Exempelfrågor som diskuterar additionspolymerisation
Polymerisation är den process genom vilken monomerer – små molekyler med liknande strukturer – kombineras för att bilda större molekyler som kallas polymerer. Det finns två huvudtyper av polymerisation: additionspolymerisation och kondensationspolymerisation. Den här artikeln kommer att diskutera en av dessa typer, additionspolymerisation, med betoning på exempel och diskussioner för att ge en djupare förståelse av detta koncept.
Förstå additionspolymerisation
Additionspolymerisation är en process där monomerer kombineras utan att förlora små molekyler som vatten eller HCl. De monomerer som vanligtvis är involverade i additionspolymerisation är alkener och polariserade alkener, vilka har kol-kol (C=C) dubbelbindningar. När dessa monomerer reagerar bryts dubbelbindningarna, vilket gör att monomererna kan sammanfogas till långa kedjor.
Exempel på polymerer som framställs genom additionspolymerisation inkluderar polyeten (PE), polypropen (PP), polystyren (PS) och polyvinylklorid (PVC). Alla dessa polymerer är viktiga inom industrin och vardagslivet på grund av deras styrka, stabilitet och breda användningsområden.
Additionspolymerisationsmekanism
Additionspolymerisationsmekanismen kan delas in i tre huvudsteg:
1. Initiering: Steget där fria radikaler eller joner bildas för att starta reaktionen.
2. Utbredning: Det stadium där monomerer fortsätter att kombineras för att bilda långa kedjor.
3. Avslutning: Det stadium där reaktionen avbryts på grund av att två fria radikalkedjor slås samman eller de fria radikalerna möter en hämmare.
För att göra det tydligare följer här en diskussion om flera exempel på additionspolymerisationsfrågor.
Exempel på Soal och Pembahasan
Fråga 1: Polymerisation av polyeten
Fråga: Förklara additionspolymerisationsprocessen för etylen (C2H4) för att bilda polyeten (PE), inkludera reaktionsekvationen som uppstår.
Diskussion:
– Initiering:
Initiering kan uppnås med hjälp av katalysatorer eller fria radikaler. Låt oss anta att vi använder fria radikaler. Radikalinitiatorer som bensoylperoxid (C14H10O4) kan frigöra fria radikaler vid uppvärmning.
\[
C14H10O4 \rightarrow 2C6H5COO^{\cdot}
\]
– Förökning:
Dessa radikaler kommer att attackera dubbelbindningarna i etylenmonomeren och producera nya radikaler som kan fortsätta att attackera nästa monomer.
\[
R^{\cdot} + CH2=CH2 \rightarrow R-CH2-CH2^{\cdot}
\]
Därefter fortsätter radikalerna i slutet av kedjan att tillsätta etylenmonomerer så att kedjan blir längre.
\[
R-CH2-CH2^{\cdot} + nCH2=CH2 \rightarrow R-(CH2-CH2)_n^{\cdot}
\]
– Uppsägning:
Terminering kan ske genom kombinationen av två radikalkedjor eller genom en reaktion mellan en radikal och en hämmare.
\[
R-(CH2-CH2)_n^{\cdot} + R-(CH2-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow R-(CH2-CH2)_{n+m} -R
\]
Slutresultatet är polyeten (PE), en polymer som framställs genom att kombinera många etylenmonomerer (\(n\) etylen).
Fråga 2: Polymerisation av polystyren
Fråga: En kemisk industri vill framställa en polymer från monomeren styren (C8H8). Förklara den polymerisationsreaktion som sker och skriv strukturen för polystyren.
Diskussion:
– Initiering:
Precis som med polyeten krävs fria radikaler för att initiera reaktionen. Låt oss säga att vi använder peroxidradikaler.
\[
ROOR \rightarrow 2RO^{\cdot}
\]
– Förökning:
Fria radikaler attackerar styrenmonomerer som har kol-kol-dubbelbindningar.
\[
RO^{\cdot} + C6H5-CH=CH2 \rightarrow RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
Utbredningsstadiet kommer att få dessa radikaler att fortsätta attackera andra styrenmonomerer.
\[
RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3 + n(C6H5-CH=CH2) \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_n-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
– Uppsägning:
Terminering sker när två radikala polymerkedjor möts.
\[
RO-(C6H5-CH-CH2)_n^{\cdot} + RO-(C6H5-CH-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_{n+m}-RO
\]
Den resulterande polystyren (PS)-strukturen är en lång kedja bestående av upprepade styrenmonomerenheter.
Fråga 3: Polymerisation av polyvinylklorid (PVC)
Fråga: Beskriv additionspolymerisationen av vinylkloridmonomer (C2H3Cl) och ge exempel på tillämpningar av polyvinylklorid (PVC).
Diskussion:
– Initiering:
Precis som i föregående exempel produceras fria radikaler från peroxider.
\[
ROOR \rightarrow 2R-O^{\cdot}
\]
– Förökning:
Fria radikaler angriper dubbelbindningarna i vinylkloridmonomerer.
\[
RO^{\cdot} + CH2=CHCl \rightarrow RO-CH2-CHCl^{\cdot}
\]
Förökningen fortsätter med att monomerenheter sammanfogas för att förlänga kedjan.
\[
RO-CH2-CHCl^{\cdot} + nCH2=CHCl \högerpil RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot}
\]
– Uppsägning:
Terminering sker när två radikalkedjor förenas.
\[
RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot} + RO-(CH2-CHCl)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(CH2-CHCl)_{n+m}-RO
\]
Polyvinylklorid (PVC) är en polymer som produceras och används i olika tillämpningar, såsom vattenrör, elkablar och diverse andra plastprodukter.
slutsats
Additionspolymerisation är en viktig kemisk process som involverar kombinationen av monomerer utan att små molekyler frigörs. Att förstå mekanismerna och reaktionerna vid additionspolymerisation, såsom de som ses i polyeten, polystyren och PVC, hjälper oss att lära oss och tillämpa denna kunskap i industrin och vardagen. Genom dessa exempel och diskussioner kan vi få en djupare förståelse av de processer och produkter som resulterar från additionspolymerisation, såväl som dess praktiska tillämpningar som påverkar teknik och det moderna livet.
