Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Polimerlar, kauchuk, tolalar

Polietilen paket, shina va paxta tolasi qanday tuzilgan va qayerga ketadi?

Vaziyat

Bozordan qaytgan sumkada — polietilen paket, PVX quvur bo‘lagi, polistirol stakan va paxtadan to‘qilgan ro‘mol. Hovlida eski avtomobil shinasi turibdi. Ularning hammasi polimerlar: minglab kichik molekulalar (monomerlar) zanjirga ulanib hosil bo‘lgan ulkan molekulalar. Nega paket qizdirilsa yumshaydi, shina esa erimaydi? Paxta yonganda kuygan qog‘oz, jun yonganda kuygan soch hidi nega chiqadi? Ishlatilgan plastik va qog‘oz qayerga ketadi va ulardan yana nima olish mumkin?

Mavzu

Polimerlar, kauchuk va tolalar; chiqindilarni qayta ishlash. Polietilen paket, PVX quvur, avtomobil shinasi va paxta tolasi: polimerlar qanday hosil bo‘ladi va qayerga ketadi

Asosiy tushunchalar

Polimerlanish darajasi n
Vulkanlash
Tola va qayta ishlash

Formulalar

M = n \cdot M_{monomer}

Polimerning o‘rtacha molyar massasi: $n$ — polimerlanish darajasi (zanjirdagi zvenolar soni).

n CH_{2} = CH_{2} \overset{\overset{}{t, p, kat \cdot}}{\to} (- CH_{2} - CH_{2} -)_{n}

Polimerlanish: qo‘sh bog‘lar ochilib, monomerlar zanjirga ulanadi.

n CH_{2} = C (CH_{3}) - CH = CH_{2} \overset{}{\to} (- CH_{2} - C (CH_{3}) = CH - CH_{2} -)_{n}

Tabiiy kauchuk — sis-1,4-poliizopren; oltingugurt bilan vulkanlansa — rezina.

n H_{2} N - (CH_{2})_{5} - COOH \overset{}{\to} [- NH - (CH_{2})_{5} - CO^{-}]_{n} + n H_{2} O

Polikondensatlanish (kapron): zanjir o‘sganda suv ajraladi.

C_{6} H_{12} O_{6} \overset{\overset{}{bakteriyalar}}{\to} 3 CH_{4} + 3 CO_{2}

Organik chiqindilardan biogaz: bakteriyalar havosiz sharoitda metan hosil qiladi.

Nazariya

Polimer, monomer, polimerlanish darajasi

Polimer — ko‘p marta takrorlanuvchi bir xil bo‘laklardan (elementar zvenolardan) tuzilgan yuqori molekulyar birikma; uni hosil qiluvchi kichik molekula — monomer. Zanjirdagi zvenolar soni $n$ — polimerlanish darajasi, $M = n \cdot M_{monomer}$ . Bitta namunada zanjirlar turli uzunlikda bo‘ladi, shuning uchun $n$ va $M$ — o‘rtacha qiymatlar. Polimerlanish — to‘yinmagan monomerlarning qo‘sh bog‘i ochilib zanjirga ulanishi (etilen → polietilen, propilen → polipropilen, vinilxlorid → PVX, stirol → polistirol); polikondensatlanish — zanjir o‘sganda suv kabi kichik molekula ajraladi (kapron, lavsan, fenolformaldegid smolalari). Kelib chiqishiga ko‘ra polimerlar tabiiy (kraxmal, sellyuloza, oqsillar, tabiiy kauchuk), sun’iy (tabiiy polimerdan kimyoviy o‘zgartirib: viskoza, asetat) va sintetik; tuzilishiga ko‘ra chiziqli, tarmoqlangan va to‘rsimon (choklangan) bo‘ladi. Chiziqli va tarmoqlangan polimerlar qizdirilsa yumshaydi va qayta shakllanadi (termoplastlar: PE, PP, PVX, PS), to‘rsimonlari erimaydi (rezina, ebonit, fenoplastlar).

Kauchuk va rezina (2.12)

Tabiiy kauchuk — Braziliya geveyasi daraxti shirasidan (lateks) olinadi, u sis-1,4-poliizopren ${(- CH_{2} - C (CH_{3}) = CH - CH_{2}^{-})}_{n}$ : zanjirlar yumaloq o‘ralgan, cho‘zilsa to‘g‘rilanadi. Xom kauchuk issiqda yopishqoq, sovuqda mo‘rt, cho‘zilganda zanjirlar bir-birining ustidan sirpanib, shakli qaytmaydi. 1839-yilda Ch. Gudyir kauchukni oltingugurt bilan qizdirib, vulkanlash usulini topdi (patent — 1844): qo‘sh bog‘lar hisobiga zanjirlar orasida oltingugurt «ko‘prikchalari» hosil bo‘ladi — to‘rsimon tuzilish. Bir necha foiz oltingugurt — elastik rezina (shina, rezina buyumlar), 25–50 % — qattiq ebonit. Sintetik kauchuklar: S.V. Lebedev usulida butadiyen kauchugi (1932), izopren, butadiyen-stirol kauchuklari. Shina rezinasiga mustahkamlik uchun qurum (texnik uglerod) qo‘shiladi. Trans-1,4-poliizopren — guttapercha: u elastik emas.

Tabiiy va sun’iy tolalar (3.22)

Tabiiy tolalar: o‘simlik tolalari — paxta, zig‘ir (asosan sellyuloza; quruq paxta tolasining taxminan 90–96 % i), hayvon tolalari — jun va tabiiy ipak (oqsillar). Kimyoviy tolalar: sun’iy — tabiiy polimerni qayta ishlab: viskoza (sellyuloza eritilib, qayta cho‘ktiriladi), asetat (sellyuloza asetati); sintetik — sintetik polimerlardan: kapron (poliamid, neylon-6), lavsan (poliefir — polietilentereftalat, PET; undan ichimlik butilkalari ham qilinadi), nitron. Sintetik tolalar mustahkam, chirimaydi, kuya yemaydi, lekin havo va namni yomon o‘tkazadi. O‘zbekiston — yirik paxta yetishtiruvchi mamlakat; paxta tolasidan ip, gazlama, paxta sellyulozasidan esa sun’iy tolalar va porox olinadi.

Tolalarni yonishiga qarab aniqlash (amaliy)

Namunadan bir necha tolani qisqich bilan olib, spirt lampasi alangasiga tutamiz va kuzatamiz. Paxta, viskoza: tez yonadi, olovdan chiqarilsa ham yonadi, kuygan qog‘oz hidi, yumshoq kulrang kul. Jun, ipak: sekin yonadi, chirsillaydi, olovdan chiqarilsa o‘chadi, kuygan soch (pat) hidi, qora mo‘rt sharcha — barmoqda uqalanadi (oqsil). Asetat: eriydi va yonadi, sirka hidi, qattiq qo‘ng‘ir sharcha. Kapron: avval eriydi, tomchilaydi, qattiq yaltiroq sharcha qoladi. Lavsan: eriydi, tutunli alanga bilan yonadi, qattiq qora sharcha. Xavfsizlik: tajribani tortish shkafida yoki shamollatiladigan joyda, ozgina namuna bilan, qisqich bilan ushlab bajaring; erigan sintetik tomchilar teriga yopishib kuydiradi — namuna ostiga sopol plitka qo‘ying; hidni qo‘l bilan elpib aniqlang.

Organik chiqindilar va qayta ishlash (4.2–4.3)

Plastiklar tabiatda juda sekin — o‘nlab va yuzlab yillar davomida parchalanadi. Shuning uchun ular saralanadi: buyumdagi uchburchak ichidagi raqam (1 — PET, 2 — PE-HD, 3 — PVC, 4 — PE-LD, 5 — PP, 6 — PS, 7 — boshqalar) polimer turini bildiradi. Mexanik qayta ishlash: yuviladi, maydalanadi, eritilib granula qilinadi (PET, PE, PP eng oson qayta ishlanadi). Kimyoviy qayta ishlash: piroliz yoki depolimerlash — yana monomer yoki yoqilg‘i olinadi. PVX yoqilsa $HCl$ ajraladi, shuning uchun uni oddiy usulda yoqib bo‘lmaydi. Qog‘oz (4.3-amaliy): makulatura suvda ivitiladi, bo‘tqa qilinadi, tolalar elakli ramkada ilib olinadi, siqiladi va quritiladi; har safar tolalar biroz qisqaradi — qog‘ozni amalda taxminan 5–7 marta qayta ishlash mumkin, so‘ng yangi tola qo‘shiladi. Oziq-ovqat va o‘simlik qoldiqlari kompostga aylantiriladi yoki havosiz sharoitda bijg‘itilib biogaz (asosan metan) olinadi.

Model chegaralari

Molekulalar haqiqiy bog‘ uzunliklari va burchaklarida (1 Å ≈ 4 sm); haqiqiy zanjirda zvenolar minglab, bu yerda — uchtasi. Zanjirlar uzunligi taqsimoti Flori taqsimoti (radikal polimerlanishda zanjir disproporsiyalanib uzilganda) deb olingan. Kauchuk to‘ri — sxematik: zanjirlar munchoq-modelda, cho‘zilishda hajm saqlanadi, kuchlanish $σ = G (λ - 1 / λ^{2})$ , $G$ ning oltingugurt ulushiga bog‘liqligi va uzilish nuqtalari — taxminiy. Tolalarning yonishi darsliklardagi kuzatuvlar bo‘yicha ko‘rsatilgan. Qayta ishlashda tola uzunligining har siklda kamayishi (12 %) — sxematik qiymat.

Bilasizmi?

Charlz Gudyir kauchuk va oltingugurt aralashmasini 1839-yilda tasodifan issiq pechkaga tushirib, vulkanlashni kashf etgan deyiladi; u bu usulga 1844-yilda AQSh patentini olgan. «Vulkanlash» nomi qadimgi Rim olov xudosi Vulkan nomidan.
Paxta tolasi deyarli toza sellyuloza: quruq tolaning taxminan 90–96 % i sellyulozadan iborat. Sellyuloza molekulasi minglab β-glyukoza qoldiqlaridan tuzilgan chiziqli zanjir.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Tanamizdagi kimyo — 7-sinf
Organik kimyo: tuzilish — 10-sinf
Izomerlar va nomenklatura — 10-sinf
Alkanlar va sikloalkanlar — 10-sinf
Alkenlar va alkadiyenlar — 10-sinf
Alkinlar, benzol va stirol — 10-sinf
Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — 10-sinf
Spirtlar va oddiy efirlar — 10-sinf
Fenol, aldegid va ketonlar — 10-sinf
Kislotalar, efirlar va sovun — 10-sinf