul natural este un polimer de hidrocarbură dienică, atunci S.V. Lebedev a folosit și o hidrocarbură dienică, doar una mai simplă și mai accesibilă - butadiena. Materia primă pentru producerea butadienei este alcoolul etilic. Producția de butadienă se bazează pe reacțiile de dehidrogenare și deshidratare a alcoolului. Aceste reacții apar simultan atunci când vaporii de alcool sunt trecuți peste un amestec de catalizatori corespunzători
Pentru a produce cauciuc sintetic, se utilizează polimerizarea catalitică a butadienei -1,3. S.V. Lebedev a ales ca catalizator sodiu metalic.
În prezent, industria chimică produce multe tipuri diferite de cauciucuri sintetice care sunt superioare cauciucului natural în unele proprietăți. În plus față de cauciucul polibutadienă, cauciucurile copolimerice sunt utilizate pe scară largă - produse de copolimerizare a butadienei cu alți compuși nesaturați, de exemplu, stirenul sau acrilonitril.
Aplicație Cauciucurile organosilicioase sunt utilizate în producția de învelișuri de sârmă și cabluri, tuburi de transfuzie de sânge, proteze (de exemplu, valve cardiace artificiale), etc. Cauciucurile organosilicice lichide sunt materiale de etanșare. Cauciucul poliuretanic este folosit ca bază pentru rezistența la uzură a cauciucului.
Aplicație Cauciucul stiren-butadien se caracterizează printr-o rezistență crescută la uzură și este utilizat în producția de anvelope auto, benzi transportoare și încălțăminte de cauciuc.
Surse de informare http://www.bestreferat.ru/referat-61203.html