Полимержих урвалын жишээ асуултууд ба хэлэлцүүлэг
Полимержих урвал нь органик химийн гол сэдэв юм. Энэ үйл явц нь мономер молекулуудыг нэгтгэж полимер гэж нэрлэгддэг аварга том молекулуудыг үүсгэдэг. Полимерүүд нь хуванцар, резин үйлдвэрлэхэд ашигладаг түүхий эдээс эхлээд нэхмэлийн утас хүртэл өдөр тутмын амьдралд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Энэ нийтлэлд бид полимержих урвалын хэд хэдэн жишээ болон тэдгээрийн шийдлүүдийг авч үзэх болно.
Полимержилтийн төрлүүд
Ерөнхийдөө полимержилтийг хоёр үндсэн төрөлд хувааж болно.
1. Нэмэлт полимержилт – Энэ процесс нь давхар эсвэл гурвалсан холбоо агуулсан мономеруудыг нэгтгэн дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэхгүйгээр полимер үүсгэхийг хэлнэ. Нэмэлт полимерийн нийтлэг жишээ бол этиленээс (CH₂=CH₂) үүссэн полиэтилен юм.
2. Конденсацийн полимержилт – Энэ процесст тодорхой функциональ бүлгүүдийг агуулсан хоёр мономерын хоорондох урвал нь ус эсвэл метанол зэрэг дайвар бүтээгдэхүүнтэй хамт полимер үүсгэдэг. Нийтлэг жишээ бол диамин ба хоёр хүчилээс үүссэн нейлон юм.
Нэмэлт полимержилтийн асуудлын жишээ
Асуулт 1:
Этилен (CH₂=CH₂) нь полиэтилен үүсгэхийн тулд полимерждэг мономер юм. Полимержих урвалыг тайлбарлаж, үүссэн бүтээгдэхүүнийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
Полиэтилен нь этилен мономеруудаас нэмэлт полимержих урвалаар үүссэн полимер юм. Энэ урвалыг дараах байдлаар бичиж болно:
\[ n \text{(CH₂=CH₂)} \rightarrow \text{ -[CH₂-CH₂]- }_n \]
энд \(n \) нь мономер нэгжийн тоо юм. Үүссэн полиэтилен нь ямар ч дайвар бүтээгдэхүүнгүй этилен мономеруудын урт гинж юм.
Конденсацийн полимержилтийн жишээ асуултууд
Асуулт 2:
Гексаметилендиамин ба адипины хүчлийн хоорондох урвалаар нейлон-6,6 полимер үүсдэг. Урвалыг бичиж, дайвар бүтээгдэхүүнийг жагсаан бичнэ үү.
Хэлэлцүүлэг:
Нейлон-6,6 нь гексаметилендиамин (\( \text{H₂N-(CH₂)₆-NH₂} \)) ба адипины хүчил (\( \text{HOOC-(CH₂)₄-COOH} \)) хоорондын урвалаас үүссэн полимер юм. Үүсэх урвалыг дараах байдлаар томъёолж болно:
\[ \text{n (H₂N-(CH₂)₆-NH₂) + n (HOOC-(CH₂)₄-COOH)} \баруун сум \текст{ -[NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₄-CO]- }₂n \{O2]- \\n \{O2]
Дайвар бүтээгдэхүүн нь ус (H₂O) юм.
Полимержилтийн бусад асуултууд
Асуулт 3:
Полиэтилен терефталат (PET)-ийг хуванцар сав, даавуу үйлдвэрлэхэд ашигладаг. PET-ийг бүрдүүлдэг мономерууд нь этилен гликол (\( \text{HOCH₂CH₂OH} \)) ба терефталийн хүчил (\( \text{HOOC-C₆H₄-COOH} \)) юм. PET үүсэх процессыг тайлбарлаж, мономер тус бүрийн 5 моль-оос эхэлбэл дайвар бүтээгдэхүүний хэмжээг тооцоолно уу.
Хэлэлцүүлэг:
ПЭТ үүсэх конденсацийн полимержих урвал нь:
\[ n \text{(HOCH₂CH₂OH)} + n \text{(HOOC-C₆H₄-COOH)} \rightarrow \text{ -[OOC-C₆H₄-COO-CH₂CH₂O]- }_n + 2n \text{H₂O} \]
энд \(n \) нь мономерын молийн тоо юм. Хэрэв бид 5 моль этилен гликол болон 5 моль терефталийн хүчилээс эхэлбэл үүссэн дайвар бүтээгдэхүүн нь 5 × 2 = 10 моль H₂O байна.
Полимержилтийн кинематик талууд
Полимержих урвалд урвалын кинетик нь чухал хүчин зүйл болдог. Полимержих хурдад температур, даралт, мономерын концентраци зэрэг янз бүрийн хүчин зүйл нөлөөлж болно.
Асуулт 4:
Хэрэв урвалын полимержих хурдыг \(k[M]^x \) гэж хэлбэл, k нь хурдны тогтмол, [M] нь мономерын концентраци, x нь мономертой харьцуулсан урвалын дараалал бөгөөд хэрэв x = 2 бол мономерын концентрацийн өөрчлөлт нь урвалын хурданд хэрхэн нөлөөлөхийг тайлбарлана уу.
Хэлэлцүүлэг:
Хэрэв x нь 2 бол урвалын хурд нь \(k [M]^2 \) байна. Энэ нь урвалын хурд нь мономерын концентрацийн квадраттай шууд пропорциональ байна гэсэн үг юм. Хэрэв мономерын концентрацийг хоёр дахин нэмэгдүүлбэл урвалын хурд дөрөв дахин нэмэгдэнэ (2² = 4).
Редокс полимержилт
Полимержих урвалын өөр нэг төрөл бол исэлдэн ангижрах полимержилт юм. Энэ нь полимержилтийг эхлүүлдэг хоёр бодисын хоорондох исэлдэн ангижрах урвалыг хэлнэ.
Асуулт 5:
Бензоил хэт исэл ба стиролын хоорондох исэлдэн ангижрах урвалаар полимер үүсдэг. Үүссэн эхлэлийн урвалыг бичнэ үү.
Хэлэлцүүлэг:
Бензоил хэт исэл ба стиролын хоорондох урвал нь полимержилтийг эхлүүлдэг чөлөөт радикалуудыг үүсгэдэг. Урвал нь дараах байдалтай байна.
\[ \text{(C₆H₅CO)₂O₂} \rightarrow 2 \text{C₆H₅COO·} \]
Бензойлоксил радикал (\( \text{C₆H₅COO·} \)) нь стиролтой урвалд орж, полимержих гинжин урвалыг эхлүүлдэг.
\[ \text{C₆H₅COO· + CH₂=CHC₆H₅} \rightarrow \text{C₆H₅COOCH₂-CH·C₆H₅} \]
Энэ урвал нь систем дэх үлдсэн стирол нь полистирол үүсгэх хүртэл үргэлжилнэ.
Дүгнэлт
Полимержих урвал болон тэдгээрийн цаад механизмыг ойлгох нь хими эсвэл материалын шинжлэх ухаанд оролцдог хүн бүрт чухал ач холбогдолтой. Дээр дурдсан жишээнүүдээр уншигчид нэмэлт болон конденсацийн полимержих үндсэн процессууд, мөн урвалын кинетик ба исэлдэн ангижрах полимержилт зэрэг зарим дэвшилтэт талыг ойлгох болно гэж найдаж байна. Бат бөх суурьтай бол бид орчин үеийн амьдралын янз бүрийн талбарт полимерүүдийн чухал үүргийг илүү сайн ойлгож чадна.
