Օրինակելի հարցեր և պոլիմերացման ռեակցիաների քննարկում
Պոլիմերացման ռեակցիաները օրգանական քիմիայի հիմնական թեմաներից են։ Այս գործընթացը ներառում է մոնոմեր մոլեկուլների միացումը՝ պոլիմերներ կոչվող հսկա մոլեկուլներ առաջացնելու համար։ Պոլիմերները կարևոր են առօրյա կյանքի համար՝ պլաստմասսա և ռետին պատրաստելու համար օգտագործվող հումքից մինչև տեքստիլ մանրաթելեր։ Այս հոդվածում մենք կքննարկենք պոլիմերացման ռեակցիաների մի քանի օրինակներ և դրանց լուծումները։
Պոլիմերացման տեսակները
Ընդհանուր առմամբ, պոլիմերացումը կարելի է բաժանել երկու հիմնական տեսակի.
1. Ադմինիստրատիվ պոլիմերացում – Այս գործընթացը ներառում է կրկնակի կամ եռակի կապեր պարունակող մոնոմերների միացում՝ պոլիմեր ստանալու համար՝ առանց կողմնակի արգասիքներ առաջացնելու: Ադմինիստրատիվ պոլիմերի տարածված օրինակ է պոլիէթիլենը, որը ստացվում է էթիլենից (CH₂=CH₂):
2. Կոնդենսացիոն պոլիմերացում – Այս գործընթացում երկու մոնոմերների միջև ռեակցիան, որոնք պարունակում են որոշակի ֆունկցիոնալ խմբեր, առաջացնում է պոլիմեր՝ ջրային կամ մեթանոլային նման կողմնակի արգասիքների հետ միասին: Տարածված օրինակ է նեյլոնը, որը ձևավորվում է դիամինից և դիաթթվից:
Ավելացման պոլիմերացման խնդրի օրինակ
Հարց 1:
Էթիլենը (CH₂=CH₂) մոնոմեր է, որը պոլիմերացվում է՝ առաջացնելով պոլիէթիլեն։ Նկարագրեք պոլիմերացման ռեակցիան և նշեք ստացված արգասիքները։
Քննարկում.
Պոլիէթիլենը պոլիմեր է, որը ստացվում է էթիլենի մոնոմերներից՝ ավելացման պոլիմերացման ռեակցիայի միջոցով: Այս ռեակցիան կարելի է գրել հետևյալ կերպ.
\[ n \text{(CH₂=CH₂)} \rightarrow \text{ -[CH₂-CH₂]- }_n \]
Որտեղ \(n\)-ը մոնոմերային միավորների քանակն է։ Արդյունքում ստացված պոլիէթիլենը էթիլենային մոնոմերների երկար շղթա է՝ առանց որևէ ենթամթերքի։
Կոնդենսացիոն պոլիմերացման օրինակելի հարցեր
Հարց 2:
Հեքսամեթիլենդիամինի և ադիպինաթթվի միջև ռեակցիայից առաջանում է նեյլոն-6,6 պոլիմեր։ Գրեք ռեակցիան և թվարկեք ենթամթերքները։
Քննարկում.
Նեյլոն-6,6-ը պոլիմեր է, որը առաջանում է հեքսամեթիլենդիամինի (\( H₂N-(CH₂)₆-NH₂} \)) և ադիպինաթթվի (\( HOOC-(CH₂)₄-COOH} \)) միջև ռեակցիայից։ Առաջացման ռեակցիան կարող է ձևակերպվել հետևյալ կերպ՝
\[ \text{n (H2N-(CH2)6-NH2) + n (HOOC-(CH2)4-COOH)} \աջ սլաք \text{ -[NH-(CH2)₆-NH-CO-(CH2)₄-CO]- }_n
Ենթամթերքը ջուրն է (H₂O):
Պոլիմերացման այլ հարցեր
Հարց 3:
Պոլիէթիլեն տերեֆտալատը (PET) օգտագործվում է պլաստիկ շշերի և գործվածքների արտադրության մեջ: PET-ը կազմող մոնոմերներն են էթիլենգլիկոլը (\( \text{HOCH₂CH₂OH} \)) և տերեֆտալաթթուն (\( \text{HOOC-C₆H₄-COOH} \)): Բացատրեք PET-ի առաջացման գործընթացը և հաշվարկեք ենթամթերքի քանակը, եթե սկսենք յուրաքանչյուր մոնոմերի 5 մոլից:
Քննարկում.
ՊԷՏ առաջացման համար կոնդենսացիոն պոլիմերացման ռեակցիան հետևյալն է.
\[ n (HOCH₂CH₂OH)} + n (HOOC-C₆H₄-COOH)} \rightarrow \text{ -[OOC-C₆H₄-COO-CH₂CH₂O]- }_n + 2n \text{H₂O} \]
Որտեղ \(n\)-ը մոնոմերի մոլերի քանակն է։ Եթե սկսենք էթիլենգլիկոլի 5 մոլից և տերեֆտալաթթվի 5 մոլից, ապա արդյունքում ստացված ենթամթերքները կլինեն 5 × 2 = 10 մոլ H₂O։
Պոլիմերացման կինեմատիկական ասպեկտները
Պոլիմերացման ռեակցիաներում ռեակցիայի կինետիկան կարևոր նկատառում է: Պոլիմերացման արագության վրա կարող են ազդել տարբեր գործոններ, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, ճնշումը և մոնոմերի կոնցենտրացիան:
Հարց 4:
Եթե ռեակցիայի պոլիմերացման արագությունն անվանում ենք \(k [M]^x \), որտեղ k-ն արագության հաստատունն է, [M]-ն՝ մոնոմերի կոնցենտրացիան, իսկ x-ը՝ ռեակցիայի կարգը մոնոմերի նկատմամբ, բացատրեք, թե ինչպես է մոնոմերի կոնցենտրացիայի փոփոխությունը ազդելու ռեակցիայի արագության վրա, եթե x = 2 է։
Քննարկում.
Եթե x-ը 2 է, ապա ռեակցիայի արագությունը \(k [M]^2 \) է։ Սա նշանակում է, որ ռեակցիայի արագությունը ուղիղ համեմատական է մոնոմերի կոնցենտրացիայի քառակուսուն։ Եթե մոնոմերի կոնցենտրացիան կրկնապատկվի, ռեակցիայի արագությունը կաճի չորս անգամ (2² = 4)։
Ռեդոքս պոլիմերացում
Պոլիմերացման ռեակցիայի մեկ այլ տեսակ է օքսիդա-վերականգնման պոլիմերացումը։ Սա ներառում է օքսիդա-վերականգնման ռեակցիա երկու նյութերի միջև, որոնք սկսում են պոլիմերացումը։
Հարց 5:
Բենզոիլ պերօքսիդի և ստիրոլի միջև տեղի ունեցող օքսիդա-վերականգնման ռեակցիայի միջոցով պոլիմեր է առաջանում։ Գրեք տեղի ունեցող նախաձեռնողական ռեակցիան։
Քննարկում.
Բենզոիլ պերօքսիդի և ստիրոլի միջև սկսվող ռեակցիան առաջացնում է ազատ ռադիկալներ, որոնք սկսում են պոլիմերացումը։ Ռեակցիան հետևյալն է.
\[ \text{(C₆H₅CO)₂O₂} \rightarrow 2 \text{C₆H₅COO·} \]
Բենզոիլօքսիլ ռադիկալը (\( \text{C₆H₅COO·} \)) այնուհետև ռեակցիայի մեջ է մտնում ստիրոլի հետ՝ սկսելով պոլիմերացման շղթայական ռեակցիա։
\[ \text{C₆H₅COO· + CH₂=CHC₆H₅} \rightarrow \text{C₆H₅COOCH₂-CH·C₆H₅} \]
Այս ռեակցիան շարունակվում է մինչև համակարգում մնացած ստիրոլը ռեակցիայի մեջ մտնի՝ առաջացնելով պոլիստիրոլ։
Եզրակացություն
Պոլիմերացման ռեակցիաները և դրանց հիմքում ընկած մեխանիզմները հասկանալը կարևոր է քիմիայի կամ նյութագիտության մեջ ներգրավված յուրաքանչյուրի համար: Վերը քննարկված օրինակների միջոցով ընթերցողներից ակնկալվում է, որ նրանք կհասկանան ավելացման և կոնդենսացիոն պոլիմերացման հիմնական գործընթացները, ինչպես նաև որոշ առաջադեմ ասպեկտներ, ինչպիսիք են ռեակցիայի կինետիկան և օքսիդա-վերականգնում պոլիմերացումը: Ամուր հիմքի վրա մենք կարող ենք ավելի լավ հասկանալ պոլիմերների կենսական դերը ժամանակակից կյանքի տարբեր ասպեկտներում:
