Пример питања о адиционој полимеризацији
Полимеризација је процес којим се мономери – мали молекули са сличним структурама – комбинују и формирају веће молекуле који се називају полимери. Постоје две главне врсте полимеризације: адициона полимеризација и кондензациона полимеризација. Овај чланак ће размотрити једну од ових врста, адициону полимеризацију, са нагласком на примере и дискусију како би се пружило дубље разумевање овог концепта.
Разумевање адиционе полимеризације
Адициона полимеризација је процес у коме се мономери комбинују без губитка малих молекула као што су вода или HCl. Мономери који су обично укључени у адициону полимеризацију су алкени и поларизовани алкени, који имају двоструке везе угљеник-угљеник (C=C). Када ови мономери реагују, двоструке везе се кидају, омогућавајући мономерима да се споје у дуге ланце.
Примери полимера произведених адиционом полимеризацијом укључују полиетилен (PE), полипропилен (PP), полистирен (PS) и поливинилхлорид (PVC). Сви ови полимери су важни у индустрији и свакодневном животу због своје чврстоће, стабилности и широког спектра употребе.
Механизам адиционе полимеризације
Механизам адиционе полимеризације може се поделити у три главне фазе:
1. Иницијација: Фаза у којој се формирају слободни радикали или јони да би се започела реакција.
2. Пропагација: Фаза у којој мономери настављају да се комбинују и формирају дуге ланце.
3. Завршетак: Фаза у којој се реакција зауставља зато што се два ланца слободних радикала комбинују или слободни радикали наилазе на инхибитор.
Да би било јасније, ево неколико примера питања о адиционој полимеризацији.
Цонтох Соал и Пембахасан
Питање 1: Полимеризација полиетилена
Питање: Објасните процес адиционе полимеризације етилена (C2H4) да би се формирао полиетилен (PE), укључујући једначину реакције која се одвија.
Дискусија:
– Иницијација:
Иницијација се може постићи употребом катализатора или слободних радикала. Претпоставимо да користимо слободне радикале. Радикални иницијатори попут бензоил пероксида (C14H10O4) могу ослободити слободне радикале када се загреју.
\[
C14H10O4 \rightarrow 2C6H5COO^{\cdot}
\]
– Размножавање:
Ови радикали ће нападати двоструке везе у етиленском мономеру, стварајући нове радикале који могу наставити да нападају следећи мономер.
\[
R^{\cdot} + CH2=CH2 \rightarrow R-CH2-CH2^{\cdot}
\]
Затим, радикали на крају ланца ће наставити да додају етиленске мономере тако да ланац постаје дужи.
\[
R-CH2-CH2^{\cdot} + nCH2=CH2 \rightarrow R-(CH2-CH2)_n^{\cdot}
\]
– Прекид:
До престанка може доћи комбинацијом два радикална ланца или реакцијом између радикала и инхибитора.
\[
R-(CH2-CH2)_n^{\cdot} + R-(CH2-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow R-(CH2-CH2)_{n+m}-R
\]
Коначни резултат је полиетилен (ПЕ), полимер произведен комбиновањем многих етиленских мономера (\(n\)етилен).
Питање 2: Полимеризација полистирена
Питање: Хемијска индустрија жели да произведе полимер из мономера стирена (C8H8). Објасните реакцију полимеризације која се одвија и напишите структуру полистирена.
Дискусија:
– Иницијација:
Баш као и код полиетилена, за покретање реакције су потребни слободни радикали. Рецимо да користимо пероксидне радикале.
\[
ROOR \rightarrow 2RO^{\cdot}
\]
– Размножавање:
Слободни радикали нападају стиренске мономере који имају двоструке везе угљеник-угљеник.
\[
RO^{\cdot} + C6H5-CH=CH2 \rightarrow RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
Фаза размножавања ће довести до тога да ови радикали наставе да нападају друге мономере стирена.
\[
RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3 + n(C6H5-CH=CH2) \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_n-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
– Прекид:
До престанка долази када се два радикална полимерна ланца сретну.
\[
RO-(C6H5-CH-CH2)_n^{\cdot} + RO-(C6H5-CH-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_{n+m}-RO
\]
Добијена структура полистирена (ПС) је дугачак ланац који се састоји од понављајућих мономерних јединица стирена.
Питање 3: Полимеризација поливинилхлорида (ПВЦ)
Питање: Опишите адициону полимеризацију мономера винилхлорида (C2H3Cl) и наведите примере примене поливинилхлорида (PVC).
Дискусија:
– Иницијација:
Баш као и у претходном примеру, слободни радикали настају из пероксида.
\[
ROOR \rightarrow 2R-O^{\cdot}
\]
– Размножавање:
Слободни радикали нападају двоструке везе у мономерима винилхлорида.
\[
RO^{\cdot} + CH2=CHCl \rightarrow RO-CH2-CHCl^{\cdot}
\]
Ширење се наставља спајањем мономерних јединица како би се продужио ланац.
\[
РО-ЦХ2-ЦХЦл^{\цдот} + нЦХ2=ЦХЦл \ригхтарров РО-(ЦХ2-ЦХЦл)_н^{\цдот}
\]
– Прекид:
До престанка долази када се два радикална ланца споје.
\[
RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot} + RO-(CH2-CHCl)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(CH2-CHCl)_{n+m}-RO
\]
Поливинилхлорид (ПВЦ) је полимер који се производи и користи у разним применама као што су водоводне цеви, електрични каблови и разни други пластични производи.
Закључак
Адициона полимеризација је важан хемијски процес који укључује комбиновање мономера без ослобађања малих молекула. Разумевање механизама и реакција адиционе полимеризације, као што су оне које се виде код полиетилена, полистирена и ПВЦ-а, помаже нам да научимо и применимо ово знање у индустрији и свакодневном животу. Кроз ове примере и дискусије можемо стећи дубље разумевање процеса и производа који настају адиционом полимеризацијом, као и њених практичних примена које утичу на технологију и савремени живот.
