Конденсациялық полимерленуді талқылайтын мысал сұрақтар
Конденсациялық полимерлену - су, метанол немесе HCl сияқты ұсақ молекулаларды жою арқылы мономерлерді байланыстыру арқылы полимерлерді түзетін полимерлену реакциясының бір түрі. Бұл процесс күнделікті өмірде қолданылатын әртүрлі полимер материалдарын синтездеуде маңызды рөл атқарады. Бұл мақалада біз осы тұжырымдаманы тереңірек түсіну үшін мысалдарды қарастырып, конденсациялық полимерленуді талқылаймыз.
Конденсациялық полимерлеуге кіріспе
Сұрақтарға тереңірек үңілмес бұрын, конденсациялық полимерленуді толығырақ қарастырайық. Конденсациялық полимерлену - бұл функционалдық топтары бар екі немесе одан да көп мономерлердің реакциясы арқылы полимердің түзілу процесі, әдетте су сияқты шағын молекулалардың қосымша өнім ретінде жойылуымен. Алынған полимердің молекулалық салмағы мономерлерге қарағанда әлдеқайда жоғары. Конденсациялық полимерленудің кең таралған мысалдары - полиэфирлер мен полиамидтердің түзілуі.
Конденсациялық полимерлеуден алынған полимерлердің мысалдары
1. Полиэстер: терефталь қышқылының (бензол-дикарбоксилат) этиленгликольмен әрекеттесуінен түзілген. Мысал өнім: ПЭТ (полиэтилентерефталат).
2. Полиамид (нейлон): Адип қышқылының гексаметилендиаминмен әрекеттесуінен түзілген. Мысал өнім: Нейлон-66.
3. Поликарбонат: Бисфенол А мен фосген арасындағы реакциядан түзіледі.
Конденсациялық полимерленуді талқылайтын мысал сұрақтар
Төменде конденсация полимерлену процесін түсінуге көмектесетін бірнеше мысал сұрақтар мен талқылаулар берілген.
1-сұрақ: Полиэстердің түзілуі
Сұрақ: Этиленгликоль мен терефталь қышқылынан полиэстер түзілетін реакцияны түсіндіріңіз. Алынған полимердің құрылымын сызыңыз және полимердің ең кіші бөлігінің салыстырмалы молекулалық массасын есептеңіз.
Талқылау:
Полиэстер этиленгликоль (CH₂OH-CH₂OH) мен терефталь қышқылы (C₆H₄(COOH)₂) арасындағы конденсация реакциясы арқылы түзіледі.
Бұл түзілу реакциясын келесідей жазуға болады:
\[ n \, (\text{CH}_2\text{OH-CH}_2\text{OH}) + n \, (\text{C}_6\text{H}_4(\text{COOH})_2) \rightarrow (\text{O}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{COO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{O})_n + 2n\, \text{H}_2\text{O} \]
Бұл полиэстердің түзілуі суды қосымша өнім ретінде түзеді. Полиэстердің негізгі құрылымын анықтау үшін полимер тізбегінің қайталанатын бөлігін қарастыруымыз керек:
ПЭТ-тің (полиэтилентерефталат) негізгі құрылымы:
\[
\text{-O-}\text{C}_6\text{H}_4\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-}
\]
Полиэстердің ең кіші бірлігінің салыстырмалы молекулалық массасын келесідей есептеуге болады:
– -CH₂-CH₂-O- молекулалық массасы (H₂O жоқ этиленгликоль): 60 г/моль
– -COO- молекулалық массасы (эфир тобы): 44 г/моль
– C₆H₄ молекулалық массасы (H₂O жоқ бензол): 76 г/моль
Ең кіші бөлшектердің молекулалық массаларының қосындысы:
\[
60 + 44 + 76 = 180 \, \text{г/моль}
\]
2-сұрақ: Полиамидтің (нейлон-6,6) түзілуі
Сұрақ: Адип қышқылы мен гексаметилендиаминнің конденсациялық полимерлену реакциясы арқылы нейлон-6,6 түзілу процесін түсіндіріңіз. Нейлон-6,6 негізгі бірлік құрылымын қосыңыз және ең кіші бірліктің салыстырмалы молекулалық массасын есептеңіз.
Талқылау:
Нейлон-6,6 адип қышқылы (HOOC-(CH₂)₄-COOH) мен гексаметилендиамин (H₂N-(CH₂)₆-NH₂) арасындағы конденсация реакциясынан түзіледі.
Түзілу реакциясы:
\[ n \, (\text{HOOC-(CH}_2\text{)}_4\text{ -COOH}) + n \, (\text{H}_2\text{N-(CH}_2\text{)}_6\text{ -NH}_2) \оң жақ көрсеткі (\text{-NH-(CH}_2\text{)}_6\text{-NH-CO-(CH}_2\text{)}_4\text{-CO-})_n + 2n \, \text{H}_2\text{O} \]
Нейлон-6,6 негізгі құрылымы:
\[
\text{-NH-(CH}_2\text{)}_6\text{-NH-CO-(CH}_2\text{)}_4\text{-CO-}
\]
Ең кіші бірліктің салыстырмалы молекулалық массасы:
– -NH-(CH₂)₆-NH- молекулалық массасы (гексаметилендиамин минус H₂O): 114 г/моль
– -CO-(CH₂)₄-CO- (H₂O жоқ адипин қышқылының) молекулалық массасы: 142 г/моль
Ең кіші бөлшектердің молекулалық массаларының қосындысы:
\[
114 + 142 = 256 \, \text{г/моль}
\]
3-сұрақ: Поликарбонат
Сұрақ: Бисфенол А мен фосгеннің әрекеттесуі поликарбонатты қалай түзеді? Поликарбонаттың негізгі құрылымын сызыңыз және ең кіші бірліктің салыстырмалы молекулалық массасын есептеңіз.
Талқылау:
Поликарбонат бисфенол А (C₁₅H₁₆O₂) мен фосген (COCl₂) арасындағы реакция арқылы түзіледі.
Түзілу реакциясын былай жазуға болады:
n + 2n \, \text{HCl} \]
Поликарбонаттың негізгі құрылымы:
\[
\text{-O-CO-OC}_6\text{H}_4\text{C}(\text{CH}_3)_2\text{C}_6\text{H}_4\text{O}-
\]
Ең кіші бірліктің салыстырмалы молекулалық массасы:
– C₆H₄-C(CH₃)₂-C₆H₄ молекулалық массасы (H₂O-сыз бисфенол А): 224 г/моль
– -COO- молекулалық массасы: 28 г/моль
Ең кіші бөлшектердің молекулалық массаларының қосындысы:
\[
224 + 28 = 252 \, \text{г/моль}
\]
Қорытынды
Бұл мақалада біз конденсациялық полимерлену тұжырымдамасын талқыладық, осы процестің нәтижесінде пайда болған кейбір белгілі полимерлердің негізгі реакциялары мен құрылымдарын қарастырдық. Мысалдар мен талқылаулар келтіру арқылы бұл мақала осы реакциялардың қалай жұмыс істейтінін және полимер тізбегіндегі ең кіші бірліктердің салыстырмалы молекулалық массаларын қалай есептеуге болатынын түсіндіруге бағытталған. Конденсациялық полимерленуді жақсы түсіну өте маңызды, себебі бұл процесс өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, себебі ол бірегей қасиеттері бар және кең ауқымды қолданылуы бар әртүрлі материалдарды жасайды.
