Пластмассы. Эластомеры. Волокна. Биополимеры - СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА - ПОУРОЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ХИМИИ 11 класс - поурочные разработки - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока - химия

Цели урока: пять представление о классификации полимеров по свойствам; знать понятия «пластмассы», «эластомеры», «волокна», ознакомить с некоторыми пластмассами, волокнами, эластомерами и научить определять ВМС; обобщить знания о биополимерах: особенностях их строения, качественного определения, применения.

Основные понятия: пластмассы, эластомеры, волокна, природные полимеры — биополимеры.

Оборудование: коллекции «Пластмассы», «Волокна», таблицы: «Строение белка», «Нуклеиновые кислоты»; спиртовка, спички, ложечка для сжигания; пробирки, универсальный индикатор.

Ход урока

I. Организационный момент

Урок является продолжением урока по теме «Полимеры», на котором учащиеся знакомятся со второй классификацией полимеров — убеждаются в качественном определении полимеров экспериментально с целью подготовки к предстоящей практической работе. Работу можно провести в виде лабораторной, групповой.

II. Фронтальная беседа

В начале урока провести фронтальную беседу по вопросам, записанным на кодотранспоранте или напечатанным.

1. Дать определение ВМС.

2. Что такое мономер? Структурное звено? Степень полимеризации?

3. Почему структурным звеном полиэтилена принято считать —СН₂—СН₂—, а не —СН₂—? Что общего и в чем различие между молекулой мономера и структурным звеном образуемого им полимера?

4. Найдите структурное звено полимера и определите структурную формулу мономера.

5. М_{сред. полиэтилен} = 500. Вычислить степень полимеризации. Почему у полимера записывается М средняя?

6. Как объяснить отсутствие летучести у ВМС?

7. Объяснить кристалличность и аморфность полимера.

8. Какими признаками должны характеризоваться вещества вступающих в реакцию:

а) полимеризации? б) поликонденсации?

9. Перечислить особые свойства, характеризующие большинство полимеров.

Ответы на вопросы фронтальной беседы

1. ВМС — вещества с очень большой молекулярной массой, содержащие многократно повторяющуюся группу атомов.

2. Мономер — низкомолекулярное вещество, из которого синтезируется ВМС.

Структурное звено — многократно повторяющаяся группа атомов в макромолекуле ВМС.

Степень полимеризации — число, которое показывает количество структурных звеньев в макромолекуле ВМС.

3. Мономер полиэтилена — этилен Н₂С=СН₂, а структурное звено по составу сходно с мономером, но различаются по строению, поэтому структурное звено полиэтилена —СН₂—СН₂—.

4. Структурное звено полимера:

В процессе полимеризации в макромолекулы соединяется разное число молекул мономера в зависимости от того, когда произойдет обрыв растущей полимерной цепи. Вследствие этого образуются макромолекулы разной длины и, следовательно, разной массы. Поэтому обычно указываемая для такого вещества молекулярная масса — это лишь ее среднее значение, от которого масса отдельных молекул существенно отклоняется в ту или иную сторону.

6. Отсутствие летучести ВМС объясняется тем, что макромолекулы имеют высокую молекулярную массу, между ними действуют значительно большие силы взаимного притяжения, чем у низкомолекулярных веществ. Макромолекулы притягиваются друг к другу огромным количеством звеньев.

7. Кристалличность — упорядоченное (параллельное) расположение макромолекул.

Аморфность — отсутствие упорядоченности макромолекул.

Степень кристалличности показывает процент упорядоченности расположения макромолекул. Характеризует прочность полимера.

8. Вещества, вступающие в реакцию полимеризации, должны иметь кратные связи.

Вещества, вступающие в реакцию поликонденсации, должны иметь функциональные группы, взаимодействующие друг с другом.

9. Большинство полимеров характеризуют: высокая кристалличность, высокая механическая прочность, низкая плотность — легкие, химическая стойкость — выдерживают действие окислителей, кислот, щелочей, не подвергаются действию внешней среды; не имеют определенной точки плавления; плохая растворимость — большинство набухают в растворителях.

II. Изучение нового материала

План изложения

1. Классификация полимеров по свойствам и применению:

а) пластмассы; б) эластомеры; в) волокна.

2. Биополимеры:

а) белки;

б) полисахароза:

в) полинуклеотиды.

3. Лабораторный опыт. Экспериментальное определение полимеров:

а) полиэтилена.

б) полихлорвинила.

в) полистирола.

г) органического стекла;

д) капрона;

е) лавсана;

ж) шерсти;

з) хлопка;

и) ацетата.

к) крахмала, белка.

Пластмассы — конструкционные материалы, содержащие полимер, который при формировании изделия находится в вязкотекучем состоянии, а при его эксплуатации — стеклообразное. Кроме полимера в состав пластмассы входят компоненты: пластификаторы, стабилизаторы, красители, наполнители. При нагревании пластмассы приобретают заданную форму.

Наполнители — древесная мука, ткань, асбест, стекловолокно и др. Улучшают механическую прочность, снижают стоимость полимера.

Пластификаторы — высококипящие эфиры. Они повышают эластичность, устраняющие хрупкость.

Стабилизаторы — антиоксиданты, светостабилизаторы. Способствуют сокращению свойств полимеров в процессе их переработки и использования.

Красители сообщают материалу требуемую окраску, товарный вид.

Следует знать, является ли полимер термопластичным или термореактивным. На основе полимеров: полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полипропилен, полиметилметакрилат — основано производство пластмасс.

Учащиеся знакомятся с пластмассами на основе данных полимеров, работая с коллекцией «Пластмассы», описывая их внешний вид (пенопласт, искусственная кожа, линолеум, пластик, текстолит, органическое стекло).

Эластомеры (каучуки) — полимерные материалы, способные к высокоэластичным и обратимым деформациям в широком интервале температур.

Классификация эластомеров:

а) натуральные; б) синтетические.

Каучук (от индейских слов «кау» — дерево, «учу» — плакать, течь) — так майя называли дерево гевея, которое при многократном надрезании коры «плакало» молочным соком — латексом (лат. «жидкость»). Название дерева было перенесено первооткрывателями на скоагулированную из латекса массу — каучук. Многие растения выделяют латекс: одуванчик, фикус.

Важные свойства каучука — эластичность и клеящая способность — лежат в основе его применения для производства резины. Известны и другие области применения каучука — производство непромокаемой ткани, т. к. каучук не пропускает воду и воздух. В 1823 г. К. Макинтош организовал в г. Глазго производство непромокаемой ткани для плащей, пропитанных каучуком. Их стали называть макинтошами. А еще 50 лет назад выяснили, что написанное карандашом легче стирать натуральным каучуком. Стали изготавливать стиральные резинки. Однако при низких температурах каучук становится хрупким, при повышении температуры размягчается. Эти недостатки сказывались на одежде, изготовленной из пропитанной каучуком ткани, она теряла износостойкость. В 1839 г. американец Ч. Гудьир разработал способ вулканизации каучука, в результате которого скрученные молекулы «сшиваются в структуру пространственного строения» — «объемную». Образуется резина. В отличие от каучука она в растворителях набухает, но при перепаде температуры не изменяется по свойствам.

Формула натурального каучука:

В 1910 г. С.В. Лебедев получил первый каучукоподобный полимер из дивинила.

Сырьем для дивинила явился этиловый спирт.

В начале 30-х годов создано промышленное производство синтетического каучука. На данный момент производят каучуки изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные, хлоропреновые, полиуретановые, силиконовые, акриловые, этиленпропиленовые и т. д.

Многие из них применимы для изготовления имплантантов:

— кости и суставы — полиакрилаты; полиуретаны;

— суставы пальцев рук — полисилоксаны, полиэтилен;

— сердце и его части — полиуретаны; полисилоксаны и т.д.

— кровеносные сосуды — полипропилен, политетрафтор этилен. Учащиеся знакомятся с эластомерами из коллекции «Пластмассы», «Эластомеры»; описывают внешний вид.

Волокна — это гибкие и прочные ВМС ограниченной длины и малых поперечных размеров, пригодные для изготовления пряжи и текстильных изделий.

Классификация волокон:

а) натуральные:

— растительного происхождения — хлопок, лен, конопля;

— животного происхождения — шерсть, шелк; и нереального происхождения — асбест;

б) химические:

— искусственные — ацетатное, вискозное;

— синтетические — капрон, лавсан, нитрон, полипропилен.

Учащиеся рассматривают ткани на основе волокон: хлопчатобумажного (хлопка); шерсти, ацетата, вискозы, лавсана. Описывают их внешний вид.

Биополимеры — ВМС живой природы.

Классификация:

а) полисахариды: крахмал, целлюлоза. Признак полисахаридов — подвергаются гидролизу:

Строение макромолекул обеспечивает свойства: линейные (целлюлоза) не растворяются в Н₂О из-за прочного межмолекулярного взаимодействия; разветвленные (крахмал) не растворяются в воде, склонны к образованию гелей.

Полисахариды имеют огромную роль в клетке: энергетический резерв, опорная форма: биологически активные вещества, огромная пищевая ценность;

б) белки — ВМС, синтезируются в клетках. Мономерами являются аминокислоты. Известно, что полипептидная цепь белка (первичная структура) закручена в спираль (вторичная структура), эта спираль свернута в клубок (третичная структура). И если несколько третичных структур объединяются в одну крупную структуру — это четвертичная структура, обладающая биологической активностью.

Белковые молекулы бывают фибриллярные — волокноподобные и глобулярные — в виде шарика.

Молекулы фибриллярных белков вытянуты в длину, группируются одна возле другой, образуя за счет водородных связей супер-спирали, напоминающие канаты или кабели. Они не растворимы в воде, это конструкционный материал клеток (каротин волос, ногтей, перьев, коллаген сухожилий, мышц). Молекулы глобулярных белков соединены в компактные клубочки, растворимы в воде, в разбавленных кислотах, щелочах, солях, но осаждаются в концентрированных растворах. Они участвуют в регуляции жизненных процессов клетки (гемоглобин, фермент, гормоны).

Свойства белка: гидролиз до простых белков и до аминокислот, денатурация — разрушение их структур.

Цветные реакции: биуретовая — красно-фиолетовое окрашивание при приливании раствора щелочной Сu(ОН)₂ в щелочной среде. Реакция на пентидную связь.

Учащиеся проводят эксперимент с растворимым белком куриного яйца с Сu(ОН)₂; проводят горение шерстяной нити — твердого белка, определяют запах жженых перьев, а также осаждение белка (денатурация) концентрированными кислотами солей тяжелых металлов (CuSO₄).

в) нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых служат остатки нуклеотидов. Известны две нуклеиновые кислоты. ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, носитель информации о структуре белка, в ядре клетки в хромосомах. РНК — рибонуклеиновая кислота и в ядре и в цитоплазме, отвечает за передачу информации о структуре белка с ДНК и РНК, транспортировку аминокислот Т—РНК, Р—РНК (рибосомальная).

ДНК — двойная спираль, азотистые основания; аденин—тимин, гуанин—цитозин, сахар—дезоксирибоза. Отвечает за хранение наследственной информации.

РНК — одна спираль, азотистые основания: аденин—урацил, гуанин—цитозин, сахар—рибоза.

Макромолекулы ДНК и РНК — это гигантские углеводно-фосфатные цепи с присоединенной к ним «бахромой» азотистых оснований. Постоянный состав и комплементарность цепей молекулы ДНК в ее спирали определяет ее уникальную и фундаментальную биохимическую роль — быть хранителем всей совокупности генетической информации в каждой клетке и организме в целом. Следует знать, что состав ДНК постоянен для всех клеток данного организма в любом возрасте и в любых физиологических условиях. Он заметно отличается для различных биологических видов. Последовательность и число азотистых оснований в полинуклеотидной цепи также носит индивидуальный характер для каждого организма.

Опыт

Учащиеся подводят эксперименты с чистыми полимерами, чтобы на следующем уроке определить выданные им пластмассы и волокна, изготовленные на основе полимеров.

Последовательность работы:

1. Описать внешний вил полимера.

2. Отношение к нагреванию (размягчается, становится прозрачным, плавится, можно вытянуть нить или нет, чернеет и т. д.).

3. Горение полимера (цвет пламени, характерные признаки горения — коптящее пламя, прерывистое пламя, характерный запах, горит ли вне пламени).

4. Определение продуктов разложения (действие индикатора), обесцвечивание раствора бромной или йодной воды).

5. Для тканей проверить после сжигания, растирается ли оставшийся комочек.

Результаты

Полиэтилен — жирный на ощупь, легко размягчается при нагревании, становится прозрачным, вытягивается в нить, она непрочная, горит синеватым пламенем, распространяется запах горящей свечи (парафина), горит вне пламени.

Полистирол — хрупок, при нагревании размягчается, вытягивается в нить, горит коптящим пламенем, вне пламени горит, распространяется запах стирола, обесцвечивает раствор Вr₂ (брома) или I₂ (йода); идет легкая деполимеризация.

Полихлорвинил — размягчается при низкой горит коптящим пламенем, не горит вне пламени, разлагается с выделением хлороводорода; индикатор универсальный, изменяет цвет на розовый.

Полиметил-метакрилат — размягчается, горит с легким потрескиванием, голубое пламя, распространяется запах эфира, горит вне пламени.

Капрон — плавится, образуется твердый блестящий шарик, запах неприятный, вытягивается в нить, горит вне пламени.

Хлопок (С₆Н₁₀О₅)_n — сгорает быстро, запах жженой бумаги, пепел растирается в порошок.

Шерсть — горит быстро, запах жженых перьев, пепел растирается в порошок.

Ацетатное волокно — оплавляется вначале, а затем сгорает быстро, запах неприятный, шарик растиранию не поддается.

Лавсан — оплавляется, сгорает быстро, это полиэфирное волокно, шарик растирается, но не полностью.

III. Подведение итогов урока

IV. Домашнее задание

§ 10, подготовиться к практической работе.