Қосу полимерленуін талқылайтын мысал сұрақтар
Полимерлеу – мономерлер – ұқсас құрылымы бар кіші молекулалар – бірігіп, полимерлер деп аталатын үлкенірек молекулаларды түзетін процесс. Полимерлеудің екі негізгі түрі бар: қосу полимерлеуі және конденсациялық полимерлеуі. Бұл мақалада осы түрлердің бірі, қосу полимерлеуі, мысалдарға баса назар аударылып, осы тұжырымдаманы тереңірек түсіну үшін талқыланады.
Қосу полимерленуін түсіну
Қосу полимерленуі - мономерлер су немесе HCl сияқты ұсақ молекулаларды жоғалтпай бірігетін процесс. Қосу полимерленуіне жиі қатысатын мономерлер - көміртек-көміртек (C=C) қос байланысы бар алкендер және поляризацияланған алкендер. Бұл мономерлер әрекеттескен кезде қос байланыстар үзіліп, мономерлер ұзын тізбектерге бірігеді.
Қосымша полимерлеу арқылы алынған полимерлердің мысалдарына полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС) және поливинилхлорид (ПВХ) жатады. Бұл полимерлердің барлығы беріктігіне, тұрақтылығына және кең қолданылуына байланысты өнеркәсіпте және күнделікті өмірде маңызды.
Қосымша полимерлеу механизмі
Қосу полимерлену механизмін үш негізгі кезеңге бөлуге болады:
1. Бастау: Реакцияны бастау үшін бос радикалдар немесе иондар түзілетін кезең.
2. Көбею: Мономерлер ұзын тізбектер түзу үшін бірігуді жалғастыратын кезең.
3. Терминация: Екі бос радикал тізбегінің бірігуі немесе бос радикалдардың ингибитормен кездесуі салдарынан реакция тоқтайтын кезең.
Түсініктірек болу үшін, қосу полимерлену сұрақтарының бірнеше мысалдарын талқылаймыз.
Үлгі сұрақтар және талқылау
1-сұрақ: Полиэтиленнің полимерленуі
Сұрақ: Этиленнің (C2H4) полиэтилен (PE) түзілуі үшін қосылатын полимерлену процесін түсіндіріңіз, жүретін реакция теңдеуін қосыңыз.
Талқылау:
– Бастама:
Инициализация катализаторларды немесе бос радикалдарды қолдану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Айталық, біз бос радикалдарды қолданамыз. Бензоил пероксиді (C14H10O4) сияқты радикалды инициаторлар қыздырылған кезде бос радикалдарды бөліп шығаруы мүмкін.
\[
C14H10O4 \rightarrow 2C6H5COO^{\cdot}
\]
– Көбею:
Бұл радикалдар этилен мономеріндегі қос байланыстарға шабуыл жасап, келесі мономерге шабуыл жасауды жалғастыра алатын жаңа радикалдарды түзеді.
\[
R^{\cdot} + CH2=CH2 \rightarrow R-CH2-CH2^{\cdot}
\]
Әрі қарай, тізбектің соңындағы радикалдар этилен мономерлерін қосуды жалғастырады, осылайша тізбек ұзағырақ болады.
\[
R-CH2-CH2^{\cdot} + nCH2=CH2 \rightarrow R-(CH2-CH2)_n^{\cdot}
\]
– Тоқтату:
Аяқталу екі радикалды тізбектің бірігуі немесе радикал мен ингибитор арасындағы реакция арқылы жүзеге асуы мүмкін.
\[
R-(CH2-CH2)_n^{\cdot} + R-(CH2-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow R-(CH2-CH2)_{n+m}-R
\]
Нәтижесінде көптеген этилен мономерлерін (\(n\) этилен) біріктіру арқылы алынған полиэтилен (ПЭ) пайда болады.
2-сұрақ: Полистиролдың полимерленуі
Сұрақ: Химия өнеркәсібі мономер стиролдан (C8H8) полимер өндіргісі келеді. Полимерлену реакциясын түсіндіріп, полистиролдың құрылымын жазыңыз.
Талқылау:
– Бастама:
Полиэтилен сияқты, реакцияны бастау үшін бос радикалдар қажет. Айталық, біз пероксид радикалдарын қолданамыз.
\[
ROOR \rightarrow 2RO^{\cdot}
\]
– Көбею:
Еркін радикалдар көміртегі-көміртегі қос байланысы бар стирол мономерлеріне шабуыл жасайды.
\[
RO^{\cdot} + C6H5-CH=CH2 \rightarrow RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
Таралу кезеңі бұл радикалдардың басқа стирол мономерлеріне шабуыл жасауын жалғастыруына әкеледі.
\[
RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3 + n(C6H5-CH=CH2) \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_n-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
– Тоқтату:
Терминация екі радикалды полимер тізбегі кездескенде пайда болады.
\[
RO-(C6H5-CH-CH2)_n^{\cdot} + RO-(C6H5-CH-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_{n+m}-RO
\]
Нәтижесінде пайда болған полистирол (PS) құрылымы қайталанатын стирол мономер бірліктерінен тұратын ұзын тізбек болып табылады.
3-сұрақ: Поливинилхлоридтің (ПВХ) полимерленуі
Сұрақ: Винилхлорид мономерінің (C2H3Cl) қосымша полимерленуін сипаттаңыз және поливинилхлоридті (ПВХ) қолдану мысалдарын келтіріңіз.
Талқылау:
– Бастама:
Алдыңғы мысалдағыдай, бос радикалдар пероксидтерден түзіледі.
\[
ROOR \rightarrow 2R-O^{\cdot}
\]
– Көбею:
Бос радикалдар винилхлорид мономерлеріндегі қос байланыстарға шабуыл жасайды.
\[
RO^{\cdot} + CH2=CHCl \rightarrow RO-CH2-CHCl^{\cdot}
\]
Көбею тізбекті ұзарту үшін мономерлік бірліктердің бірігуімен жалғасады.
\[
RO-CH2-CHCl^{\cdot} + nCH2=CHCl \оң жақ көрсеткі RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot}
\]
– Тоқтату:
Екі радикалды тізбек қосылған кезде үзіліс орын алады.
\[
RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot} + RO-(CH2-CHCl)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(CH2-CHCl)_{n+m}-RO
\]
Поливинилхлорид (ПВХ) - су құбырлары, электр кабельдері және басқа да әртүрлі пластикалық бұйымдар сияқты әртүрлі қолданбаларда өндірілетін және қолданылатын полимер.
Қорытынды
Қосу полимерленуі - ұсақ молекулалардың бөлінуінсіз мономерлердің бірігуін қамтитын маңызды химиялық процесс. Полиэтиленде, полистиролда және ПВХ-да байқалатындай қосу полимерленуінің механизмдері мен реакцияларын түсіну бізге бұл білімді өнеркәсіпте және күнделікті өмірде үйренуге және қолдануға көмектеседі. Осы мысалдар мен талқылаулар арқылы біз қосу полимерленуінен туындайтын процестер мен өнімдерді, сондай-ақ оның технология мен қазіргі өмірге әсер ететін практикалық қолданылуын тереңірек түсіне аламыз.
