Näidisküsimused ja polümeeride tüüpide arutelu
Polümeer on suur molekul, mis koosneb väiksematest molekulaarsetest ühikutest, mida nimetatakse monomeerideks. Polümeere kasutatakse väga erinevates rakendustes, alates plastist ja kummist kuni sünteetiliste kiudude ja ehitusmaterjalideni. Polümeeride mõistmine on oluline keemias, materjaliteaduses ja erinevates tööstusharudes. See artikkel käsitleb mitmeid näidisprobleeme seoses polümeeride tüüpidega ja pakub neile probleemidele põhjalikke lahendusi.
Näidisküsimused ja arutelu
Küsimus 1:
Nimeta kolm polümeeri tüüpi nende algse päritolu põhjal ja too igaühe kohta näide.
Arutelu:
1. Looduslikud polümeerid:
Looduslikud polümeerid on polümeerid, mis esinevad looduslikult keskkonnas. Looduslike polümeeride näideteks on:
– Tselluloos: leidub taimerakkude seintes.
– Looduslik kautšuk: Saadakse Hevea brasiliensis puu mahlast.
– Valk: Näiteks kollageen, mida leidub loomade nahas ja sidekoes.
2. Sünteetilised polümeerid:
Sünteetilised polümeerid on inimeste poolt kunstlike keemiliste protsesside abil toodetud polümeerid. Sünteetiliste polümeeride näideteks on:
– Polüetüleen (PE): Kasutatakse kilekottide tootmisel.
– Polüpropüleen (PP): Kasutatakse autotööstuses ja toiduainete pakendamisel.
– Polüvinüülkloriid (PVC): Kasutatakse torude ja kaablite tootmisel.
3. Poolsünteetilised polümeerid:
Poolsünteetilised polümeerid on looduslike polümeeride modifikatsioonid nende omaduste parandamiseks. Poolsünteetiliste polümeeride näideteks on:
– Tselluloosatsetaat: Valmistatud äädikhappega modifitseeritud tselluloosist ja kasutatakse fotofilmides.
– Nitrotselluloos: Saadakse tselluloosi nitreerimisel, kasutatakse lõhkeainete ja katete tootmisel.
Küsimus 2:
Selgitage termoplastiliste ja termoreaktiivsete polümeeride erinevust ning tooge iga polümeeri kohta kaks näidet.
Arutelu:
1. Termoplastsed polümeerid (termoplastid):
See polümeer pehmeneb kuumutamisel ja kõveneb jahtumisel ning seda protsessi saab korduvalt läbida. See muudab selle ringlussevõtu lihtsaks. Näiteks:
– Polüetüleen (PE): Kasutatakse kilekottide ja -pudelite tootmisel.
– Polüstüreen (PS): Kasutatakse isolatsioonimaterjalide ja toidupakendite tootmisel.
2. Termoreaktiivsed polümeerid (termoreaktiivsed polümeerid):
Need polümeerid, mis on kuumutamise ja jahutamise teel moodustunud, ei ole enam uuesti sulatatavad. Neil on tugev struktuur ja neid ei saa samamoodi taaskasutada nagu termoplasti. Näiteks:
– Bakeliit: leidub elektrilülitites ja köögitarvete käepidemetes.
– Epoksüvaik: Kasutatakse liimides, katetes ja kauakestvates komposiitides.
Küsimus 3:
Selgitage aditseerimispolümerisatsiooni protsessi ja tooge näiteid selle protsessi abil saadud polümeeridest.
Arutelu:
Liitmispolümerisatsioon on polümeeride moodustumise protsess ahelreaktsiooni kaudu, milles kaksiksidemeid (tavaliselt süsinik-süsinik kaksiksidemeid) sisaldavad monomeerid ühinevad ilma kõrvalsaadusi tootmata.
Lisaks polümerisatsioonile on ette nähtud järgmised etapid:
1. Initsieerimine: vabade radikaalide või ioonide moodustumine, mis käivitavad reaktsiooni.
2. Paljundamine: Vabad radikaalid või ioonid reageerivad monomeeridega, moodustades pikemaid polümeerahelaid.
3. Lõpetamine: Reaktsioon lõpeb kahe vaba radikaali ühinemisel.
Liitpolümeeride näited:
– Polüetüleen (PE): Toodetud etüleenmonomeerist (C2H4).
– Polüpropüleen (PP): Valmistatud propüleenmonomeerist (C3H6).
Küsimus 4:
Mida mõeldakse kondensatsioonpolümerisatsiooni all ja tooge kaks näidet selle protsessi abil toodetud polümeeridest.
Arutelu:
Kondensatsioonpolümerisatsioon on polümerisatsiooniprotsess, mille käigus monomeerid ühinevad väikeste molekulide, näiteks vee või metanooli, eemaldamise teel.
Kondensatsioonpolümerisatsiooni näited on:
1. Nailonist moodustumine:
Nailon 6,6 moodustub heksametüleendiamiini ja adipiinhappe vahelise reaktsiooni kaudu, mille kõrvalsaadusena tekib vesi.
' \]
2. Polüestri moodustumine:
Polüestrid, näiteks polüetüleentereftalaat (PET), tekivad tereftaalhappe ja etüleenglükooli vahelise reaktsiooni kaudu, mille kõrvalsaadusena tekib vesi.
'
Küsimus 5:
Kuidas saab plastifikaatorite abil muuta polümeeride füüsikalisi omadusi? Tooge näide.
Arutelu:
Plastifikaatorid on polümeeridele lisatud lisandid, mis suurendavad paindlikkust, vähendavad rabedust ja alandavad klaasistumistemperatuuri (Tg). Plastifikaatorid toimivad polümeeri sees olevate molekulidevaheliste sidemete tugevuse vähendamise teel, võimaldades polümeeriahelatel vabamalt liikuda ja suurendades materjali plastilisust.
Plastifikaatorite kasutamise näited:
– PVC ja plastifikaatorid: Elektrikaablite tootmisel segatakse PVC-d plastifikaatoritega, näiteks ftalaatidega, et muuta see paindlikumaks ja vastupidavamaks.
– Tselluloosatsetaat ja plastifikaatorid: kasutatakse kilede ja lakkide tootmisel toodete vähem jäigaks muutmiseks.
Järeldus
Polümeerid on uskumatult mitmekülgsed materjalid, millel on oluline roll igapäevaelus ja kaasaegses tehnoloogias. Polümeeride tüüpide ja polümerisatsiooniprotsesside mõistmise abil saame arendada uusi materjale soovitud omadustega ja laiendada nende rakendusi paljudes erinevates valdkondades. Polümeeride haridus algab nende probleemide lahendamisest ja polümeeriteaduse aluspõhimõtete sügava mõistmise omandamisest. Selle artikli eesmärk on anda esialgne arusaam polümeeritüüpidest ja julgustada lugejaid jätkama õppimist ja polümeeride ning nende rakenduste põhjalikumat uurimist.
