Pavyzdiniai klausimai, aptariantys pridėtinę polimerizaciją
Polimerizacija yra procesas, kurio metu monomerai – mažos molekulės su panašia struktūra – jungiasi ir sudaro didesnes molekules, vadinamas polimerais. Yra du pagrindiniai polimerizacijos tipai: adityvinė polimerizacija ir kondensacinė polimerizacija. Šiame straipsnyje bus aptartas vienas iš šių tipų – adityvinė polimerizacija, daugiausia dėmesio skiriant pavyzdžiams ir diskusijoms, siekiant geriau suprasti šią koncepciją.
Papildomos polimerizacijos supratimas
Adityvinė polimerizacija yra procesas, kurio metu monomerai susijungia neprarandant mažų molekulių, tokių kaip vanduo ar HCl. Adityvinėje polimerizacijoje dažniausiai dalyvaujantys monomerai yra alkenai ir poliarizuoti alkenai, turintys anglies-anglies (C=C) dvigubas jungtis. Kai šie monomerai reaguoja, dvigubos jungtys nutrūksta, leisdami monomerams susijungti į ilgas grandines.
Adityvos polimerizacijos būdu pagamintų polimerų pavyzdžiai yra polietilenas (PE), polipropilenas (PP), polistirenas (PS) ir polivinilchloridas (PVC). Visi šie polimerai yra svarbūs pramonėje ir kasdieniame gyvenime dėl savo stiprumo, stabilumo ir plataus panaudojimo spektro.
Papildymo polimerizacijos mechanizmas
Pridėjimo polimerizacijos mechanizmą galima suskirstyti į tris pagrindinius etapus:
1. Iniciacija: etapas, kai susidaro laisvieji radikalai arba jonai, kad prasidėtų reakcija.
2. Dauginimasis: etapas, kai monomerai toliau jungiasi ir sudaro ilgas grandines.
3. Nutraukimas: etapas, kai reakcija sustoja, nes susijungia dvi laisvųjų radikalų grandinės arba laisvieji radikalai susiduria su inhibitoriumi.
Kad būtų aiškiau, pateikiame keletą pridėjimo polimerizacijos klausimų pavyzdžių.
Pavyzdiniai klausimai ir diskusija
1 klausimas: Polietileno polimerizacija
Klausimas: Paaiškinkite etileno (C2H4) prijungimo polimerizacijos procesą, kad susidarytų polietilenas (PE), ir pateikite vykstančią reakcijos lygtį.
Diskusija:
– Iniciacija:
Inicijavimas gali būti atliktas naudojant katalizatorius arba laisvuosius radikalus. Tarkime, kad naudojame laisvuosius radikalus. Radikalūs iniciatoriai, tokie kaip benzoilo peroksidas (C14H10O4), kaitinami gali išskirti laisvuosius radikalus.
\[
C14H10O4 \rightarrow 2C6H5COO^{\cdot}
\]
– Dauginimas:
Šie radikalai atakuoja dvigubas jungtis etileno monomere, sudarydami naujus radikalus, kurie gali toliau atakuoti kitą monomerą.
\[
R^{\cdot} + CH2=CH2 \rightarrow R-CH2-CH2^{\cdot}
\]
Toliau grandinės gale esantys radikalai toliau jungsis etileno monomerais, kad grandinė taptų ilgesnė.
\[
R-CH₂-CH₂^{\cdot} + nCH₂=CH₂ \rightarrow R-(CH₂-CH₂)_n^{\cdot}
\]
– Nutraukimas:
Nutraukimas gali įvykti susijungus dviem radikalų grandinėms arba vykstant reakcijai tarp radikalo ir inhibitoriaus.
\[
R-(CH2-CH2)_n^{\cdot} + R-(CH2-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow R-(CH2-CH2)_{n+m}-R
\]
Galutinis rezultatas yra polietilenas (PE) – polimeras, gaunamas sujungiant daugelį etileno monomerų (etileno).
2 klausimas: Polistireno polimerizacija
Klausimas: Chemijos pramonė nori pagaminti polimerą iš monomero stireno (C8H8). Paaiškinkite vykstančią polimerizacijos reakciją ir parašykite polistireno struktūrą.
Diskusija:
– Iniciacija:
Kaip ir polietileno atveju, reakcijai pradėti reikalingi laisvieji radikalai. Tarkime, kad naudojame peroksido radikalus.
\[
ROOR \rightarrow 2RO^{\cdot}
\]
– Dauginimas:
Laisvieji radikalai atakuoja stireno monomerus, turinčius anglies-anglies dvigubas jungtis.
\[
RO^{\cdot} + C6H5-CH=CH2 \rightarrow RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
Dauginimosi etape šie radikalai toliau atakuoja kitus stireno monomerus.
\[
RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3 + n(C6H5-CH=CH2) \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_n-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
– Nutraukimas:
Nutraukimas įvyksta, kai susitinka dvi radikalios polimero grandinės.
\[
RO-(C6H5-CH-CH2)_n^{\cdot} + RO-(C6H5-CH-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_{n+m}-RO
\]
Gauta polistireno (PS) struktūra yra ilga grandinė, sudaryta iš pasikartojančių stireno monomerinių vienetų.
3 klausimas: Polivinilchlorido (PVC) polimerizacija
Klausimas: Aprašykite vinilchlorido monomero (C2H3Cl) prijungimo polimerizaciją ir pateikite polivinilchlorido (PVC) panaudojimo pavyzdžių.
Diskusija:
– Iniciacija:
Kaip ir ankstesniame pavyzdyje, laisvieji radikalai susidaro iš peroksidų.
\[
ROOR \rightarrow 2R-O^{\cdot}
\]
– Dauginimas:
Laisvieji radikalai atakuoja dvigubas jungtis vinilo chlorido monomeruose.
\[
RO^{\cdot} + CH2=CHCl \rightarrow RO-CH2-CHCl^{\cdot}
\]
Dauginimasis tęsiasi monomeriniams vienetams jungiantis, kad pratęstų grandinę.
\[
RO-CH2-CHCl^{\cdot} + nCH2=CHCl \rodyklė dešinėn RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot}
\]
– Nutraukimas:
Nutraukimas įvyksta, kai susijungia dvi radikalios grandinės.
\[
RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot} + RO-(CH2-CHCl)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(CH2-CHCl)_{n+m}-RO
\]
Polivinilchloridas (PVC) yra polimeras, gaminamas ir naudojamas įvairiose srityse, tokiose kaip vandens vamzdžiai, elektros kabeliai ir įvairūs kiti plastikiniai gaminiai.
Išvada
Adityvinė polimerizacija yra svarbus cheminis procesas, kurio metu monomerai sujungiami neišskiriant mažų molekulių. Adityvinės polimerizacijos mechanizmų ir reakcijų, tokių kaip polietilenas, polistirenas ir PVC, supratimas padeda mums mokytis ir pritaikyti šias žinias pramonėje ir kasdieniame gyvenime. Remdamiesi šiais pavyzdžiais ir diskusijomis, galime geriau suprasti adityvinės polimerizacijos procesus ir produktus, taip pat jos praktinį pritaikymą, kuris daro įtaką technologijoms ir šiuolaikiniam gyvenimui.
