Вплив агресивних середовищ на каучук. Велика енциклопедія нафти та газу

Сирий каучук, призначений для подальшого промислового застосування, є щільним аморфним еластичним матеріалом з питомою масою 0,91-0,92 г/см? та показником заломлення 1,5191. Його склад неоднаковий для різних латексів та методів приготування на плантації. Результати типового аналізу представлені у таблиці.

Вуглеводень каучуку - це поліізопрен, вуглеводневе полімерне хімічне з'єднання, що має загальну формулу(C5H8) n. Як саме у дереві синтезується вуглеводень каучуку, невідомо. Невулканізований каучук стає м'яким та липким у теплу погоду та тендітним – у холодну. При нагріванні вище 180°С без повітря каучук розкладається і виділяє ізопрен. Каучук належить до класу ненасичених органічних сполук, які виявляють значну хімічну активністьпри взаємодії коїться з іншими реакційноздатними речовинами. Так, він реагує з хлороводневою кислотою з утворенням каучуку гідрохлориду, а також з хлором за механізмами приєднання та заміщення з утворенням хлорованого каучуку. Атмосферний кисень діє на каучук повільно, роблячи його жорстким та тендітним; озон робить те саме швидше. Сильні окислювачі, наприклад азотна кислота, перманганат калію та перекис водню, окислюють каучук. Він стійкий до дії лугів та помірно сильних кислот. Каучук реагує також з воднем, сіркою, сірчаною кислотою, сульфоновими кислотами, оксидами азоту та багатьма іншими реакційноздатними сполуками, утворюючи похідні, частина з яких має промислове застосування. Каучук не розчиняється у воді, спирті або ацетоні, проте набухає і розчиняється в бензолі, толуолі, бензині, сірковуглецю, скипидарі, хлороформі, чотирихлористому вуглеці та інших галогенсодержащих розчинниках, утворюючи в'язку масу, що застосовується як клею. Вуглеводень каучуку присутній у латексі у вигляді суспензії. найдрібніших частинокрозмір яких становить від 0,1 до 0,5 мкм. Найбільші частки видно через ультрамікроскоп; вони перебувають у стані безперервного руху, що може бути ілюстрацією явища, званого броунівським рухом. Кожна каучукова частка несе негативний заряд. Якщо через латекс пропускати струм, то такі частинки рухатимуться до позитивного електрода (анода) і осаджуватимуться на ньому. Це використовується в промисловості для нанесення покриттів на металеві предмети. На поверхні каучукових частинок присутні адсорбовані білки, які перешкоджають зближенню латексних частинок та їх коагуляції. Замінюючи речовину, адсорбовану на поверхні частинки, можна змінити знак її заряду, і тоді каучукові частинки будуть осаджуватися на катоді. Каучук має два важливими властивостямиякі обумовлюють його промислове застосування. У вулканізованому стані він пружний і після розтягування набуває початкової форми; у невулканізованому стані він пластичний, тобто. тече під впливом тепла чи тиску. Одна властивість каучуків унікальна: при розтягуванні вони нагріваються, а при стисканні охолоджуються. Навпаки, при нагріванні каучук стискається, а при охолодженні – розширюється, демонструючи явище, яке називається ефектом Джоуля. При розтягуванні на кількасот відсотків молекули каучуку орієнтуються настільки, що його волокна дають рентгенограму, властиву кристалу. Молекули каучуку, видобутого з гевеї, мають цис-конфігурацію, а молекули балати та гуттаперчі – транс-конфігурацію. Будучи поганим провідником електрики, каучук використовується як електричний ізолятор.

Сторінка 1

Розчини каучуку відрізняються високою в'язкістю та іншими характерними властивостямирозчинів полімерів Колоїдні властивості розчинів каучуку пояснюються значними розмірами молекул і міцел каучуку, що знаходяться в розчині. В'язкість розчинів каучуку помітно зростає з підвищенням їхньої концентрації та зі зниженням температури. Деструкція ж каучуку призводить до зниження в'язкості клеїв.

Розчин каучуку в декаліні поміщався в прилад типу озонатора, що складався з двох вкладених одна в одну трубок, і піддавався дії розряду змінного струму 4500 вольт.

Розчини каучуку, або, як їх називають технологи, гумові клеї, мають широке застосування BI різних областяхпромисловості. Тому вивчення їх властивостей є безпосереднім технологічним інтересом. Разом з тим ці розчини мають ряд характерних властивостей, дослідження яких має особливе значеннядля вивчення каучуку, структури, технічних якостей, природних та технологічних змінйого. Ніде так тонко і чутливо не відбиваються особливості структури каучуку, як у властивостях його розчинів. Пізнати властивості розчинів каучуку - це значною мірою означає пізнати властивості та особливості будови самого каучуку.

Розчин каучуку подається в апарат і розмазується на його стінках ротором. Зазор між корпусом та лопатями ротора становить 1 - 3 мм. Необхідно прагнути до мінімальної величини зазору, проте складність центрування ротора і неможливість витримати правильну циліндричну форму корпусу при його зварюванні та складання змушують працювати при порівняно великій величині зазору. Нагрівання каучуку здійснюється глухою парою через стінку апарату. Для прискорення процесу дегазації апарат працює у вакуумі.

Розчин каучуку, отриманий наполяганням натурального каучуку в бензині чи бензолі.

Кінетика набухання каучуку.

Розчини каучуку відрізняються високою в'язкістю та іншими характерними властивостями полімерних розчинів. Колоїдні властивості розчинів каучуку пояснюються значними розмірами молекул і міцел каучуку, що знаходяться в розчині. В'язкість, розчинів каучуку помітно зростає з підвищенням їхньої концентрації та зі зниженням температури. Деструкція ж каучуку призводить до зниження в'язкості клеїв.

Розчини натрійбутадієнових, бутадієн-стирольних і бута-дієн-нітрильних каучуків у ксилолі або гсольвент-нафті являють собою лаки, які після висихання при 150 - 170 утворюють на металах дуже тверду, еластичну плівку золотистого кольору, що задовільно захищає металеві вироби від атмосферної корозії. При введенні в розчин натрійбутадієвого каучуку 3 - 5 % лінолеату кобальту або іншого сикативу безбарвні лакові плівки отверждаются при кімнатній температуріза 1 – 2 доби.

Якщо розчин каучуку піддати ультрафіолетовому опроміненню в присутності кисню, то спостерігається різке зниженнямінімуму поверх - кісткового натягу та зрушення його в область великих концентрацій. З іншого боку, при опроміненні § в атмосфері інертного газу, ізотерма поверхневого натягу майже не змінюється, у той час як в'язкість різко падає.

Далі розчин каучуку, що вже має підвищену в'язкість, проходить через ряд трубчастих секцій, в міжтрубному просторі яких циркулює холодоагент. У трубках кожної секції розчин рухається в ламінарному режимі, у результаті по радіусу трубок встановлюється градієнт температур. При переході до наступної секції шари розчину перемішуються і температура усереднюється.

Через розчин каучуку, що знаходиться в емальованому реакторі, з холодильниками, пропускають газоподібний хлор. Чотирьоххлористий вуглець повертається зі зворотного холодильника в реактор, а надлишок хлору і соляна кислота, що утворилася, випаровуються. Соляна кислота поглинається в абсорберах, виготовлених із танталу. Після закінчення хлорування розчин перепускають у бак-сховище, футерований кислототривкою цеглою. Потім розчин перекачують у бак з гарячою водою, В якому хлорований каучук випадає з розчину. Осад ретельно промивають і потім сушать. Нижче буде показано, що існують чотири сорти цього продукту, що різняться між собою за в'язкістю. При хлоруванні каучуку відбуваються як реакція приєднання, і реакція заміщення. Продукт хлорування каучуку набуває максимальної стабільності, кислото- і лугостійкості, а також негорючості тільки при високому вмісті в ньому хлору.

Мета уроку: ознайомлення учнів із будовою, властивостями та застосуванням каучуку, створення умов для розвитку умінь самостійно набувати знань, використовуючи різні джерелаінформації, формування досвіду творчої діяльності, виховання інтересу до історії хімії, почуття патріотизму, гордості за російських вчених, розвиток умінь учнів проводити експерименти дослідницького характеру, аналізувати результати, формувати висновки та узагальнення.

Хід уроку

До роботи у класі, учні розбиваються на групи, кожна з яких отримує конкретне завдання на тему уроку.

Ця історія почалася з часів Великих географічних відкриттів. Коли Колумб повернувся до Іспанії, він привіз із Нового Світу безліч див. Однією з них був еластичний м'яч із "деревної смоли", який вирізнявся дивовижною стрибучістю. Індіанці робили такі м'ячі із білого соку рослини гевею, що росте на берегах Амазонки. Цей сік темнів і затвердів на повітрі. М'ячі вважалися священними та використовувалися в релігійних обрядах. У племен майя та ацтеків існувала релігійна гра. командна граз їх використанням, що нагадує баскетбол. Команді, що перемогла, виявлялися вищі почесті - її членам відрізали голови і приносили в жертву божеству. Згодом іспанці полюбили грати вивезеними з Південної Америким'ячами. Модифікована ними індіанська гра стала прообразом сучасного футболу. Сік гевеї індіанці називали "каучу" - сльози чумацького дерева ("кау" - дерево, "учу" - текти, плакати). Від цього слова утворилося сучасна назваматеріалу – каучук. Окрім еластичних м'ячів, індіанці робили з каучуку непроникні тканини, взуття, посуд для води, яскраво розфарбовані кульки – дитячі іграшки.

Домашній експеримент для групи №1:

"Отримання каучуку з листя фікуса".

Обладнання: пробірки, скальпель, предметне скло, спиртовка, сірники, щипці тиглів, скляна паличка, 5% розчин аміаку, розведений розчин перманганату калію, 5% оцтова кислота, етанол, кристали сульфату кальцію, дистильована вода, бром листя фікуса.

Хід експерименту: Кімнатна рослина- Фікус, його сік містить до 17,5% поліізопрену.

Досвід №1. Зберіть листя фікуса. Зробіть надріз на аркуші фікуса і зберіть млечний сік ваткою, змоченою розчином аміаку, в пробірку. До пробірки додайте також розчин оцтової кислотиі добре струсіть. Спостерігайте виділення пластівців, які і є натуральним каучуком. На предметне скло нанесіть сік млечний з листя фікуса і прогрійте. Утворюється плівка натурального каучуку.

Досвід №2. Сік із листя фікуса зберіть у пробірку, додайте трохи дистильованої води та 0,5 г кристалічного сульфату кальцію (або сульфату амонію). Після розмішування суміші та додавання до неї етанолу на поверхні розчину утворюються пластівці каучуку. Для збору каучуку використовуйте скляну паличку, за допомогою якої перенесіть пластівці в пробірку з невеликою кількістю різних розчинників: бензин, толуол. Що спостерігаєте?

Досвід №3. Один із розчинів каучуку розділіть на дві частини та по черзі додайте до однієї з них бромну воду або розчин перманганату калію. Знебарвлення забарвлених розчинів свідчить про наявність кратних зв'язків у молекулах виділеного зразка із соку фікуса. Іншу частину розчину каучуку обережно випаруйте на склі. Після видалення розчинника на склі залишиться плівка каучуку, яку демонстрації еластичності можна злегка розтягувати. Порівняйте з плівкою, отриманої у досліді №1.

Узагальніть свої спостереження про властивості виділеної із соку фікусу речовини. До якого класу з'єднань його можна віднести? За результатами експерименту підготуйте презентацію ( Додаток 1 ).

У Європі забули про американську дивину до XVIII століття, коли члени французької експедиції в Південній Америці виявили дерево, що виділяє дивовижну смолу, що твердне на повітрі, якій дали назву "гума" (латиною - смола). У 1738 році французький дослідник Ш. Кондамін представив у Паризької Академіїнаук зразки каучуку, вироби з нього та опис способів видобутку у країнах Південної Америки. З того часу почалися пошуки можливих способівзастосування цієї речовини. А після 1823 року, коли шотландець Ч. Макінтош вигадав прокладати тонкий шар гуми між двома шматками тканини, почався справжній “гумовий бум”. Непромокаючі плащі з цієї тканини, які стали називати на честь їх творця “макінтошами”, набули широкого поширення. Приблизно в той же час в Америці стало модним у дощову погоду поверх черевиків носити незграбну індіанську гумове взуття– калоші.

Експеримент для групи №2:

"Ставлення каучуку та гуми до розчинників".

Обладнання: пробірки з пробками, зразки каучуку та гуми, бензин, гас, толуол.

Хід експерименту: У пробірки налийте по 3-4 мл бензину, гасу, толуолу. Помістіть у пробірки шматочки гуми, каучуку. Закрийте пробірки та поспостерігайте за ними до кінця уроку. Порівняйте поведінка в органічних розчинниках каучуку та гуми. Чому гума не розчиняється в тих же умовах, що й каучук? (Результати досліджень: каучук розчиняється в органічних розчинниках, утворюючи в'язку рідину (гумовий клей), а шматочки гуми злегка набрякли, але не змінили своєї форми).

Величезну, хоч і недовгу популярність у Європі та Північної Америкигумові вироби отримали після того, як англієць Чаффі винайшов прогумовану тканину. Він розчиняв сиру гуму в скипидарі, додавав сажу і за допомогою спеціально сконструйованої машини наносив тонкий шар суміші на тканину. З такого матеріалу робили не лише одяг, взуття та головні убори, а й дахи будинків та фургонів. Проте вироби з прогумованої тканини мали великий недолік. Справа в тому, що еластичність каучуку проявляється лише в невеликому інтервалі температур, тому в холодну погоду гумові вироби тверділи і могли розтріскатися, а влітку розм'якшувалися, перетворюючись на липку масу, що видає сморід. Ентузіазм з приводу нового матеріалу швидко вичерпався. А коли одного разу в Північній Америці видалося спекотне літо, настала криза гумової промисловості – вся продукція перетворилася на кисіль, що пахоче пахне. Фірми з виробництва гуми розорилися.

Експеримент для групи №3:

"Ставлення каучуку та гуми до нагрівання".

Обладнання: водяна баня (Т=100 0 С), щипці тиглів або пінцет, тонкі смужки каучуку і гуми.

У киплячу воду помістіть на 5 хвилин тонку смужку натурального каучуку і такого ж розміру смужку гуми. Вийнявши щипцями тигельними смужку каучуку, швидко розтягніть її. Те саме проробіть із смужкою гуми. Каучук сильно розтягується внаслідок розм'якшення, втрачаючи при цьому еластичність, а у гуми немає змін. Каучук термопластичний, гума немає. Гума характеризується більшою термічною стійкістю проти каучуком. Чим можна пояснити різне відношеннякаучуку та гуми до нагрівання?

І всі б забули про макінтоші та калоші, якби не американець Чарльз Нельсон Гудьір, який щиро вірив, що з каучуку можна створити гарний матеріал. Він присвятив цій ідеї кілька років і витратив усі свої заощадження. Сучасники сміялися з нього: “Якщо ви побачите людини у гумовому пальті, гумових черевиках, гумовому циліндрі і з гумовим гаманцем, а гаманці жодного цента, то можете не сумніватися – це Гудьир”. Однак Ч. Гудьїр наполегливо змішував каучук з усім поспіль: з сіллю, перцем, піском, олією і навіть із супом і, зрештою, досяг успіху. В 1839 він виявив, що якщо додати в каучук трохи сірки і погріти, то міцність, твердість, еластичність, тепло-і морозостійкість його поліпшуватися. В даний час саме новий матеріал, Винайдений Ч. Гудьіром, прийнято називати гумою, а відкритий ним процес - вулканізацією каучуку. З цього часу починається бурхливе зростання виробництва каучуку.

Експеримент для групи №4:

"Отримання гуми".

Обладнання: пробірки, пробіркоутримувач, нагрівальні прилади, каучук, порошок сірки, скляна паличка, склянка з водою.

Хід експерименту: Помістити у пробірку невеликий шматочоккаучуку, додати трохи порошкоподібної сірки, отриману суміш нагріти до розплавлення сірки, перемішати скляною паличкою, потім остудити. Отриманий матеріал виявиться більш твердим та міцним, ніж вихідна сировина. У ході реакції відбулася вулканізація каучуку та вийшла гума. Перевірити отриманий зразок гуми на еластичність, дію високої та низької температури. Зробити висновок про фізичні властивості гуми. (Гума володіє кращими механічними властивостями, ніж каучук, та більшою стійкістю до зміни температур).

Не дивно, що Бразилія, як зіницю ока, берегла джерело свого багатства. Вивезення насіння гевеї було заборонено під страхом смертної кари. Однак у 1876 році британський шпигун Генрі Уїкхем у трюмах англійського судна "Амазонас" таємно вивіз 70000 насінин гевеї. У британських колоніях Південно-Східної Азіїбуло закладено перші плантації каучуконосів. На світовому ринку з'явився натуральний англійський каучук, дешевший за бразильський.

А світ завойовували різноманітні вироби із гуми. Дивно, але винахід гумових шин замість металевих спочатку не зустріли з ентузіазмом, хоча екіпажі з металевими шинами були дуже комфортними – за страшний шум і тряску в Англії їх називали “винищувачами горобців”. Нові тихі екіпажі на суцільнолитих потужних гумових шинах в Америці були заборонені. Вони вважалися небезпечними, оскільки не попереджали перехожих про наближення екіпажу. У Росії також тихі кінні екіпажі на гумовому ходу викликали невдоволення – вони обдавали брудом пішоходів, що не встигли поспішити.

Експеримент для групи №5:

"Ненасичений характер каучуку".

Обладнання: пробірки, натуральний каучук, очищений від ненасичених вуглеводнів бензин, розчин перманганату калію, бромна або йодна вода. (Примітка: не менше ніж за добу розчиніть шматочки каучуку в одному з органічних розчинників – бензин).

У пробірку з розчином перманганату калію і бромною (йодною) водою додайте по кілька крапель приготовленого заздалегідь розчину каучуку і струсіть. Спостерігайте за зміною забарвлення. Чому розчин каучуку змінює фарбування розчинів бромної водичи перманганату калію?

З винаходом конвеєрного методу складання автомобілів потреба в гумі стала настільки великою, що виникла проблема обмеженості виробництва природної сировини. Треба було шукати інших джерел каучуку. У наприкінці XIX- У першій половині XX століть у багатьох країнах проводилися обширні дослідження будови каучуку, його фізичних та хімічних властивостей, явища еластичності, процесу вулканізації Г. Штаудінгер довів, що каучук є високомолекулярною сполукою, тобто складається із звичайних, хоч і гігантських молекул, атоми в яких пов'язані ковалентними зв'язками. На підставі своїх досліджень каучуку та гуми вчений висунув теорію ланцюгової будови макромолекул, припустив існування розгалужених макромолекул та тривимірної полімерної сітки.

У натуральному каучуку міститься 91-95% вуглеводню поліізопрену (5Н8)n. Молекула натурального каучуку може містити 20–40 тисяч елементарних ланок. молекулярна масастановить 1400000-2600000, він нерозчинний у воді, зате добре розчиняється в більшості органічних розчинників.

Завдання для групи №6.

Знайдіть молекулярну формулуречовини, при спалюванні 2 г якої утворилося 2,12 г води та 6,48 г Вуглекислий газ. Відносна щільність парів цієї речовини водню дорівнює 34. Складіть структурну формулу даної речовиниі всі його можливі ізомери.

Поліізопрен натурального каучуку є стереорегулярним полімером: багато (98-100%) ланки ізопрену в макромолекулі приєднані один до одного в цис-1,4-положенні. Природний геометричний ізомер каучуку - гуттаперча, являє собою транс-1,4-поліізопрен. Відмінності в просторовому розташуванні заступників у каучуку і гуттаперчі призводять до того, що форма макромолекул цих речовин теж різна. Молекули каучуку закручені у клубки. Якщо стрічку з каучуку розтягнути, деформувати, то молекулярні клубки випрямлятимуть у напрямку, де прикладена деформація, і стрічка подовжуватиметься. Проте молекулам каучуку енергетично вигідніше перебувати у початковому стані, тому, якщо натяг припинити, молекули знову згорнутися клубки, і розміри стрічки стануть колишніми. Молекули гуттаперчі не закручені у клубки так, як у каучуку. Вони витягнуті навіть без навантажень. Тому гуттаперча має набагато меншу еластичність.

Що ж відбувається з каучуком під час вулканізації? Коли каучук нагрівають із сіркою, макромолекули каучуку "зшиваються" один з одним сірчаними містками. З окремих макромолекул каучуку утворюється єдина тривимірна просторова сітка. Виріб з такого матеріалу – гуми – міцніший, ніж із каучуку, і він зберігає свою еластичність у ширшому інтервалі температур.

Експеримент для групи №7:

"Розкладання каучуку".

Обладнання: пробірки, пробірка з бічним тубусом, газовідвідні трубки з пробками, натуральний каучук, розчин перманганату калію.

Хід експерименту: шматочки натурального каучуку помістіть у пробірку із газовідвідною трубкою. При нагріванні каучуку утворюються ненасичені сполуки, серед яких зустрічається ізопрен. Рідкі продуктиреакції конденсуються у пробірці № 1, а газоподібні збираються у пробірці № 2. Розкладання супроводжується утворенням речовин, що мають різкий запах! Знебарвлення розчину перманганату калію в пробірці № 2 вказує на ненасичений характер продуктів розкладання каучуку. Досліджуйте відношення конденсату до розчину перманганату калію. Складіть рівняння реакції взаємодії ізопрену з бромом.

Рис. 1. Схема приладу.

Цікаво, що у багатьох країнах на початку XX століття проводилися дослідження місцевих видів рослин на ознаку каучукоутворення. У Радянському Союзі систематичний пошук рослин-каучуконосів здійснювався в 30-х роках, загальний списоктаких рослин становив 903 види. Найбільш ефективні каучуконоси, зокрема Тянь-Шанський кульбаба кок-сагиз, вирощували на полях Росії, України, Казахстану, працювали заводи з виділення каучуку, який за якістю вважався таким, що не поступається каучуку з гевеї. Наприкінці 50-х років зі збільшенням виробництва синтетичного каучуку вирощування кульбаби-каучуконоса було припинено.

Вперше каучукоподібну речовину отримав у 1879 році французький хімік Г. Бушарда, обробивши ізопрен соляною кислотою. Російський хімік І. Кондаков (м. Юр'єв) синтезував еластичний полімер з диметилбутадієну у 1901 році. Перші промислові партії синтетичного каучуку – диметилкаучуку – випустили з урахуванням розробок Кондакова 1916 року у Німеччині. Отримано близько 3000 т синтетичного каучуку, з якого виготовляли акумуляторні коробки для підводних човнів. Однак широкого поширеннядиметилкаучук не отримав, та його виробництво було припинено.

Завдання для групи №8.

Підготувати презентацію про С. В. Лебедєва. (Додаток 2.)

Російський учений С. В. Лебедєв присвятив проблемі полімеризації дієнів значну частинусвоєю наукової діяльності. Він уперше отримав синтетичний бутадієновий каучук у 1910 році. А Магістерська роботаЛебедєва, присвячена дослідженню кінетики полімеризації дивінілу (бутадієну –1,3) та його похідних, у 1914 році була нагороджена премією Російської Академіїнаук. До процесу полімеризації бутадієну С. В. Лебедєв повернувся в 1936 році, коли уряд СРСР оголосив конкурс на кращу розробкупромислового виробництва синтетичного каучуку Лебедєвим та його співробітниками був успішно розроблений недорогий та ефективний метод. Як каталізатор було запропоновано використовувати металевий натрій, і полімер, отриманий по даним методомносить назву натрій-бутадієновий каучук. Справжньою знахідкою був одностадійний спосіб отримання бутадієну з етилового спиртуна змішаному цинкалюмінієвому каталізаторі. Використання етанолу, з рослинної сировини, як вихідний продукт значно здешевлювало виробництво в умовах аграрної на той час Радянського Союзу. Завдяки роботам С. В. Лебедєва промислове широкомасштабне виробництво синтетичного каучуку вперше у світі розпочато у Радянському Союзі у 1932 році. Перший у світі завод з виробництва дивінілового каучуку було пущено в Ярославлі, незабаром такі заводи почали працювати у Воронежі, Казані та Єфремові. Значення цієї події важко переоцінити: можливість оснастити вітчизняну технікушинами власного виробництва зіграла важливу рольу перемозі над фашистською Німеччиноюв умовах повної економічної ізоляції від зовнішнього світу. Німеччина була другою країною, яка запустила виробництво синтетичного каучуку, але трапилося це лише 1936 року.

Завдання для групи №9.

Підготувати презентацію про ВАТ “Воронежсинтезкаучук”. (Додаток 3.)

З 1932 і аж до 1990 року СРСР за обсягами виробництва синтетичного каучуку посідав перше місце у світі. І сьогодні Росія зберігає позиції експортера світового значення. На ринку залишається приблизно половина продукції. Основними споживачами синтетичного каучуку є шинні заводи, а близько 40% каучуку йде на виробництво різноманітних гумотехнічних виробів (більше 50000 найменувань), серед яких технічні та хірургічні вироби з м'якої гуми, підошви для взуття, стрічкові транспортери, різноманітні труби , клеї, герметики, фарби на латексній основі та багато іншого. З появою технології виробництва синтетичних каучуків гумова промисловість перестала бути повністю залежною від виробництва природного каучуку. Однак синтетичний каучук не витіснив природний, обсяг виробництва каучуку, як і раніше, зростає, а частка натурального каучуку в загальному обсязівиробництва складає 30%. Провідними світовими виробниками натурального каучуку нині є країни Південно-Східної Азії – Таїланд, Індонезія, Малайзія, Південний В'єтнам, Китай. Завдяки унікальним властивостямнатурального каучуку він незамінний під час виробництва великогабаритних шин, здатних витримувати навантаження до 75 тонн. Найкращі фірми-виробники виготовляють покришки для шин легкових автомобілів із суміші натурального та синтетичного каучуку. Тому досі головною сферою застосування натурального каучуку залишається шинна промисловість(70%). Крім того, натуральний каучук знаходить застосування для виготовлення конвеєрних стрічок високої потужності, антикорозійних покриттів котлів і труб, клею, високоміцних тонкостінних дрібних виробів, в медицині і так далі.

Наприкінці уроку, заслуховуємо звіти про роботу кожної групи, і формулюємо висновки з уроку. У ході уроку, учні з'ясували, що роль натурального та синтетичного каучуку у нашому житті велика. Каучук використовується у виробництві автомобільних, авіаційних виробів, а також у виробництві виробів широкого вжитку (взуття, спортивних товарів, іграшок). При дослідженні хімічних властивостей натурального каучуку з'ясувалося, що він має кратні зв'язки в полімерному ланцюзі, встановлено, що каучук має цис-форму і є

2-метилбутадієн-1,3 (ізопрен). Вулканізований каучук називають гумою. Також учні познайомилися з рослинами каучуконосами та способами отримання з них натурального каучуку та продовжили розвивати свої теоретичні та практичні вміннята навички.

До статті додаються презентації (додаток , , ).

Список літератури:

Журнал “Потенціал. Хімія. Біологія Медицина” Москва вид. ТОВ "Абетка-2000" 2011, стаття Є. А. Менделєєва "Історія про каучук" стор. 9-14.
О. С. Габрієлян, Л. П. Ватліна “ Хімічний експерименту школі”, Москва “Дрофа” 2005.
А. І. Артеменко “ Дивовижний світ органічної хімії”, Москва “Дрофа” 2008.

Цей урок розроблено для учнів 10 класу. Для підготовки до уроку учні самостійно опрацювали та систематизували великий теоретичний матеріалз історії хімії, підготували домашній експеримент, зібрали краєзнавчий матеріал на підприємствах хімічної промисловості, що випускає синтетичний каучук, підготували та оформили презентації Форма проведення уроку сприяла самостійності та творчої активностіучнів, виховання інтересу до хімії, почуття гордості за свою країну та російських вчених.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Єрьоменко Олена Борисівна, вчитель хімії МБОУЛ «ВУВК ім. А. П. Кисельова»

Урок – історичний екскурс на тему:

«Натуральний та синтетичний каучук»

Мета уроку : ознайомлення учнів із будовою, властивостями та застосуванням каучуку, створення умов для розвитку умінь самостійно набувати знань, використовуючи різні джерела інформації, формування досвіду творчої діяльності, виховання інтересу до історії хімії, почуття патріотизму, гордості за російських вчених, розвиток умінь учнів проводити експерименти дослідницького характеру, аналізувати результати, формувати висновки та узагальнення.

Хід уроку:

До роботи у класі, учні розбиваються на групи, кожна з яких отримує конкретне завдання на тему уроку.

Ця історія почалася з часів Великих географічних відкриттів. Коли Колумб повернувся до Іспанії, він привіз із Нового Світу безліч див. Однією з них був еластичний м'яч із «деревної смоли», який вирізнявся дивовижною стрибучістю. Індіанці робили такі м'ячі із білого соку рослини гевею, що росте на берегах Амазонки. Цей сік темнів і затвердів на повітрі. М'ячі вважалися священними та використовувалися в релігійних обрядах. У племен майя та ацтеків існувала релігійна гра – командна гра з їх використанням, що нагадує баскетбол. Команді, що перемогла, виявлялися вищі почесті - її членам відрізали голови і приносили в жертву божеству. Згодом іспанці полюбили грати вивезеними із Південної Америки м'ячами. Модифікована ними індіанська гра стала прообразом сучасного футболу. Сік гевеї індіанці називали "каучу" - сльози чумацького дерева ("кау" - дерево, "учу" - текти, плакати). Від цього слова утворилася сучасна назва матеріалу – каучук. Окрім еластичних м'ячів, індіанці робили з каучуку непроникні тканини, взуття, посуд для води, яскраво розфарбовані кульки – дитячі іграшки.

Домашній експеримент для групи №1:

"Отримання каучуку з листя фікуса"

Устаткування : пробірки, скальпель, предметне скло, спиртовка, сірники, щипці тиглів, скляна паличка, 5% розчин аміаку, розведений розчин перманганату калію, 5% оцтова кислота, етанол, кристали сульфату кальцію, дистильована вода, бромна вода, бензин фікуса.

Хід експерименту:

Кімнатна рослина – фікус, її сік містить до 17,5% поліізопрену.

Досвід №1. Зберіть листя фікуса. Зробіть надріз на аркуші фікуса і зберіть млечний сік ваткою, змоченою розчином аміаку, в пробірку. У пробірку додайте також розчин оцтової кислоти і добре струсіть. Спостерігайте виділення пластівців, які і є натуральним каучуком. На предметне скло нанесіть сік млечний з листя фікуса і прогрійте. Утворюється плівка натурального каучуку.

Досвід №2 . Сік із листя фікуса зберіть у пробірку, додайте трохи дистильованої води та 0,5 г кристалічного сульфату кальцію (або сульфату амонію). Після розмішування суміші та додавання до неї етанолу на поверхні розчину утворюються пластівці каучуку. Для збору каучуку використовуйте скляну паличку, за допомогою якої перенесіть пластівці в пробірку з невеликою кількістю різних розчинників: бензин, толуол. Що спостерігаєте?

Досвід №3 . Один із розчинів каучуку розділіть на дві частини та по черзі додайте до однієї з них бромну воду або розчин перманганату калію. Знебарвлення забарвлених розчинів свідчить про наявність кратних зв'язків у молекулах виділеного зразка із соку фікуса. Іншу частину розчину каучуку обережно випаруйте на склі. Після видалення розчинника на склі залишиться плівка каучуку, яку демонстрації еластичності можна злегка розтягувати. Порівняйте з плівкою, отриманої у досліді №1.

У Європі забули про американську дивину до XVIII століття, коли члени французької експедиції в Південній Америці виявили дерево, що виділяє дивовижну смолу, що твердне на повітрі, якій дали назву «гума» (латиною – смола). У 1738 році французький дослідник Ш. Кондамін представив у Паризькій Академії наук зразки каучуку, вироби з нього та опис способів видобутку у країнах Південної Америки. З того часу почалися пошуки можливих способів застосування цієї речовини. А після 1823 року, коли шотландець Ч. Макінтош вигадав прокладати тонкий шар гуми між двома шматками тканини, почався справжній «гумовий бум». Непромокаючі плащі з цієї тканини, які стали називати на честь їх творця «макінтошами», набули широкого поширення. Приблизно водночас в Америці стало модним у дощову погоду поверх черевиків носити незграбне індіанське гумове взуття – калоші.

Експеримент для групи №2:

«Ставлення каучуку та гуми до розчинників»

Устаткування : пробірки з пробками, зразки каучуку та гуми, бензин, гас, толуол.

Величезну, хоч і недовгу популярність у Європі та Північній Америці гумові вироби набули після того, як англієць Чаффі винайшов прогумовану тканину. Він розчиняв сиру гуму в скипидарі, додавав сажу і за допомогою спеціально сконструйованої машини наносив тонкий шар суміші на тканину. З такого матеріалу робили не лише одяг, взуття та головні убори, а й дахи будинків та фургонів. Проте вироби з прогумованої тканини мали великий недолік. Справа в тому, що еластичність каучуку проявляється лише в невеликому інтервалі температур, тому в холодну погоду гумові вироби тверділи і могли розтріскатися, а влітку розм'якшувалися, перетворюючись на липку масу, що видає сморід. Ентузіазм з приводу нового матеріалу швидко вичерпався. А коли одного разу в Північній Америці видалося спекотне літо, настала криза гумової промисловості – вся продукція перетворилася на кисіль, що пахоче пахне. Фірми з виробництва гуми розорилися.

Експеримент для групи №3:

«Ставлення каучуку та гуми до нагрівання»

Обладнання: водяна баня (Т=100) 0 С), тигельні щипці або пінцет, тонкі смужки каучуку та гуми.

Хід експерименту: У киплячу воду помістіть на 5 хвилин тонку смужку натурального каучуку та такого ж розміру смужку гуми. Вийнявши щипцями тигельними смужку каучуку, швидко розтягніть її. Те саме проробіть із смужкою гуми. Каучук сильно розтягується внаслідок розм'якшення, втрачаючи при цьому еластичність, а у гуми немає змін. Каучук термопластичний, гума немає. Гума характеризується більшою термічною стійкістю проти каучуком. Чим можна пояснити різне ставлення каучуку та гуми до нагрівання?

І всі б забули про макінтоші та калоші, якби не американець Чарльз Нельсон Гудьїр, який щиро вірив, що з каучуку можна створити добрий матеріал. Він присвятив цій ідеї кілька років і витратив усі свої заощадження. Сучасники сміялися над ним: «Якщо ви побачите людину в гумовому пальті, гумових черевиках, гумовому циліндрі і з гумовим гаманцем, а в гаманці жодного центу, то можете не сумніватися – це Гудьїр». Однак Ч. Гудьїр наполегливо змішував каучук з усім поспіль: з сіллю, перцем, піском, олією і навіть із супом і, зрештою, досяг успіху. В 1839 він виявив, що якщо додати в каучук трохи сірки і погріти, то міцність, твердість, еластичність, тепло-і морозостійкість його покращувати. В даний час саме новий матеріал, винайдений Ч. Гудьіром, прийнято називати гумою, а відкритий процес - вулканізацією каучуку. З цього часу починається бурхливе зростання виробництва каучуку.

Експеримент для групи №4:

«Отримання гуми»

Обладнання: пробірки, пробіркотримач, нагрівальні прилади, каучук, сірий порошок, скляна паличка, склянка з водою.

Хід експерименту: Помістити в пробірку невеликий шматочок каучуку, додати|добавляти| трохи порошкоподібної сірки, отриману суміш нагріти до розплавлення сірки, перемішати скляною паличкою, потім остудити. Отриманий матеріал виявиться більш твердим та міцним, ніж вихідна сировина. У ході реакції відбулася вулканізація каучуку та вийшла гума. Перевірити отриманий зразок гуми на еластичність, дію високої та низької температури. Зробити висновок, фізичні властивостігуми. (Гума має кращі механічні властивості, ніж каучук, і більшу стійкість до зміни температур).

Не дивно, що Бразилія, як зіницю ока, берегла джерело свого багатства. Вивезення насіння гевеї було заборонено під страхом смертної кари. Однак у 1876 році британський шпигун Генрі Уїкхем у трюмах англійського судна «Амазонас» таємно вивіз 70 000 насінин гевеї. У британських колоніях Південно-Східної Азії було закладено перші плантації каучуконосів. На світовому ринку з'явився натуральний англійський каучук, дешевший за бразильський.

А світ завойовували різноманітні вироби із гуми. Дивно, але винахід гумових шин замість металевих спочатку не зустріли з ентузіазмом, хоча екіпажі з металевими шинами були не надто комфортними – за страшний шум і тряску в Англії їх називали «винищувачами горобців». Нові тихі екіпажі на суцільнолитих потужних гумових шинах в Америці були заборонені. Вони вважалися небезпечними, оскільки не попереджали перехожих про наближення екіпажу. У Росії також тихі кінні екіпажі на гумовому ходу викликали невдоволення – вони обдавали брудом пішоходів, що не встигли поспішити.

Експеримент для групи №5:

«Ненасичений характер каучуку»

Хід експерименту: У пробірку з розчином перманганату калію та бромною (йодною) водою додайте по кілька крапель приготовленого заздалегідь розчину каучуку і струсіть. Спостерігайте за зміною забарвлення. Чому розчин каучуку змінює фарбування розчинів бромної води чи перманганату калію?

З винаходом конвеєрного методу складання автомобілів потреба в гумі стала настільки великою, що виникла проблема обмеженості виробництва природної сировини. Треба було шукати інших джерел каучуку. Наприкінці XIX - першій половині XX століть у багатьох країнах проводилися широкі дослідження будови каучуку, його фізичних та хімічних властивостей, явища еластичності, процесу вулканізації. Г. Штаудінгер довів, що каучук є високомолекулярною сполукою, тобто складається зі звичайних, хоч і гігантських молекул, атоми в яких пов'язані ковалентними зв'язками. На підставі своїх досліджень каучуку та гуми вчений висунув теорію ланцюгової будови макромолекул, припустив існування розгалужених макромолекул та тривимірної полімерної сітки.

У натуральному каучуку міститься 91-95% вуглеводню поліізопрену (С 5 Н 8 ) n. Молекула натурального каучуку може містити 20-40 тисяч елементарних ланок, його молекулярна маса становить 1400000 - 2600000, він нерозчинний у воді, проте добре розчиняється у більшості органічних розчинників.

Завдання групи №6.

Завдання.

Знайдіть молекулярну формулу речовини, при спалюванні 2 г якої утворилося 2,12 г води та 6,48 г вуглекислого газу. Відносна щільність парів цієї речовини воднем дорівнює 34. Складіть структурну формулу даної речовини і всі її можливі ізомери.

Що ж відбувається з каучуком під час вулканізації? Коли каучук нагрівають із сіркою, макромолекули каучуку «зшиваються» один з одним сірчаними містками. З окремих макромолекул каучуку утворюється єдина тривимірна просторова сітка. Виріб з такого матеріалу – гуми – міцніший, ніж із каучуку, і він зберігає свою еластичність у ширшому інтервалі температур.

Експеримент для групи №7:

«Розкладання каучуку»

Хід експерименту: шматочки натурального каучуку помістіть у пробірку з газовідвідною трубкою. При нагріванні каучуку утворюються ненасичені сполуки, серед яких зустрічається ізопрен. Рідкі продукти реакції конденсуються у пробірці №1, а газоподібні збираються у пробірці №2. Розкладання супроводжується утворенням речовин, що мають різкий запах! Знебарвлення розчину перманганату калію в пробірці №2 вказує на ненасичений характер продуктів розкладання каучуку. Досліджуйте відношення конденсату до розчину перманганату калію. Складіть рівняння реакції взаємодії ізопрену з бромом.

Рис. 1 Схема приладу

Цікаво, що у багатьох країнах на початку XX століття проводилися дослідження місцевих видів рослин на ознаку каучукоутворення. У Радянському Союзі систематичний пошук рослин-каучуконосів здійснювався у 30-х роках, загальний список таких рослин становив 903 види. Найбільш ефективні каучуконоси, зокрема Тянь-Шанський кульбаба кок-сагиз, вирощували на полях Росії, України, Казахстану, працювали заводи з виділення каучуку, який за якістю вважався таким, що не поступається каучуку з гевеї. Наприкінці 50-х років зі збільшенням виробництва синтетичного каучуку вирощування кульбаби-каучуконоса було припинено.

Вперше каучукоподібна речовина отримав у 1879 році французький хімік Г. Бушарда, обробивши ізопрен соляною кислотою. Російський хімік І. Кондаков (м. Юр'єв) синтезував еластичний полімер з диметилбутадієну у 1901 році. Перші промислові партії синтетичного каучуку – диметилкаучуку – випустили з урахуванням розробок Кондакова 1916 року у Німеччині. Отримано близько 3000 т синтетичного каучуку, з якого виготовляли акумуляторні коробки для підводних човнів. Однак широкого поширення диметилкаучук не набув, і його виробництво було припинено.

Завдання групи №8.

Підготувати презентацію про С. В. Лебедєва(Додаток №2).

Російський учений С. В. Лебедєв присвятив проблемі полімеризації дієнів значну частину своєї наукової діяльності. Він уперше отримав синтетичний бутадієновий каучук у 1910 році. А магістерська робота Лебедєва, присвячена дослідженню кінетики полімеризації дивінілу (бутадієну -1,3) та його похідних, у 1914 році була нагороджена премією Російської Академії наук. До процесу полімеризації бутадієну С. В. Лебедєв повернувся в 1936 році, коли уряд СРСР оголосив конкурс на кращу розробку промислового виробництва синтетичного каучуку. Лебедєвим та його співробітниками був успішно розроблений недорогий та ефективний метод. Як каталізатор було запропоновано використовувати металевий натрій, і полімер, отриманий за даним методом, носить назву натрій-бутадієновий каучук. Справжньою знахідкою був одностадійний спосіб одержання бутадієну з етилового спирту на змішаному цинкалюмінієвому каталізаторі. Використання етанолу, з рослинної сировини, як вихідний продукт значно здешевлювало виробництво в умовах аграрного на той час Радянського Союзу. Завдяки роботам С. В. Лебедєва промислове широкомасштабне виробництво синтетичного каучуку вперше у світі розпочато у Радянському Союзі у 1932 році. Перший у світі завод з виробництва дивінілового каучуку було пущено в Ярославлі, незабаром такі заводи почали працювати у Воронежі, Казані та Єфремові. Значення цієї події важко переоцінити: можливість оснастити вітчизняну техніку шинами власного виробництва зіграла важливу роль у перемозі над фашистською Німеччиною в умовах повної економічної ізоляції від зовнішнього світу. Німеччина була другою країною, яка запустила виробництво синтетичного каучуку, але трапилося це лише 1936 року.

Завдання групи №9.

Підготувати презентацію про ВАТ «Воронежсинтезкаучук» (додаток №3).

З 1932 і аж до 1990 року СРСР за обсягами виробництва синтетичного каучуку посідав перше місце у світі. І сьогодні Росія зберігає позиції експортера світового значення. На ринку залишається приблизно половина продукції. Основними споживачами синтетичного каучуку є шинні заводи, а близько 40% каучуку йде на виробництво різноманітних гумотехнічних виробів (більше 50000 найменувань), серед яких технічні та хірургічні вироби з м'якої гуми, підошви для взуття, стрічкові транспортери, різноманітні труби , клеї, герметики, фарби на латексній основі та багато іншого. З появою технології виробництва синтетичних каучуків гумова промисловість перестала бути повністю залежною від виробництва природного каучуку. Однак синтетичний каучук не витіснив природний, обсяг виробництва каучуку, як і раніше, зростає, а частка натурального каучуку в загальному обсязі виробництва становить 30%. Провідними світовими виробниками натурального каучуку нині є країни Південно-Східної Азії – Таїланд, Індонезія, Малайзія, Південний В'єтнам, Китай. Завдяки унікальним властивостям натурального каучуку він незамінний під час виробництва великогабаритних шин, здатних витримувати навантаження до 75 тонн. Найкращі фірми-виробники виготовляють покришки для шин легкових автомобілів із суміші натурального та синтетичного каучуку. Тому досі головною сферою застосування натурального каучуку залишається шинна промисловість (70%). Крім того, натуральний каучук знаходить застосування для виготовлення конвеєрних стрічок високої потужності, антикорозійних покриттів котлів і труб, клею, високоміцних тонкостінних дрібних виробів, в медицині і так далі.

До статті додаються презентації (додаток №1, 2, 3).

Список літератури:

Журнал Потенціал. Хімія. Біологія Медицина »Москва вид. ТОВ «Абетка-2000» 2011, стаття Є. А. Менделєєва «Історія про каучук» стор 9 -14
О. С. Габрієлян, Л. П. Ватліна «Хімічний експеримент у школі», Москва «Дрофа» 2005
А. І. Артеменко «Дивовижний світ органічної хімії», Москва «Дрофа» 2008