Pavyzdiniai klausimai apie kondensacinę polimerizaciją
Kondensacinė polimerizacija yra polimerizacijos reakcijos tipas, kurio metu polimerai susidaro sujungiant monomerus, eliminuojant mažas molekules, tokias kaip vanduo, metanolis arba HCl. Šis procesas atlieka labai svarbų vaidmenį sintezuojant įvairias polimerines medžiagas, naudojamas kasdieniame gyvenime. Šiame straipsnyje nagrinėsime pavyzdžius ir aptarsime kondensacinę polimerizaciją, kad pagilintume šios koncepcijos supratimą.
Įvadas į kondensacinę polimerizaciją
Prieš gilindamiesi į klausimus, atidžiau panagrinėkime kondensacinę polimerizaciją. Kondensacinė polimerizacija yra polimerų susidarymo procesas, kai reaguoja du ar daugiau monomerų, turinčių funkcines grupes, paprastai pašalinant mažas molekules, tokias kaip vanduo, kaip šalutinį produktą. Gautas polimeras turi daug didesnę molekulinę masę nei monomerai. Įprasti kondensacinės polimerizacijos pavyzdžiai yra poliesterių ir poliamidų susidarymas.
Kondensacinės polimerizacijos polimerų pavyzdžiai
1. Poliesteris: susidaro tereftalio rūgšties (benzeno dikarboksilato) reakcijos su etilenglikoliu metu. Produkto pavyzdys: PET (polietileno tereftalatas).
2. Poliamidas (nailonas): susidaro adipo rūgšties reakcijos su heksametilendiaminu metu. Produkto pavyzdys: nailonas-66.
3. Polikarbonatas: susidaro reaguojant bisfenoliui A ir fosgenui.
Pavyzdiniai klausimai apie kondensacinę polimerizaciją
Žemiau pateikiami keli klausimų ir diskusijų pavyzdžiai, kurie gali padėti suprasti kondensacinės polimerizacijos procesą.
1 klausimas: Poliesterio susidarymas
Klausimas: Paaiškinkite reakciją, kurios metu iš etilenglikolio ir tereftalio rūgšties susidaro poliesteris. Nubraižykite gauto polimero struktūrinę schemą ir apskaičiuokite mažiausios polimero dalies santykinę molekulinę masę.
Diskusija:
Poliesteris susidaro vykstant kondensacijos reakcijai tarp etilenglikolio (CH₂OH-CH₂OH) ir tereftalio rūgšties (C₆H₄(COOH)₂).
Šią formavimosi reakciją galima užrašyti taip:
\[n \, (\text{CH}_2\text{OH-CH}_2\text{OH}) + n \, (\text{C}_6\text{H}_4(\text{COOH})_2) \rightarrow (\text{O}-\text{C}_6\text{H}_4-\text{COO}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{O})_n + 2n\, \text{H}_2\text{O} \]
Šio poliesterio susidarymo metu išsiskiria vanduo kaip šalutinis produktas. Norėdami nustatyti pagrindinę poliesterio struktūrą, turime pažvelgti į pasikartojančią polimero grandinės dalį:
Pagrindinė PET (polietileno tereftalato) struktūra:
\[
\text{-O-}\text{C}_6\text{H}_4\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-}
\]
Mažiausio poliesterio vieneto santykinę molekulinę masę galima apskaičiuoti taip:
– -CH₂-CH₂-O- (etilenglikolio be H₂O) molekulinė masė: 60 g/mol
– -COO- (esterio grupės) molekulinė masė: 44 g/mol
– C₆H₄ (benzeno be H₂O) molekulinė masė: 76 g/mol
Mažiausių dalių molekulinių masių suma:
\[
60 + 44 + 76 = 180 g/mol
\]
2 klausimas: Poliamido (nailono-6,6) susidarymas
Klausimas: Paaiškinkite nailono-6,6 susidarymo procesą per adipo rūgšties ir heksametilendiamino kondensacinės polimerizacijos reakciją. Įtraukite pagrindinę nailono-6,6 vieneto struktūrą ir apskaičiuokite mažiausio vieneto santykinę molekulinę masę.
Diskusija:
Nailonas-6,6 susidaro vykstant kondensacijos reakcijai tarp adipo rūgšties (HOOC-(CH₂)₄-COOH) ir heksametilendiamino (H₂N-(CH₂)₆-NH₂).
Formavimosi reakcija yra tokia:
n 2n \, \tekstas{H}_2\tekstas{O} \]
Pagrindinė nailono-6,6 struktūra:
\[
\text{-NH-(CH}_2\text{)}_6\text{-NH-CO-(CH}_2\text{)}_4\text{-CO-}
\]
Mažiausio vieneto santykinė molekulinė masė:
– -NH-(CH₂)₆-NH- (heksametilendiamino minus H₂O) molekulinė masė: 114 g/mol
– -CO-(CH₂)₄-CO- (adipino rūgšties be H₂O) molekulinė masė: 142 g/mol
Mažiausių dalių molekulinių masių suma:
\[
114 + 142 = 256 g/mol
\]
3 klausimas: Polikarbonatas
Klausimas: Kaip bisfenolio A ir fosgeno reakcija sudaro polikarbonatą? Nubraižykite pagrindinę polikarbonato struktūrą ir apskaičiuokite mažiausio vieneto santykinę molekulinę masę.
Diskusija:
Polikarbonatas susidaro vykstant bisfenolio A (C₁₅H₁₆O₂) ir fosgeno (COCl₂) reakcijai.
Formavimosi reakciją galima užrašyti taip:
n + 2n \, \text{HCl} \]
Pagrindinė polikarbonato struktūra:
\[
\text{-O-CO-OC}_6\text{H}_4\text{C}(\text{CH}_3)_2\text{C}_6\text{H}_4\text{O}-
\]
Mažiausio vieneto santykinė molekulinė masė:
– C₆H₄-C(CH₃)₂-C₆H₄ (bisfenolio A be H₂O) molekulinė masė: 224 g/mol
– -COO- molekulinė masė: 28 g/mol
Mažiausių dalių molekulinių masių suma:
\[
224 + 28 = 252 g/mol
\]
Išvada
Šiame straipsnyje aptarėme kondensacinės polimerizacijos koncepciją, apžvelgdami pagrindines reakcijas ir kai kurių gerai žinomų šiuo procesu pagamintų polimerų struktūras. Pateikiant pavyzdžius ir diskusijas, šio straipsnio tikslas – išsiaiškinti, kaip šios reakcijos veikia ir kaip galime apskaičiuoti mažiausių polimero grandinės vienetų santykines molekulines mases. Geras kondensacinės polimerizacijos supratimas yra būtinas, nes šis procesas plačiai naudojamas pramonėje, siekiant sukurti įvairias medžiagas, turinčias unikalių savybių ir platų pritaikymo spektrą.
