Органічні речовини як основа сучасних матеріалів

Тема уроку: Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси, синтетичні каучуки, гума, штучні і синтетичні волокна.

Мета уроку: дати уявлення про властивості полімерів, показати переваги і недоліки окремих видів полімерів; з’ясувати причини широкого використання полімерів; продовжувати вчити учнів самостійно здобувати знання; розвивати вміння спостерігати, порівнювати й узагальнювати, самостійно працювати з підручником, спеціальною літературою, виступати з повідомленнями; виховувати почуття взаємодопомоги. Тип уроку: засвоєння нових знань. Обладнання: зразки різних пластмас, сірники, хімічний стакан з водою, тигельні щипці, поліетилен, пальник, розчини кислоти, лугу, калій перманганату, вироби з полімерних матеріалів, мультимедійний проектор, учнівські презентації про пластмаси.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Методи та прийоми: метод проектів, демонстрація,

Обладнання:колекції пластмас, каучуків, гуми.

.Епіграф уроку: «Широко простягає хімія руки свої у справи людські…» М.В.Ломоносов

            Хід уроку:

І. Організація класу Доброго дня! Прошу сідати. Згадаємо щось приємне, посміхнемося і почнемо наш урок. Ми живемо у ХХІ сторіччі — це нова цікава епоха, коли починають перетворюватись у дійсність найсміливіші ідеї. Ще 200 років тому назад навіть не було такого слова: «полімери». А сьогодні ми не можемо уявити своє життя без цих сполук. Тож давайте пригадаємо, що ми розуміємо під поняттям «полімери».

            ІІ. Актуалізація опорних знань («Мікрофон»)

            1. Дати визначення поняття «полімери». Полімери — речовини, макромолекули яких складаються з великої кількості ланок, що повторюються, сполучені одна з одною хімічними зв'язками. Молекулярна маса полімеру змінюється від декількох тисяч до декількох мільйонів. («Полі» — від грец. polys — «численний», «просторий». «Полімер» — від «полі» і грец. meros — «частина», «частка»).

            2. Що таке реакція полімеризації? Процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної називається полімеризацією.

            3. Як ви розумієте поняття «мономер», «структурна ланка», «ступінь полімеризації»? Вихідні низькомолекулярні речовини називаються мономерами. Частини полімеру, що повторюються, називаються структурними, або мономерними ланками. Ступінь полімеризації (n) показує, скільки молекул мономера сполучається, утворюючи полімер.

            4. Що таке поліетилен? За підвищеної температури, тиску і в присутності каталізаторів молекули етилену сполучаються одна з одною внаслідок розривання подвійного зв'язку. У спрощеному вигляді рівняння такої реакції можна зобразити так: nСН2=СН2 →( СН2 СН2 )n, поліетилен де n — ступінь полімеризації. Якщо поліетилен використовують для виготовлення пакетів, то n = 1000; штучні суглоби n = 30000000.

            5. Що ви можете сказати про молекулярну масу поліетилену? У масі полімеру є молекули довші й коротші, з вищим і нижчим ступенями полімеризації, відповідно з більшою і меншою молекулярними масами. Тому заведено говорити про середню молекулярну масу полімеру. Так, наприклад, коли етилен піддавати полімеризації під тиском 300 атм, то утворюється пластичний полімер з довжиною ланцюжків макромолекул до 1500—2000 елементарних ланок. Середня молекулярна маса такого поліетилену досягає 56 000 в.о. При тиску 1500 атм утворюється твердий поліетилен з довжиною ланцюжків макромолекул до 5000—6000 елементарних ланок і з середньою молекулярною масою понад 150 000 в.о.

            ІІ. Вивчення нового матеріалу. Властивості речовини визначаються хімічною будовою. Будову молекули поліетилену ми з'ясували. Давайте з'ясуємо, які властивості характерні для поліетилену. А також розглянемо деякі інші полімери та застосування пластмас на їхній основі.

             На минулому уроці ви об’єдналися в групи. 1 група – «Історики»; 2 група – «Статисти»; 3 група – «Лаборанти»; 4 група – «Винахідники» 5 група – «Практики»; 6 група – «Екологи». Кожна група отримала своє завдання.

             Група «Історики» з’ясовувала все про історію розвитку науки про полімери. Своє дослідження ця група презентувала у вигляді буклетів, що знаходяться на ваших столах. Термін «полімери» було введено в науку Йонесом Якобом Берцеліусом у 1833 році (Й.Я.Берцеліус (1779— 1848), шведський вчений і мінеролог, іноземний почесний член Петербургзської АН (1820)), для позначення особливого виду ізомерії, за якої речовини, що мають однаковий склад, мають різну молекулярну масу, наприклад, етилен і бутилен, кисень і озон. Таке визначення терміна не відповідає сучасним уявленням про полімери. «Істинні синтетичні полімери» на той час ще не були відомі. Ряд полімерів було отримано ще в першій половині XIX ст. Проте хіміки тоді, звісно, намагалися пригнітити полімеризацію і поліконденсацію, які призводили до «осмолення» продуктів основної хімічної реакції, тобто до утворення полімерів (і дотепер полімери часто називають «смолами»). Перші згадки про синтетичні полімери відносяться у часі до 1838 р. (полівінілхлорид) і 1839 р. (полістирол). Хімія полімерів виникла тільки зі створенням О.М. Бутлеровим теорії хімічної будови. Він вивчав зв'язок між будовою і відносною стійкістю молекул, що має місце у реакціях полімеризації. Поштовх до подальшого свого розвитку наука про полімери дістала головним чином завдяки інтенсивним пошукам способів синтезу каучуку, які здійснювали найвидатніші вчені багатьох країн (Г.Бушарда, У.Тілден До Гаррієс, І.Л.Кондаков, С.В.Лебедєв тощо). В 30-х роках було доведено існування вільного радикального й іонного механізму полімеризації. Велика роль у формуванні уявлень про реакції поліконденсації відводиться роботам І.Корозерса. З початку 20-х років XX століття розвиваються також теоретичні уявлення про будову полімерів. Автором принципово нового уявлення про полімери як про речовини, що складаються з макромолекул, часточок надзвичайно великої молекулярної маси, був Г.Штаудінгер. Перемога ідей цього вченого примусила науковий світ розглядати полімери як якісно новий об'єкт дослідження хімії і фізики.

               Група «Статисти» визначала класифікацію полімерів. За походженням полімери поділяють на: - природні (біополімери): білки, НК, каучук; - штучні: штучний шовк, добутий з целюлози; - синтетичні: поліетилен, поліпропілен, фенол-формальдегідні смоли тощо. За формою молекули полімерів бувають: - лінійні: поліетилен, каучук натуральний; - розгалужені: амілопектин, крохмаль; - сітчасті: епоксидні смоли. За своєю природою полімери бувають: - органічні; - елементорганічні; - неорганічні. Одержують полімери методом: - полімеризації; - поліконденсації. Полімери мають специфічні властивості: - утворюють анізотропні волокна і плівки; - високу еластичність. Висновок: Таким чином, найважливішими характеристиками полімерів є: - хімічний склад; - молекулярна маса; - ступінь розгалуженості й гнучкості макромолекул. Від цих характеристик істотно залежать властивості полімерів.

              Група «Лаборанти» досліджувала фізичні та хімічні властивості поліетилену, вплив на нього кислот та лугів, окисників; відношення до нагрівання. (Демонстрація) - Фізичні властивості, розчинення у воді. Поліетилен значно легший за воду, еластичний у тонкому шарі, безбарвний, прозорий, на дотик трохи жирний, нагадує парафін, у воді не розчиняється, не проводить електричний струм. Поліетилен - доволі міцний матеріал. Плівку з поліетилену можна зігнути, зім’яти, але важко розірвати. - Взаємодія з кислотами, лугами, окисниками. Поліетилен стійкий проти дії кислот, лугів, бромної води, розчину перманганату калію і тим самим нагадує насичені вуглеводні, до яких, власне, і належить за своєю хімічною будовою. - Відношення до нагрівання. Поліетилен легко розм'якшується при нагріванні. Плавиться у межах 102-105оС або 125 - 137 оС, залежно від способу добування полімеру. Горить синюватим полум'ям, при цьому виділяється запах (паленого) розплавленого парафіну. У розплавленому стані поліетилену можна надати будь-якої форми, що зберігається після тверднення полімеру. Така властивість називається термопластичністю. Висновки. Поліетилен являє собою пластичну тверду речовину з високими механічними і діелектричними властивостями, термопластичний, відзначається високою стійкістю до дії органічних розчинників, розведених кислот, лугів і окисників, а також газо- і волого непроникністю, за високих температур розм'якшується і горить, у тонкому шарі добре пропускає ультрафіолетові промені. Застосовується: - як діелектрик для ізоляції електропроводів і кабелів; - як пакувальний матеріал для різних виробів і продуктів харчування; - в сільському господарстві при будівництві теплиць, для покриття плодово-ягідних культур і саджанців від замерзання; - виготовлення посуду і водогінних труб; - виготовлення тари для зберігання хімічно агресивних рідин тощо.

              Група «Винахідники» знайомилася з кількома іншими полімерами, крім поліетилену (поліпропіленом, полівінілхлоридом, політетрафторетиленом). Поліпропілен Близький за властивостями до поліетилену. Твердий, жирний на дотик, білого кольору термопластичний матеріал. На відміну від поліетилену плавиться при більш високій температурі (160-170ºС). Утворюється внаслідок полімеризації пропілену. ( СН2 СН )n CН3 З поліпропілену виготовляють деталі машин, труби, плівку, риболовні сітки, побутові вироби, волокна. Недоліком цієї пластмаси є чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді. Поліхлорвініл, полівінілхлорид (ПВХ), поліхлорвінілова смола — термопластичний полімер, продукт полімеризації хлорвінілу CH2=CHCl. Щоб одержати з поліхлорвінілу м'який матеріал, його змішують з пластифікатором. В присутності органічних пероксидних сполук при 40 °C і тиску 5 атм хлорвініл легко полімеризується в еластичну масу, яку й називають поліхлорвініловою смолою. Структурна формула поліхлорвінілу: ( СН2 СН )n Cl Поліхлорвініл досить стійкий проти дії кислот і лугів. Він має високі діелектричні властивості, практично не горить, легко фарбується, міцний. На основі поліхлорвінілу виготовляють пластмаси (вініпласт, пластикат). Їх застосовують для ізоляції електричних провідників, виробництва лінолеуму, штучної шкіри, металопластикових вікон, газоводогінних труб тощо. Поліхлорвініл порівняно легко розкладається при нагріванні, виділяючи хлористий водень. Істотним недоліком ПВХ є низька теплостійкість (не вище 70 °C). При низьких температурах пластифікат втрачає міцність, а при високих різко погіршує свої діелектричні властивості. Політетрафторетиле́н (ПТФЕ, фторопла́ст-4) (-CF2-)n, також відомий під торговою маркою тефло́н — полімер, пластична маса, що використовується в різних областях науки, техніки і в побуті. Речовина була винайдена в 1930-ті роки. В 1946 році американська компанія DuPont дала назву тефлон. Патент на винахід тефлону належить DuPont. F F ( С С )n F F Тефлон — біла, в тонкому шарі прозора речовина, що зовні нагадує парафін або поліетилен. Характеризується високою тепло- і морозостійкістю, залишається гнучким і еластичним при температурах від —250 до +250 °C, що дає змогу застосовувати його як ізоляційний матеріал в багатьох галузях. Тефлон має дуже низький поверхневий натяг і адгезію і не змочується ні водою, ні жирами, ані більшістю органічних розчинників. За своєю хімічною стійкістю перевищує всі відомі синтетичні матеріали і благородні метали. Тому його називають «органічною платиною». Не руйнується під впливом лугів, кислот і навіть «царської водки» (суміші нітратної і хлоридної кислот). Руйнується розплавами лужних металів, фтором і трифторидом хлору. Неотруйний, світлостійкий. Тефлон застосовують в хімічній, електротехнічній і харчовій промисловості, в медицині. Тефлон широко використовується у високочастотній техніці, оскільки, на відміну від близьких за властивостями поліетилену або поліпропілену, має дуже низький коефіцієнт зміни коефіцієнта діелектричної проникності залежно від температури, а також украй низькі діелектричні втрати. Ці властивості, разом з теплостійкістю, обумовлюють його широке застосування у військовій і аерокосмічній техніці. Фторопласт (тефлон) — прекрасний антифрикційний матеріал, з коефіцієнтом тертя ковзання найменшим з відомих доступних конструкційних матеріалів (навіть меншим, ніж у танучого льоду). Проте через м'якість і текучість він непридатний для дуже навантажених підшипників і в основному використовується в приладобудуванні. Відомі мастила з введеним в їх склад дрібноодисперсним фторопластом. Їх відрізняє те, що наповнювач, осідаючи на металевих поверхнях, що труться, дозволяє у ряді випадків якийсь час працювати механізмам з системою мастила, що повністю відмовила, тільки за рахунок антифрикційних властивостей фторопласту. Завдяки низькій адгезії, незмочуваності і термостійкості тефлон у вигляді покриття широко застосовується для виготовлення посуду (сковорід, каструль, чайників тощо). Використовується також при виготовленні килимів, парасольок, плащів, курток, куль і багатьох інших предметів. Тефлонове покриття не характеризується великою міцністю, тому при приготуванні їжі в такому посуді слід використовувати тільки м'які — дерев'яні, пластикові або покриті шаром пластика — приладдя (лопатки, ополоники тощо). Посуд з тефлоновим покриттям потрібно мити в теплій воді м'якою губкою, з додаванням рідкого миючого засобу, без використання абразивних губок або чистячих паст.

             Група «Практики» знайомилася з використанням полімерів. Щоб надавати полімеру потрібних експлуатаційних властивостей, тобто перетворити його на пластмасу, матеріал, з якого можна виготовляти різні вироби, в полімерну масу добавляють спеціальні речовини. Наприклад, завдяки пластифікаторам твердий полімер перетворюється на еластичний матеріал. Щоб зробити пластичну масу поруватою, до неї додають піноутворювачі, в результаті розкладання яких виділяються гази; таким чином виготовляють пінопласти. Для підвищення термо-, світло- і хімічної стійкості добавляють стабілізатори й антиоксиданти, для забарвлення – пігменти, щоб запобігти наелектризованості – антистатики; у пластмаси вводять також наповнювачі – кварц, крейду, волокна тощо. Завдяки різним добавкам з того самого полімеру можна виробляти різні за властивостями матеріали, а з них виготовляти різні вироби, наприклад деталі конструкцій і взуття. Пластмаси належать до найважливіших сучасних матеріалів, що застосовуються в техніці, сільському господарстві, побуті. Це зумовлено тим, що вони мають властивості, завдяки яким їх використання є економічно вигідним. До них належать: низька густина (легкість), хімічна стійкість, низька теплопровідність, легкість забарвлювання, високі оптичні якості, а також можливість змінювати ці властивості в широких межах через зміну структури полімерів. Величезні достоїнства пластмас полягають у технічній і технологічній простоті виготовлення виробів, маловідхідності методів добування і переробки, низькій енергоємності цих процесів, а звідси – високій продуктивності виробництва. Експлуатаційні недоліки пластмас пов’язані переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю. Використання поліетилену, наприклад, обмежується його низькою температурою плавлення. Полімери в сільському господарстві. Сьогодні можна говорити щонайменше про чотири основних напрями використання полімерних матеріалів у сільському господарстві. І у вітчизняній, і в світовій практиці перше місце належить плівкам. Поліетиленові плівки — прозорі чи напівпрозорі, добувають із розплаву поліетилену методом екструзії. Стійкі до низьких температур, паро- і вологонепроникні. Застосовують для упаковування (харчових продуктів), при будівництві парників, як електроізоляційний матеріал. Завдяки застосуванню пульсуючої перфорованої плівки на полях врожайність деяких культур підвищується до 30%, а терміни дозрівання швидшають на 10—14 днів. Використання поліетиленової плівки для гідроізоляції штучних водосховищ забезпечує істотне зниження втрат вологи, що запасається. Укриття плівкою сінажу, силосу грубих кормів забезпечує їх краще збереження навіть за несприятливих погодних умов. Але головна область використання плівкових полімерних матеріалів в сільському господарстві — будівництво і експлуатація плівкових теплиць. Сьогодні стало технічно можливим випускати полотнища плівки завширшки до 16 м, а це дає змогу будувати плівкові теплиці завширшки до 7,5 м і завдовжки до 200 м. У таких теплицях можна всі с/г роботи проводити механізовано; більше того, у цих теплицях можна вирощувати рослинну продукцію цілорічно. За холодів теплиці обігріваються знову-таки за допомогою полімерних труб, закладених у ґрунт на глибині 60—70 см. Поліетиленові плівки вирізняються кращою світлопроникністю, але гіршою погодостійкістю і порівняно високими тепловтратами. Вони можуть справно служити лише 1—2 сезони. Інша область широкого застосування полімерних матеріалів у сільському господарстві - меліорація. Тут і різноманітні форми труб і шлангів для поливу, особливо для самого прогресивного у даний час краплинного зрошення; тут і перфоровані пластмасові труби для дренажу. Цікаво відзначити, що термін служби пластмасових труб у системах дренажу в 3-4 рази довше, ніж відповідних керамічних труб. Також використання пластмасових труб, особливо з гофрованого полівінілхлориду, дозволяє майже цілком виключити ручну працю при прокладці дренажних систем. Два інших головних напрямки використання полімерних матеріалів у сільському господарстві - будівництво, особливо тваринницьких приміщень, і машинобудування. Вівці в синтетичних шубах. Вівця, як відомо, тварина нерозсудлива. А надто — меринос. Знає ж бо, що шерсть потрібна господарю чистою, а все-таки то в пилюці виваляється, то, продираючись крізь кущі, колючок на себе начіпляє. Мити і чистити овечу вовну після стрижки — процес складний і трудомісткий. Щоб спростити його та захистити шерсть від забруднень, австралійські вівчарі винайшли попону із поліетиленової тканини. Надягають її на вівцю відразу після стрижки і затягують гумовими застібками. Вівця росте, і шерсть на ній росте, розпирає попону, гумки слабшають, і попона весь час як за міркою пошита. Та ото біда — під австралійським сонцем сам поліетилен кволим стає. І з цим упоралися, скориставшись амінними стабілізаторами. Залишилося ще привчити вівцю не рвати поліетиленову тканину, чіпляючись за колючки і тини. Нумеровані тварини. У 1975 р. було уведено правило: вся велика рогата худоба, а також вівці й кози в державних господарствах Чехії і Словаччини мають носити в вухах сережки — пластмасові таблички із записаними на них основними даними про тварину. Ця нова форма реєстрації тварин повинна замінити таврування, що застосовувалося раніше. Мільйони пластмасових табличок мають випускати артілі місцевої промисловості. Синтетична травичка Традиційно прийнято багато спортивних заходів проводити на майданчиках із трав'яним покриттям. Футбол, теніс, крокет... На жаль, динамічний розвиток спорту, пікові навантаження біля воріт чи біля сітки приводять до того, що трава не встигає підрости від одного змагання до іншого. І ніякі хитрування садівників не можуть з цим справитися. Можна, звичайно, проводити аналогічні змагання на площадках, скажемо, з асфальтовим покриттям, але як же бути з традиційними видами спорту? На допомогу прийшли синтетичні матеріали. Поліамідну плівку товщиною 1/40 мм (25 мкм) нарізають на смужки шириною 1,27 мм, витягають їх, ізвивають, а потім переплітають так, щоб одержати легку об'ємну масу, що імітує траву. Щоб уникнути пожежі до полімеру заздалегідь додають вогнянозахисні властивості, а щоб з-під ніг у спортсменів не посипалися електричні іскри -антистатик. Килимки із синтетичної трави наклеюють на підготовлену підставу - і от зам готовий трав'яний чи корт футбольне поле, чи інша спортивна площадка. А в міру зносу окремі ділянки ігрового поля можна заміняти новими килимками, виготовленими по тій же технології і того ж зеленого кольору. Полімери в машинобудуванні Використання полімерних матеріалів у машинобудуванні росте такими темпами, які не знають прецеденту у всій людській історії. Полімерам стали довіряти усе більш і більш відповідальні задачі. З полімерів стали виготовляти усе більше дрібних, але конструктивно складних і відповідальних деталей машин і механізмів, і в той же час усе частіше полімери стали застосовуватися у виготовленні великогабаритних корпусних деталей машин і механізмів, що несуть значні навантаження. Згадаємо лише один примітний факт: кілька років назад по Москві ходив цільнопластмасовий трамвай. А ось інший факт: чверть усіх дрібних судів - катерів, шлюпок, човнів - тепер будується з пластичних мас. До недавніх пір широкому використанню полімерних матеріалів у машинобудуванні перешкоджали два недоліки полімерів: їх низька (у порівнянні з марочними сталями) міцність і низька теплостійкість. Рубіж міцносних властивостей полімерних матеріалів вдалося перебороти переходом до композиційних матеріалів. Так що тепер вираз «пластмаса міцніша за сталь» звучить цілком обґрунтовано. В той же час полімери зберегли свої позиції при масовому виготовленні величезного числа тих деталей, від яких не потрібна особливо висока міцність: заглушок, штуцерів, ковпачків, рукояток, шкал і корпусів вимірювальних приладів. Ще одна область, специфічна саме для полімерів, де чіткіше всього виявляються їхні переваги перед будь-якими іншими матеріалами, - це область внутрішньої і зовнішньої обробки. Те ж саме можна сказати і про машинобудування. Майже три чверті внутрішньої обробки салонів легкових автомобілів, автобусів, літаків, річкових і морських судів і пасажирських вагонів виконується нині з декоративних пластиків, синтетичних плівок, тканин, штучної шкіри. Більш того, для багатьох машин і апаратів тільки використання антикорозійної обробки синтетичними матеріалами забезпечило їх надійну, довгострокову експлуатацію. Наприклад, багаторазове використання виробу в екстремальних фізико-технічних умовах (космосі) забезпечується, зокрема, тим, що вся його зовнішня поверхня вкрита синтетичними плитками, до того ж приклеєними синтетичним поліуретановим чи поліепоксидним клеєм. А апарати для хімічного виробництва? У них всередині бувають такі агресивні середовища, що ніяка марочна сталь не витримала б. Єдиний вихід - зробити внутрішнє облицювання чи з платини, чи з плівки фторопласта. Гальванічні ванни можуть працювати тільки за умови, що вони самі і конструкції підвіски покриті синтетичними смолами і пластиками. Широко застосовуються полімерні матеріали й у таких галузях народного господарства, як приладобудування, виробництво гальмових систем для транспорту. Практично всі функціональні деталі гальмових систем для автомобілів і близько 45% для залізничного рухливого складу робляться із синтетичних прес-матеріалів. Близько 50% деталей обертання і зубчастих коліс виготовляється з міцних конструкційних полімерів. Все частіше з'являються повідомлення про виготовлення зубчастих коліс для тракторів з капрону. Обривки відслуживших своє рибальських сіток, старі панчохи та капронові волокна переплавляють і формують у шестірні. Ці шестірні можуть працювати майже без зносу в контакті зі сталевими, крім того така система не має потребу в змащенні і майже безшумна. Перше місце по темпах росту застосування пластичних мас у машинобудуванні займає зараз автомобільна промисловість. Перелік деталей автомобіля, що у тих чи інших моделях у наші дні з виготовляють з полімерів, зайняв би не одну сторінку. Кузови і кабіни, інструменти й електроізоляція, обробка салону і бампери, радіатори і підлокітники, шланги, сидіння, дверцята, капот. Більш того, кілька різних фірм за кордоном вже оголосили про початок виробництва цільнопластмасових автомобілів. Найбільш характерні тенденції в застосуванні пластмас для автомобілебудування, загалом, ті ж, що й в інших підгалузях. По-перше, це економія матеріалів: безвідхідне чи маловідхідне формування великих блоків і вузлів. По-друге, завдяки використанню легких і полегшених полімерних матеріалів знижується загальна вага автомобіля, а виходить, буде заощаджуватися пальне при його експлуатації. По-третє, виконані як єдине ціле, блоки пластмасових деталей істотно спрощують зборку і дозволяють заощаджувати живу працю. До речі, ті ж переваги стимулюють і широке застосування полімерних матеріалів в авіаційній промисловості. Наприклад, заміна алюмінієвого сплаву графітопластиком при виготовленні підкрилка крила літака дозволяє скоротити кількість деталей з 47 до 14, кріплення - з 1464 до 8 болтів, знизити вагу на 22%, вартість - на 25%. При цьому запас міцності виробу складає 178%. Лопасті вертольота, лопатки вентиляторів реактивних двигунів рекомендують виготовляти з поліконденсаційних смол, наповнених алюмосилікатними волокнами, що дозволяє знизити вагу літака при збереженні міцності і надійності. За англійським патентом№ 2047188 покриття несущих поверхонь літаків чи лопат роторів вертольотів шаром поліуретану товщиною всього 0,65 мм у 1,5-2 рази підвищує їхню стійкість до дощової ерозії. Тверді вимоги були поставлені перед конструкторами першого англо-французького надзвукового пасажирського літака “Конкорд”. Було розраховано, що від тертя об атмосферу зовнішня поверхня літака буде розігріватися до 120-150° С, і в той же час було потрібно, щоб вона не піддавалася ерозії протягом щонайменше 20000 годин. Рішення проблеми було знайдено за допомогою поверхневого покриття захисту літака найтоншою плівкою фторопласта. Пластмасові ракети Оболонку двигуна ракет виготовляють з вуглепластика, намотуючи на трубу стрічку з вуглеволокна, попередньо просочену епоксидними смолами. Після затвердіння смоли і видалення допоміжного сердечника одержують трубу зі змістом вуглеволокна більше двох третин, досить міцну на розтягання і вигин, стійку до вібрацій і пульсації. Залишається начинити заготівлю ракетним паливом, приладити до неї відділ для приладів і фотокамер, і можна відправляти її в політ. Пластмасовий шлюз На одному з каналів у районі Бідгоща встановлений перший у Польщі (а ймовірно, і перший у світі) цільнопластмасовий шлюз. Працює шлюз бездоганно. Пластмасові елементи розраховані на більш ніж 20-літній термін експлуатаційної служби. Конструкції ж з дубових балок приходилося змінювати кожні 6 років.

            Група «Екологи» шукала відповідь на питання: куди подіти використані й непридатні вироби з полімерних матеріалів? ХХ століття називають віком полімерів. І це не випадково. Важко назвати хоча б одну галузь сучасної науки, техніки, виробництва чи побуту, де вони б не використовувалися. Однак це зумовило нову актуальну проблему: куди подіти використані й непридатні вироби з полімерних матеріалів? Адже, на відміну від клітковини і білків, вони не гниють і не споживаються мікроорганізмами. Уже зараз у Світовому океані плавають мільйони поліетиленових пляшок. Якщо подібне засмічення океану продовжуватиметься й далі, то в недалекому майбутньому для морських суден треба буде прокладати шлях за допомогою спеціальних тральщиків. Захаращення Світового океану пластмасовою тарою стало однією з причин вимирання велетенських морських черепах, головним харчем для яких є медузи. Виявилося, що черепахи помилково приймають за медуз напівпрозорі у воді поліетиленові пакети і ковтають їх. Так, під час розтину однієї із загиблих черепах у її шлунку знайшли аж… 15 поліетиленових пакетів! Японські хіміки розробили спосіб переробки відходів поліетилену на пальне. Для цього використані поліетиленові вироби – тару, труби, плівку, електроізоляцію тощо розтоплюють, додають порошок нікелю і утворену суміш нагрівають за 500ºС. При цьому відбувається каталітичний крекінг – розщеплення довгих полімерних ланцюгів на уламки з невеликою кількістю карбонових атомів. У результаті утворюється суміш газуватих і рідких вуглеводнів (бензин, гас). Результатом роботи всіх груп став випуск газети «ПОЛІМЕР».

            ІІІ. Закріплення набутих знань.

            Учитель. Давайте поміркуємо:

1. Чи можна шити одяг з поліетилену?

            Учні. 1. Одяг повинен бути гігроскопічним, добре всмоктувати і пропускати вологу. Поліетилен водо- і паронепроникний. Тому одяг з поліетилену не варто носити. 2. Поліетилен пропускає ультра- і радіоактивне проміння. Тому в такому одязі людина весь час засмагає. А загоряти рекомендується в ранкові (10—12.00) і вечірні (16— 18.00) години. 3. Поліетилен легко плавиться і горить, тому поліетиленова сукня небезпечна загрозою займання. 4. Поліетилен погано проводить тепло, тому в такому платті легко дістати тепловий удар тощо. 5. Але його можна використовувати як захист (наприклад, фартух) при роботі з хімічними реактивами, або під час дощу (плащ).

            Учитель. Синтетичний одяг має і ряд переваг перед натуральним: А) не мнеться; Б) не вицвітає (не втрачає колір); В) легко переться; Г) дешевий. Тому ми носимо одяг із синтетичних тканин: капрону, нейлону, віскози, лавсану тощо. Учитель. Для пошиття елегантних сумок, валіз використовують штучну шкіру, яку виготовляють з полівінілхлориду. Чому не рекомендують шити взуття зі штучної шкіри?

            Учні. В штучній шкірі немає пор, тому вона не «дихає», і ноги в такому взутті дуже пітніють, а це шкодить здоров'ю. Учитель. Дедалі частіше на прилавках магазинів з'являються овочі, фрукти, упаковані в плівку. Яким вимогам повинна відповідати ця плівка? Учні. Насамперед — санітарно-гігієнічним і мати високу проникність по відношенню до кисню та водяної пари. Цій вимозі відповідає полівінілхлорид. Формула його мономеру та полімеру: nСН2=СН → ( СН2—СН )n СІ СІ

Учитель. Зайшовши в будь-який магазин чи кіоск, можна побачити у широкому виборі пластмасові пляшки, заповнені напоями. Яким вимогам повинна відповідати пластмаса, з якої виготовляють пляшки? Напишіть формулу мономеру та полімеру.

            Учні. Передусім санітарно-гігієнічним і мати низьку проникність для С02, щоб при тривалому зберіганні він не вивітрювався і вода не втрачала своїх якостей. Виготовляють ці пляшки із поліакрилонітрилу — нітрилу акрилової кислоти: nСН2=СН → ( СН2—СН )n NС СN Скакалки — виготовляють із стиролу, галоші — з гуми (вулканізованого каучуку), доміно — з фенолформальдегідних смол тощо.

            Розгадати кросворд. 

1. На що перетворюють полімер, аби надати йому потрібних експлуатаційних властивостей?

2. Вид пластмаси, що використовується в машинобудуванні, основними недоліками якої є: чутливість до світла, кисню, крихкість на холоді.

3. Полімер на основі етилену.

4. Порувата пластмаса.

5. Етилен в реакціях полімеризації.

6. Полімерний матеріал, який виготовляють з тетрафторетилену, друга назва якого — органічна платина.

7. Подібний за складом, хімічною будовою до поліетилену, вищий вуглеводень.

8. Мономер поліетилену.

Відповіді.

1. Пластмаса.

2. Поліпропілен.

3. Поліетилен.

4. Пінопласт.

5. Мономер.

6. Тефлон.

7. Парафін.

8. Етилен.

            Дати відповідь на запитання(1 група → 2 група → 3 група → 4 група → 5 група→6 група→1 група) :

1. Що спільного між бавовною, каучуком, полівінілхлоридом та жувальною гумкою? (Полімери)

2. На відміну від етилену поліетилен не знебарвлює бромної води. Чому?

3. Що таке пластмаса? 4. Для надання пластмасі потрібного забарвлення використовують...(пігменти)

5. Для підвищення термо-, світло- і хімічної стійкості пластмас використовують...(стабілізатори та антиоксиданти) 6. З чим пов’язані експлуатаційні недоліки пластмас? (Переважно з їхньою низькою термостійкістю, горючістю, крихкістю) (Запитання ставиться конкретному учневі. Якщо він не зможе відповісти, право відповіді отримують інші учні групи.)

            Висновки.

            Учитель: Чи справедливий вислів М.В. Ломоносова: «Широко простягає хімія руки свої у справи людські»?

            Учні: Так. Адже на сьогоднішньому уроці ми розглянули лише кілька полімерів з величезної їх кількості. А вони застосовуються практично у всіх галузях народного господарства. У сільському господарстві, наприклад, зберігають добрива в упаковках з поліетилену. Завдяки хімічній стійкості поліетилену з нього виготовляють різні труби, деталі в хімічному приладобудуванні, ємкості для зберігання і перевезення хімічно активних рідин. Як добрий діелектрик він широко використовується для ізоляції електропроводів і кабелів, що застосовуються в різних засобах зв’язку, високочастотних установках. З поліетилену виробляють багато предметів побутового призначення: фляги, кухлі, пакети тощо. Ми не можемо зараз уявити свій побут без посуду з тефлоновим покриттям, без пакетів для сміття, без одягу із синтетичних матеріалів. Як ми переконалися, всі ці речі виготовлені на основі полімерів.

            Учитель: Хімія створює матеріали, промисловість виготовляє вироби з цих матеріалів, а людина застосовує їх. Сьогодні ми з вами переконалися, що наше життя вже не можна уявити без використання полімерних матеріалів, але при недбалому використанні в результаті забруднення навколишнього середовища ці помічники людини можуть стати її ворогами. Тому не забувайте: майбутнє залежить від людини.

            Домашнє завдання:

1. Вивчити §12-14.

2. Створити рекламу виробів з поліетилену та інших полімерів.