Dæmi um spurningar og umræður um skilgreiningu og uppbyggingu fjölliða
Fjölliður eru stórsameindasambönd sem eru samsett úr endurteknum einingum sem kallast einliður. Í efnafræði gegna fjölliður mikilvægu hlutverki í fjölmörgum notkunarsviðum, allt frá plast- og textíliðnaði til líftækni. Þessi grein fjallar um skilgreiningu á fjölliðum og uppbyggingu þeirra, auk þess að veita nokkur dæmi um vandamál og lausnir til að dýpka skilning okkar á þessu hugtaki.
Að skilja fjölliður
Orðið fjölliða kemur frá orðunum „poly“ sem þýðir margir, og „mer“ sem þýðir eining eða hluti. Bókstaflega er fjölliða því stór sameind sem er gerð úr mörgum smærri einingum sem kallast einliður. Þessar einliður sameinast í gegnum fjölliðunarviðbrögð til að mynda langar keðjubyggingar.
Dæmi um náttúruleg og tilbúin fjölliður:
1. Náttúruleg fjölliður:
– Sellulósi: Gert úr glúkósaeiningum í frumuveggjum plantna.
– Prótein: Samsett úr amínósýrum sem einliður.
– Náttúrulegt gúmmí: Úr ísóprenpólýmeri.
2. Tilbúin fjölliður:
– Pólýetýlen (PE): Notað við framleiðslu á plastpokum.
– Pólýprópýlen (PP): Notað í ýmis plastílát og heimilisvörur.
– Pólývínýlklóríð (PVC): Efni fyrir pípur og lækningatæki.
Uppbygging fjölliða
Byggingarlega má skipta fjölliðum í nokkrar gerðir eftir lögun þeirra og keðjufyrirkomulagi. Eftirfarandi eru gerðir fjölliðubygginga:
1. Línuleg uppbygging:
– Fjölliður með línulegri uppbyggingu hafa langar, beinar keðjur af samtengdum einliðum. Dæmi eru pólýetýlen og pólýstýren.
2. Útibúauppbygging:
– Greinóttar fjölliður hafa aðalkeðju með stuttum greinum sem koma út frá aðalkeðjunni. Dæmi um þetta er greinótt pólýprópýlen.
3. Netbygging (krosstengd):
– Þessir fjölliður hafa keðjur sem tengjast saman og mynda þrívítt net. Dæmi um þetta eru epoxy resín og bakelít.
4. Uppbygging blokkarfjölliðu:
– Samanstendur af tveimur eða fleiri gerðum einliða sem eru raðaðar skipulega og mynda ákveðna blokkir meðfram fjölliðukeðjunni. Dæmi er SBS (stýren-bútadíen-stýren).
Dæmi um spurningar og umræður
Til að skilja betur merkingu og uppbyggingu fjölliða eru hér nokkur dæmi um spurningar og umfjöllun um þær.
Spurning 1:
Spurning: Nefnið þrjá helstu muninn á hitaplasti og hitaherðandi fjölliðum!
Umræða:
– Hitaplast:
– Getur bráðnað við hita og harðnað við kælingu, þetta ferli er hægt að endurtaka oft.
- Sameindabyggingin er línuleg eða örlítið greinótt.
– Dæmi: Pólýetýlen (PE), pólýprópýlen (PP).
– Hitaþolið:
– Gengjast óafturkræfum efnabreytingum við upphitun, fyrsta upphitunin harðnar en síðan er ekki hægt að bræða þær aftur.
– Hefur óbreytanlega þrívíddar netbyggingu.
– Dæmi: Epoxy resín, bakelít.
Spurning 2:
Spurning: Hvernig á að ákvarða meðalmólþunga (Mn) og þyngdarmeðalmólþunga (Mw) fjölliðu?
Umræða:
– Meðaltal sameindaþyngdar (Mn):
– Mn = Σ(NiMi) / ΣNi
– Þar sem Ni er fjöldi sameinda með mólþungann Mi.
– Þyngd Meðalmólþungi (Mw):
– Mw = Σ(Ni Mi^2) / Σ(Ni Mi)
– Mw gefur sameindum með hærri mólþyngd meiri þyngd og er almennt meiri en Mn.
Spurning 3:
Spurning: Ákvarðið gerð fjölliðunnar út frá eftirfarandi fullyrðingu: „Þessi fjölliða hefur grunnbyggingu sem samanstendur af endurteknum einingum af etýleni og hefur sveigjanlegri eiginleika.“
Umræða:
– Miðað við þá fullyrðingu að fjölliðan sé samansett úr endurteknum einingum af etýleni og hafi sveigjanlega eiginleika, er líklegt að fjölliðan sé pólýetýlen (PE).
Spurning 4:
Spurning: Útskýrðu ferlana viðbótarfjölliðun og þéttingarfjölliðun með því að gefa dæmi fyrir hvort ferli.
Umræða:
– Viðbótarpólýmerun:
– Ferlið þar sem einliður með tvítengi (t.d. alkenar) sameinast án þess að aukaafurðir myndist.
– Dæmi: Pólýetýlen úr etýleni.
– n(C2H4) → [-CH2-CH2-]n
– Þéttingarpólýmerun:
– Ferli þar sem tvær eða fleiri einliður með tveimur mismunandi virkum hópum hvarfast við myndun fjölliðu og aukaafurðir eins og vatn eða metanól.
– Dæmi: Nylon-6,6 úr hexametýlendíamíni og adípínsýru.
– H2N-(CH2)6-NH2 + HOOC-(CH2)4-COOH → [-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n + 2nH2O
Spurning 5:
Spurning: Hvað er átt við með svæðisbundinni sértækni í fjölliðun og hvernig hefur hún áhrif á uppbyggingu fjölliðunnar?
Umræða:
– Svæðisbundin sérkenni:
– Svæðisbundin sértækni vísar til þess hversu reglulega einliður tengjast í keðjunni og ákvarða þannig uppröðun efnatengja.
– Fjölliður geta haft ísótakíska byggingu (allir skiptihópar skiptast á að skipta um stöðu) eða ataktíska (skiptihópar eru af handahófi dreifðir).
– Dæmi: Pólýprópýlen getur myndast sem ísótaktiskt PP, syndíótaktiskt PP eða ataktískt PP sem hefur áhrif á eðliseiginleika þess, svo sem kristöllun og bræðslumark.
Niðurstaða
Fjölliður hafa fjölbreytta uppbyggingu og eiginleika, allt eftir gerð einliðunnar og hvernig þær eru raðaðar í fjölliðukeðjunni. Að skilja uppbyggingu og lögun fjölliða, sem og hvernig þær eru myndaðar, er lykillinn að notkun þeirra í iðnaði og tækni. Æfingarnar og umræðurnar sem gefnar eru hjálpa einnig til við að styrkja mikilvæg grundvallarhugtök í fjölliðaefnafræði. Með góðum skilningi getum við nýtt fjölliður í fjölbreyttum nýstárlegum notkunarmöguleikum í framtíðinni.
