שאלות לדוגמה הדנות בפולימריזציה של עיבוי
פולימריזציה באמצעות עיבוי היא סוג של תגובת פולימריזציה המייצרת פולימרים על ידי קישור מונומרים באמצעות סילוק של מולקולות קטנות, כגון מים, מתנול או HCl. תהליך זה ממלא תפקיד מכריע בסינתזה של חומרים פולימריים שונים המשמשים בחיי היומיום. במאמר זה נחקור דוגמאות ונדון בפולימריזציה באמצעות עיבוי כדי להעמיק את הבנתנו את מושג זה.
מבוא לפולימריזציה של עיבוי
לפני שנעמיק בשאלות, בואו נבחן מקרוב את פולימריזציית העיבוי. פולימריזציית העיבוי היא תהליך של יצירת פולימר באמצעות תגובה של שני מונומרים או יותר המכילים קבוצות פונקציונליות, בדרך כלל עם סילוק של מולקולות קטנות כמו מים כתוצר לוואי. לפולימר המתקבל משקל מולקולרי גבוה בהרבה מהמונומרים. דוגמאות נפוצות לפולימריזציית העיבוי הן יצירת פוליאסטרים ופוליאמידים.
דוגמאות לפולימרים מפולימריזציה של עיבוי
1. פוליאסטר: נוצר מתגובה של חומצה טרפתלית (בנזן-דיקארבוקסילט) עם אתילן גליקול. מוצר לדוגמה: PET (פוליאתילן טרפתאלט).
2. פוליאמיד (ניילון): נוצר מתגובה של חומצה אדיפית עם הקסמתילן דיאמין. מוצר לדוגמה: ניילון-66.
3. פוליקרבונט: נוצר מתגובה בין ביספנול A לפוסגן.
שאלות לדוגמה הדנות בפולימריזציה של עיבוי
להלן מספר שאלות ודיונים לדוגמה שיכולים לעזור לכם להבין את תהליך הפולימריזציה של עיבוי.
שאלה 1: היווצרות פוליאסטר
שאלה: הסבר את התגובה היוצרת פוליאסטר מאתילן גליקול וחומצה טרפתלית. שרטט את מבנה הפולימר המתקבל וחשב את המסה המולקולרית היחסית של החלק הקטן ביותר של הפולימר.
דיון:
פוליאסטר נוצר באמצעות תגובת עיבוי בין אתילן גליקול (CH₂OH-CH₂OH) וחומצה טרפתלית (C₆H₄(COOH)₂).
ניתן לכתוב את תגובת ההיווצרות הזו באופן הבא:
[ n , (CH₂₀OH-CH₂₀OH) + n , (C₁₁H₄(COOH)₂) ) rightarrow (O - C₁₁H₄ - COO - CH₂₀ - CH₂₀O)₂ + 2n , H₂₀O]
היווצרות פוליאסטר זה מייצרת מים כתוצר לוואי. כדי לקבוע את המבנה הבסיסי של פוליאסטר, עלינו לבחון את החלק החוזר של שרשרת הפולימר:
מבנה בסיסי של PET (פוליאתילן טרפתאלט):
\[
\text{-O-}\text{C}_6\text{H}_4\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-}
\]
ניתן לחשב את המסה המולקולרית היחסית של יחידת הפוליאסטר הקטנה ביותר באופן הבא:
– מסה מולקולרית של -CH₂-CH₂-O- (אתילן גליקול ללא H₂O): 60 גרם/מול
– מסה מולקולרית של -COO- (קבוצת אסטר): 44 גרם/מול
– מסה מולקולרית של C₆H₄ (בנזן ללא H₂O): 76 גרם/מול
סכום המסות המולקולריות של החלקים הקטנים ביותר:
\[
60 + 44 + 76 = 180 גרם/מול
\]
שאלה 2: היווצרות פוליאמיד (ניילון-6,6)
שאלה: הסבר את תהליך יצירת ניילון-6,6 באמצעות תגובת פולימריזציה של עיבוי של חומצה אדיפית והקסמתילן דיאמין. כלול את מבנה היחידה הבסיסי של ניילון-6,6 וחשב את המסה המולקולרית היחסית של היחידה הקטנה ביותר.
דיון:
ניילון-6,6 נוצר מתגובת עיבוי בין חומצה אדיפית (HOOC-(CH₂)₄-COOH) לבין הקסמתילן דיאמין (H₂N-(CH₂)₆-NH₂).
תגובת ההיווצרות היא:
\[ n \, (\text{HOOC-(CH}_2\text{)}_4\text{ -COOH}) + n \, (\text{H}_2\text{N-(CH}_2\text{)}_6\text{ -NH}_2) \rightarrow (\text{-NH-(CH}_2\text{)}_6\text{-N_2-CO-)}}_4\text{-N}_H__-CO-) + 2n \, \text{H}_2\text{O} \]
מבנה בסיסי של ניילון-6,6:
\[
\text{-NH-(CH}_2\text{)}_6\text{-NH-CO-(CH}_2\text{)}_4\text{-CO-}
\]
מסה מולקולרית יחסית של היחידה הקטנה ביותר:
– מסה מולקולרית של -NH-(CH₂)₆-NH- (הקסמתילן דיאמין פחות H₂O): 114 גרם/מול
– מסה מולקולרית של -CO-(CH₂)₄-CO- (חומצה אדיפית ללא H₂O): 142 גרם/מול
סכום המסות המולקולריות של החלקים הקטנים ביותר:
\[
114 + 142 = 256 גרם/מול
\]
שאלה 3: פוליקרבונט
שאלה: כיצד נוצר פוליקרבונט בתגובה של ביספנול A ופוסגן? צייר את המבנה הבסיסי של פוליקרבונט וחשב את המסה המולקולרית היחסית של היחידה הקטנה ביותר.
דיון:
פוליקרבונט נוצר באמצעות תגובה בין ביספנול A (C₁₅H₁₆O₂) ופוסגן (COCl₂).
ניתן לכתוב את תגובת ההיווצרות כך:
n + 2n, HCl
מבנה בסיסי של פוליקרבונט:
\[
\text{-O-CO-OC}_6\text{H}_4\text{C}(\text{CH}_3)_2\text{C}_6\text{H}_4\text{O}-
\]
מסה מולקולרית יחסית של היחידה הקטנה ביותר:
– מסה מולקולרית של C₆H₄-C(CH₃)₂-C₆H₄ (ביספנול A ללא H₂O): 224 גרם/מול
– מסה מולקולרית של -COO-: 28 גרם/מול
סכום המסות המולקולריות של החלקים הקטנים ביותר:
\[
224 + 28 = 252 גרם/מול
\]
מסקנה
במאמר זה, דנו במושג פולימריזציית עיבוי, תוך כיסוי התגובות והמבנים הבסיסיים של כמה פולימרים ידועים המיוצרים בתהליך זה. באמצעות דוגמאות ודיונים, מאמר זה נועד להבהיר כיצד תגובות אלו פועלות וכיצד ניתן לחשב את המסות המולקולריות היחסיות של היחידות הקטנות ביותר בשרשרת פולימר. הבנה טובה של פולימריזציית עיבוי חיונית מכיוון שתהליך זה נמצא בשימוש נרחב בתעשייה ליצירת מגוון חומרים בעלי תכונות ייחודיות ומגוון רחב של יישומים.
