Dersin amacı: Öğrencilere kauçuğun yapısı, özellikleri ve kullanımı hakkında bilgi vermek, çeşitli bilgi kaynaklarını kullanarak bağımsız olarak bilgi edinme yeteneğinin geliştirilmesi için koşullar yaratmak, yaratıcı faaliyetlerde deneyim geliştirmek, ilgiyi geliştirmek kimya tarihi, vatanseverlik duygusu, Rus bilim adamlarıyla gurur duymak, öğrencilerin araştırma niteliğinde deneyler yapma, sonuçları analiz etme, sonuçlar ve genellemeler oluşturma becerilerini geliştirmek.
Ders ilerlemesi
Sınıfta çalışmak için öğrenciler gruplara ayrılır ve her birine dersin konusuyla ilgili belirli bir görev verilir.
Bu hikaye Büyük Coğrafi Keşifler zamanında başladı. Columbus İspanya'ya döndüğünde Yeni Dünya'dan birçok harikayı geri getirdi. Bunlardan biri, inanılmaz atlama yeteneğiyle öne çıkan, "ahşap reçinesinden" yapılmış elastik bir toptu. Kızılderililer bu tür topları Amazon kıyılarında yetişen Hevea bitkisinin beyaz özsuyundan yaptılar. Bu meyve suyu havada karardı ve sertleşti. Toplar kutsal kabul edildi ve dini törenlerde kullanıldı. Maya ve Aztek kabilelerinin dini bir oyunu vardı; basketbolu anımsatan, onları kullanan bir takım oyunu. Kazanan takıma en yüksek onur verildi; üyelerinin kafaları kesildi ve tanrıya kurban edildi. Daha sonra İspanyollar Güney Amerika'dan getirilen toplarla oynamaya aşık oldular. Değiştirdikleri Hint oyunu, modern futbolun prototipi olarak hizmet etti. Kızılderililer Hevea'nın suyuna "caucho" adını verdiler - süt ağacının gözyaşları ("kau" - ağaç, "uchu" - akma, ağlama). Bu kelimeden malzemenin modern adı oluşturuldu - kauçuk. Kızılderililer, elastik topların yanı sıra kauçuktan delinmez kumaşlar, ayakkabılar, su kapları ve parlak renkli toplar - çocuk oyuncakları - yaptılar.
1 numaralı grup için ev deneyi:
“Ficus yapraklarından kauçuk elde edilmesi.”
Ekipman: test tüpleri, neşter, cam slayt, alkollü lamba, kibritler, pota maşası, cam çubuk, %5 amonyak çözeltisi, seyreltik potasyum permanganat çözeltisi, %5 asetik asit, etanol, kalsiyum sülfat kristalleri, damıtılmış su, bromlu su, benzin, toluen, ficus yaprakları.
Deneyin ilerleyişi: Ev bitkisi ficus'tur, suyu% 17,5'e kadar poliizopren içerir.
1 numaralı deneyimi yaşayın. Ficus yapraklarını toplayın. Ficus yaprağını kesin ve amonyak çözeltisiyle nemlendirilmiş pamuklu çubukla sütlü özsuyu bir test tüpüne toplayın. Asetik asit çözeltisini test tüpüne ekleyin ve iyice çalkalayın. Doğal kauçuk olan pulların salınmasını gözlemleyin. Ficus yapraklarından elde edilen sütlü suyu bir cam slayt üzerine dökün ve ısıtın. Doğal kauçuktan bir film oluşur.
2 numaralı deneyimi yaşayın. Ficus yapraklarının suyunu bir test tüpünde toplayın, biraz damıtılmış su ve 0,5 g kristal kalsiyum sülfat (veya amonyum sülfat) ekleyin. Karışımı karıştırıp etanol ekledikten sonra çözeltinin yüzeyinde kauçuk pullar oluşur. Kauçuğu toplamak için bir cam çubuk kullanın ve pulları az miktarda farklı çözücüler (benzin, toluen) içeren bir test tüpüne aktarın. Ne gözlemliyorsunuz?
3 numaralı deneyimi yaşayın. Kauçuk çözeltilerden birini iki parçaya bölün ve bunlardan birine dönüşümlü olarak bromlu su veya potasyum permanganat çözeltisi ekleyin. Renkli çözeltilerin renginin değişmesi, ficus suyundan izole edilen numunenin moleküllerinde çoklu bağların varlığını gösterir. Kauçuk solüsyonun diğer kısmını saat camı üzerinde dikkatlice buharlaştırın. Çözücüyü çıkardıktan sonra camın üzerinde esnekliği göstermek için hafifçe gerilebilen bir kauçuk filmi kalacaktır. 1 numaralı deneyde elde edilen filmle karşılaştırın.
Ficus suyundan izole edilen maddenin özelliklerine ilişkin gözlemlerinizi özetleyin. Hangi bileşik sınıfına aittir? Deneyin sonuçlarına göre bir sunum hazırlayın ( Ek 1).
Avrupa'da, Güney Amerika'daki bir Fransız keşif gezisinin üyelerinin, havayı sertleştiren inanılmaz bir reçine yayan ve "kauçuk" (Latince, reçine) adı verilen bir ağaç keşfettiği 18. yüzyıla kadar Güney Amerika merakını unuttular. 1738'de Fransız araştırmacı C. Condamine, Paris Bilimler Akademisi'nde kauçuk örnekleri, ondan yapılan ürünler ve Güney Amerika'daki ekstraksiyon yöntemlerinin bir tanımını sundu. O zamandan beri bu maddeyi kullanmanın olası yolları aranmaya başlandı. Ve 1823'ten sonra İskoçyalı C. Mackintosh, iki kumaş parçası arasına ince bir kauçuk tabakası döşeme fikrini ortaya attığında, gerçek bir "kauçuk patlaması" başladı. Yaratıcısının anısına “mackintosh” olarak anılmaya başlanan bu kumaştan yapılan su geçirmez yağmurluklar yaygınlaştı. Aynı sıralarda Amerika'da yağmurlu havalarda çizmelerin üzerine Hint lastiklerinden hantal ayakkabılar - galoşlar - giymek moda oldu.
2 numaralı grup için deney:
“Kauçuk ve kauçuğun solventlerle ilişkisi.”
Ekipman: tıpalı test tüpleri, kauçuk örnekleri, benzin, gazyağı, toluen.
Deneyin prosedürü: Test tüplerine 3-4 ml benzin, kerosen ve tolüen dökün. Test tüplerine lastik parçaları yerleştirin. Test tüplerini kapatın ve dersin geri kalanında onları gözlemleyin. Kauçuğun ve kauçuğun organik çözücülerdeki davranışını karşılaştırın. Kauçuk neden kauçukla aynı koşullar altında çözülmüyor? (Araştırma sonuçları: kauçuk organik çözücülerde çözünür, viskoz bir sıvı (kauçuk tutkalı) oluşturur ve kauçuk parçaları hafifçe şişer, ancak şekilleri değişmez).
İngiliz Chaffee'nin kauçuklu kumaşı icat etmesinden sonra kauçuk ürünleri Avrupa ve Kuzey Amerika'da kısa süreli de olsa büyük bir popülerlik kazandı. Ham kauçuğu terebentin içinde eritti, karbon siyahı ekledi ve özel tasarlanmış bir makine kullanarak karışımı ince bir tabaka halinde kumaşa uyguladı. Bu malzemeden sadece kıyafetler, ayakkabılar ve şapkalar değil, aynı zamanda evlerin ve kamyonetlerin çatıları da yapıldı. Ancak kauçuklu kumaştan yapılan ürünlerin büyük bir dezavantajı vardı. Gerçek şu ki, kauçuğun esnekliği yalnızca küçük bir sıcaklık aralığında kendini gösteriyor, bu nedenle soğuk havalarda kauçuk ürünler sertleşiyor ve çatlayabiliyor ve yazın yumuşayarak yapışkan, pis kokulu bir kütleye dönüşüyor. Yeni malzemeye duyulan coşku hızla azaldı. Ve bir gün Kuzey Amerika'da sıcak bir yaz yaşandığında, kauçuk endüstrisinde bir kriz meydana geldi - tüm ürünler iğrenç kokulu bir jöleye dönüştü. Kauçuk şirketleri iflas etti.
3 numaralı grup için deney:
“Kauçuk ve Kauçuğun Isı ile İlişkisi.”
Ekipman: su banyosu (T=100 0 C), pota maşası veya cımbız, ince lastik şeritler.
Deneyin Prosedürü: İnce bir doğal kauçuk şeridi ve aynı büyüklükte bir kauçuk şeridi kaynar suya 5 dakika boyunca koyun. Pota maşası kullanarak bir lastik şeridi çıkarın ve hızla gerin. Aynısını lastik şeritle de yapın. Kauçuk yumuşama sonucu büyük oranda esneyerek elastikiyetini kaybeder, kauçuk ise herhangi bir değişiklik göstermez. Kauçuk termoplastiktir, kauçuk değildir. Kauçuk, kauçuğa kıyasla daha yüksek termal dirençle karakterize edilir. Kauçuğun ve kauçuğun ısıya karşı farklı tutumlarını nasıl açıklayabiliriz?
Ve kauçuktan iyi bir malzemenin yaratılabileceğine içtenlikle inanan Amerikalı Charles Nelson Goodyear olmasaydı, herkes yağmurlukları ve galoşları unutacaktı. Birkaç yılını bu fikre adadı ve tüm birikimini harcadı. Çağdaşları ona güldü: "Lastik paltolu, lastik çizmeli, lastik silindir şapkalı ve lastik cüzdanlı bir adam görürseniz ve cüzdanında tek bir kuruş bile yoksa, o zaman onun Goodyear olduğundan emin olabilirsiniz." Ancak Charles Goodyear, kauçuğu ısrarla her şeyle karıştırdı: tuz, karabiber, kum, yağ ve hatta çorba ve sonunda başarıya ulaştı. 1839 yılında kauçuğa biraz kükürt ekleyip ısıttığınızda dayanıklılığının, sertliğinin, elastikiyetinin, ısıya ve dona karşı direncinin artacağını keşfetti. Şu anda, Charles Goodyear tarafından icat edilen ve genel olarak kauçuk olarak adlandırılan yeni malzemedir ve keşfettiği sürece kauçuğun vulkanizasyonu adı verilmektedir. Bu andan itibaren kauçuk üretiminde hızlı bir büyüme başladı.
4 numaralı grup için deney:
"Lastik alıyorum."
Ekipman: test tüpleri, test tüpü tutucusu, ısıtma cihazları, kauçuk, kükürt tozu, cam çubuk, bir bardak su.
Deneyin prosedürü: Bir test tüpüne küçük bir parça kauçuk koyun, biraz toz halindeki kükürt ekleyin, elde edilen karışımı kükürt eriyene kadar ısıtın, bir cam çubukla karıştırın ve sonra soğutun. Ortaya çıkan malzeme orijinal hammaddeden daha sert ve daha dayanıklı olacaktır. Reaksiyon sırasında kauçuk vulkanize edildi ve kauçuk elde edildi. Ortaya çıkan kauçuk örneğinin esnekliğini, yüksek ve düşük sıcaklıklara maruz kalmasını kontrol edin. Kauçuğun fiziksel özellikleri hakkında bir sonuç çıkarın. (Kauçuk, kauçuğa göre daha iyi mekanik özelliklere sahiptir ve sıcaklık değişimlerine karşı daha fazla dirence sahiptir).
Brezilya'nın zenginliğinin kaynağını gözbebeği gibi koruması şaşırtıcı değil. Hevea tohumlarının ihracatı ölüm cezasıyla yasaklandı. Ancak 1876'da İngiliz casusu Henry Wickham, İngiliz gemisi Amazonas'ın ambarlarından gizlice 70.000 Hevea tohumunu çıkardı. İlk kauçuk plantasyonları Güneydoğu Asya'daki İngiliz kolonilerinde kuruldu. Doğal İngiliz kauçuğu dünya pazarında Brezilya kauçuğundan daha ucuz olarak ortaya çıktı.
Ve dünya çeşitli kauçuk ürünleri tarafından fethedildi. Şaşırtıcı bir şekilde, metal lastikler yerine lastik lastiklerin icadı ilk başta coşkuyla karşılanmadı, ancak metal lastikli mürettebat pek rahat değildi - İngiltere'de korkunç gürültü ve sarsıntı nedeniyle bunlara "serçe savaşçıları" deniyordu. Amerika'da katı kauçuk lastiklere sahip yeni sessiz arabalar yasaklandı. Mürettebatın yaklaşması konusunda yoldan geçenleri uyarmadıkları için tehlikeli sayılıyordu. Rusya'da da lastik tekerlekli sessiz at arabaları hoşnutsuzluğa neden oldu - acele edecek vakti olmayan yayalara çamur attılar.
5 numaralı grup için deney:
“Kauçuğun Doymamış Karakteri.”
Ekipman: test tüpleri, doğal kauçuk, doymamış hidrokarbonlardan arındırılmış benzin, potasyum permanganat çözeltisi, brom veya iyotlu su. (Not: En az 24 saat önceden kauçuk parçalarını organik çözücülerden biri olan benzinde çözün).
Deneyin prosedürü: Potasyum permanganat ve brom (iyot) su çözeltisi içeren bir test tüpüne önceden hazırlanmış kauçuk çözeltisinden birkaç damla ekleyin ve çalkalayın. Renk değişimini gözlemleyin. Bir kauçuk çözeltisi neden bromlu su veya potasyum permanganat çözeltilerinin rengini değiştirir?
Arabaların montajı için konveyör yönteminin icadıyla birlikte kauçuğa olan ihtiyaç o kadar arttı ki, doğal hammaddelerin sınırlı üretimi sorunu acilen ortaya çıktı. Başka kauçuk kaynakları aramak gerekiyordu. 19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın ilk yarısında kauçuğun yapısı, fiziksel ve kimyasal özellikleri, elastikiyet olgusu ve vulkanizasyon süreci hakkında birçok ülkede kapsamlı araştırmalar yapıldı. G. Staudinger, kauçuğun yüksek moleküler bir bileşik olduğunu, yani atomları kovalent bağlarla bağlanan dev moleküller de olsa sıradanlardan oluştuğunu kanıtladı. Bilim adamı, kauçuk ve kauçuk üzerine yaptığı çalışmalara dayanarak, makromoleküllerin zincir yapısına ilişkin bir teori ortaya koydu ve dallanmış makromoleküllerin ve üç boyutlu bir polimer ağının varlığını öne sürdü.
Doğal kauçuk %91-95 oranında poliizopren hidrokarbon (C 5 H 8) n içerir. Doğal kauçuk molekülü 20-40 bin temel birim içerebilir, molekül ağırlığı 1.400.000-2.600.000'dir, suda çözünmez, ancak çoğu organik çözücüde iyi çözünür.
6 numaralı grubun görevi.
2 g yandığında 2,12 g su ve 6,48 g karbondioksit üreten bir maddenin moleküler formülünü bulun. Bu maddenin hidrojene göre bağıl buhar yoğunluğu 34'tür. Bu maddenin yapısal formülünü ve olası tüm izomerlerini yazınız.
Doğal kauçuk poliizopren stereodüzenli bir polimerdir: makromoleküldeki izopren birimlerinin neredeyse tamamı (%98-100) cis-1,4 pozisyonunda birbirine bağlanır. Kauçuğun doğal geometrik izomeri güta-perka trans-1,4-poliizoprendir. Kauçuk ve güta-perkadaki ikame maddelerinin mekansal düzenindeki farklılıklar, bu maddelerin makromoleküllerinin şeklinin de farklı olmasına yol açmaktadır. Kauçuk molekülleri toplar halinde bükülür. Bir lastik bant gerilir ve deforme edilirse, moleküler bobinler deformasyonun uygulandığı yönde düzleşecek ve bant uzayacaktır. Ancak kauçuk moleküllerinin orijinal hallerinde olması enerji açısından daha uygundur, bu nedenle gerilim durdurulursa moleküller tekrar top haline gelecek ve bandın boyutları aynı olacaktır. Güta-perka molekülleri kauçuktaki gibi top şeklinde kıvrılmaz. Yük yokluğunda bile uzarlar. Bu nedenle güta-perkanın esnekliği çok daha azdır.
Vulkanizasyon sırasında kauçuğa ne olur? Kauçuk kükürt ile ısıtıldığında kauçuğun makromolekülleri kükürt köprüleri aracılığıyla birbirine "çapraz bağlanır". Kauçuğun bireysel makromoleküllerinden tek bir üç boyutlu uzaysal ağ oluşturulur. Böyle bir malzemeden (kauçuk) yapılmış bir ürün, kauçuktan daha güçlüdür ve daha geniş bir sıcaklık aralığında esnekliğini korur.
7 numaralı grup için deney:
“Kauçuğun ayrışması.”
Ekipman: test tüpleri, yan tüplü test tüpü, tıpalı gaz çıkış tüpleri, doğal kauçuk, seyreltilmiş potasyum permanganat çözeltisi.
Deneyin prosedürü: Doğal kauçuk parçalarını, gaz çıkış borusu olan bir test tüpüne yerleştirin. Kauçuk ısıtıldığında aralarında izopren bulunan doymamış bileşikler oluşur. Sıvı reaksiyon ürünleri 1 No'lu test tüpünde yoğunlaştırılır ve gaz halindeki ürünler 2 No'lu test tüpünde toplanır. Ayrışmaya, keskin bir kokuya sahip maddelerin oluşumu eşlik eder! 2 numaralı test tüpündeki potasyum permanganat çözeltisinin renginin değişmesi, kauçuğun ayrışma ürünlerinin doymamış yapısını gösterir. Yoğuşma suyunun potasyum permanganat çözeltisine oranını araştırın. İzopren ve brom arasındaki reaksiyonun denklemini yazın.
Pirinç. 1. Cihaz şeması.
İlginçtir ki 20. yüzyılın başında birçok ülkede kauçuk oluşumuna yönelik yerel bitki türleri üzerinde çalışmalar yürütülüyordu. Sovyetler Birliği'nde 30'lu yıllarda kauçuk bitkileri için sistematik bir araştırma yapıldı; bu tür bitkilerin toplam listesi 903 türe ulaştı. En etkili kauçuk bitkileri, özellikle de Tien Shan karahindiba kok-sagyz, Rusya, Ukrayna ve Kazakistan'daki tarlalarda yetiştiriliyor; fabrikalar, Hevea'daki kauçuğa eşit kalitede olduğu düşünülen kauçuk üretiyordu. 50'li yılların sonunda sentetik kauçuk üretiminin artmasıyla birlikte kauçuk karahindiba ekimi durduruldu.
Kauçuğa benzer madde ilk olarak 1879'da Fransız kimyager G. Bouchard tarafından izoprenin hidroklorik asitle işlenmesiyle elde edildi. Rus kimyager I. Kondakov (Yuryev), 1901 yılında dimetilbutadienden elastik bir polimer sentezledi. İlk endüstriyel sentetik kauçuk partileri - dimetil kauçuk - Kondakov'un 1916'daki gelişmelerine dayanarak Almanya'da üretildi. Denizaltılar için akü kutularının yapıldığı yaklaşık 3.000 ton sentetik kauçuk elde edildi. Ancak dimetil kauçuğu yaygınlaşamadı ve üretimi durduruldu.
8 numaralı grubun görevi.
S.V. hakkında bir sunum hazırlayın. (Ek 2.)
Rus bilim adamı S.V. Lebedev, bilimsel faaliyetinin önemli bir bölümünü dienlerin polimerizasyonu sorununa adadı. İlk kez 1910 yılında sentetik bütadien kauçuğu üretti. Ve Lebedev'in divinil (bütadien –1,3) ve türevlerinin polimerizasyon kinetiğinin incelenmesine yönelik yüksek lisans tezi, 1914'te Rusya Bilimler Akademisi'nden bir ödül aldı. S. V. Lebedev, 1936'da SSCB hükümetinin sentetik kauçuğun endüstriyel üretiminin en iyi şekilde geliştirilmesi için bir rekabet ilan etmesiyle bütadien polimerizasyon sürecine geri döndü. Lebedev ve işbirlikçileri, ucuz ve etkili bir yöntemi başarıyla geliştirdiler. Katalizör olarak sodyum metalinin kullanılması önerildi ve bu yöntemle elde edilen polimere sodyum bütadien kauçuğu adı verildi. Gerçek keşif, karışık çinko-alüminyum katalizörü kullanılarak etil alkolden bütadien üretmeye yönelik tek adımlı bir yöntemdi. Bitkisel hammaddelerden elde edilen etanolün başlangıç ürün olarak kullanılması, o zamanki tarım Sovyetler Birliği koşullarında üretim maliyetini önemli ölçüde azalttı. S.V. Lebedev'in çalışmaları sayesinde, dünyada ilk kez 1932'de Sovyetler Birliği'nde endüstriyel büyük ölçekli sentetik kauçuk üretimi başlatıldı. Dünyanın ilk divinil kauçuk üretim tesisi Yaroslavl'da açıldı ve kısa süre sonra bu tür tesisler Voronej, Kazan ve Efremov'da faaliyete geçti. Bu etkinliğin önemini abartmak zordur: Yerli ekipmanı kendi üretimimiz lastiklerle donatma yeteneği, dış dünyadan tamamen ekonomik izolasyon koşullarında Nazi Almanya'sına karşı kazanılan zaferde önemli bir rol oynadı. Almanya, sentetik kauçuk üretimini başlatan ikinci ülkeydi, ancak bu yalnızca 1936'da gerçekleşti.
9 numaralı grubun görevi.
JSC Voronezhsintezkauchuk hakkında bir sunum hazırlayın. (Ek 3.)
1932'den 1990'a kadar SSCB, sentetik kauçuk üretim hacimleri açısından dünyada birinci sırada yer aldı. Ve bugün Rusya küresel öneme sahip bir ihracatçı konumunu koruyor. Üretimin yaklaşık yarısı iç piyasada kalıyor. Sentetik kauçuğun ana tüketicileri lastik fabrikalarıdır ve kauçuğun yaklaşık %40'ı, yumuşak kauçuktan teknik ve cerrahi ürünler, ayakkabı tabanları, taşıma bantları, çeşitli borular dahil olmak üzere çeşitli kauçuk ürünlerinin (50.000'den fazla ürün) üretiminde kullanılır. ve her türden hortumlar, elektrik yalıtımı, yapıştırıcılar, sızdırmazlık malzemeleri, lateks bazlı boyalar ve çok daha fazlası. Sentetik kauçuk teknolojisinin gelişmesiyle birlikte kauçuk endüstrisi tamamen doğal kauçuk üretimine bağımlı olmaktan çıktı. Ancak sentetik kauçuk, doğal kauçuğun yerini almamış olup, kauçuk üretim hacmi halen artmakta olup, doğal kauçuğun toplam üretim hacmi içindeki payı %30'dur. Dünyanın önde gelen doğal kauçuk üreticileri şu anda Güneydoğu Asya ülkeleri - Tayland, Endonezya, Malezya, Güney Vietnam, Çin'dir. Doğal kauçuğun benzersiz özellikleri nedeniyle 75 tona kadar yüklere dayanabilen büyük lastiklerin üretiminde vazgeçilmezdir. En iyi imalat şirketleri binek otomobil lastikleri için doğal ve sentetik kauçuk karışımından lastikler üretmektedir. Bu nedenle doğal kauçuğun ana uygulama alanı lastik endüstrisi (%70) olmaya devam etmektedir. Ayrıca doğal kauçuk, yüksek güçlü taşıma bantlarının, kazanlar ve borular için korozyon önleyici kaplamaların, tutkalın, ince duvarlı yüksek mukavemetli küçük ürünlerin, tıpta vb. imalatında kullanılır.
Dersin sonunda her grubun çalışmalarına ilişkin raporları dinliyor ve dersle ilgili sonuçlar çıkarıyoruz. Ders sırasında öğrenciler doğal ve sentetik kauçuğun hayatımızdaki rolünün büyük olduğunu öğrendiler. Kauçuk, otomobil ve havacılık ürünlerinin üretiminin yanı sıra tüketim mallarının (ayakkabı, spor malzemeleri, oyuncak) üretiminde de kullanılmaktadır. Doğal kauçuğun kimyasal özellikleri incelendiğinde, polimer zincirinde birden fazla bağın olduğu ortaya çıktı; kauçuğun cis-formunda olduğu ve
2-metilbütadien-1,3 (izopren). Vulkanize kauçuğa kauçuk denir. Öğrenciler ayrıca kauçuk bitkilerini ve bunlardan doğal kauçuk elde etme yöntemlerini tanıyarak teorik ve pratik becerilerini geliştirmeye devam ettiler.
Sunumlar makalenin ekinde yer almaktadır (Ek, ,).
Referanslar:
- Dergisi “Potansiyel. Kimya. Biyoloji. Tıp” Moskova yayınevi. LLC “Azbuka-2000” 2011, E. A. Mendeleev'in makalesi “Kauçuğun tarihi” s. 9–14.
- O. S. Gabrielyan, L. P. Vatlina “Okulda kimyasal deney”, Moskova “Drofa” 2005.
- A. I. Artemenko “Organik Kimyanın Şaşırtıcı Dünyası”, Moskova “Drofa” 2008.
Halojenlerin etkisi
Doğal temas sürecinde lastik halojenlerle, çift bağ yoluyla bir halojenin eklenmesiyle birlikte, hidrojenin değiştirilmesi süreci, hidrojen klorür oluşumuyla başlar.
Doğal kauçuğun klorlanması, klorun bir kauçuk çözeltisinden geçirilmesiyle gerçekleştirilir. tetraklorür karbon veya kauçuğun basınç altında klor ile temas etmesi. Klorlama, bir takım ara ürünlerin oluşmasından sonra meydana gelir. Klorlamanın son ürünü tetraklorür karbon yüksek moleküler ağırlık klorlu kauçuk adı verilen döngüsel yapıya sahip bir bileşik. Bu doymuş ürün, klor ilavesi, hidrojenin klor ikamesi ve siklizasyonun sonucudur.
Klorlu kauçuk, benzin hariç tüm doğal kauçuk solventlerde kolayca çözünür. Çözeltileri çözeltilerle hemen hemen aynı viskoziteye sahiptir orijinal kauçuk, bu nedenle klorlama, makromoleküllerin gözle görülür bir şekilde yırtılmasına ve moleküler ağırlıkta bir azalmaya yol açmaz. Tipik olarak klorlu kauçuk hem beyaz toz hem de şeffaf filmler halinde elde edilir. 70 °C'ye yakın sıcaklıkta yumuşayarak yumuşak ve elastik bir hale gelir, 180-200 °C'de ise klor oluşumuyla ayrışır.
Doymuş bir bileşik olan klorlu kauçuk nispeten yüksek kimyasal direnç: Asitlere, tuzlara ve alkalilere karşı dayanıklıdır. Çeşitli boyaların yapımında kullanılır, korozyon önleyici kaplamalar ve refrakterler ve ayrıca kauçuk elemanların metal yüzeylere sabitlenmesi için bir bileşimin temelidir.
Sentetik bütadien ve bütadien stiren kauçukların bir karbon tetraklorür çözeltisi içinde klorlanması esas olarak çift bağlar yoluyla meydana gelir ve buna makromoleküllerin çapraz bağlanması eşlik eder; Bu durumda neredeyse hiç siklizasyon gözlenmez. %35'e kadar klor içeren bu kauçukların kısmi klorlama ürünleri, 13 MPa'ya (130 kgf/cm2) kadar çekme mukavemetine sahip doldurulmamış vulkanizatlar oluşturmak üzere kükürt ve metal oksitlerle vulkanize edilebilir. Stiren-bütadien kauçuğun klorlanması ürünlerindeki maksimum klor içeriği% 53, bütadien kauçuğunun klorlanması ürünlerinde ise% 65-71'dir. Bu ürünler yüksek kimyasal dirence sahiptir.
Nairitin dikloroetan veya kloroform içerisinde klorlanmasıyla elde edilen klornairit(C4H5CI3) formülüne karşılık gelen %68 klor içerir P. Klornairit, kauçuk-metal ürünlerin vulkanizasyon işlemi sırasında kauçuğun metallere tutturulması için kullanılan yapıştırıcıların üretiminde kullanılır.
Doğal kauçuk soğukta brom ile etkileşime girdiğinde, brom çift bağ bölgesinde birleşerek (C5H8Br2)n bileşimine sahip yüksek moleküllü bir bileşik olan kauçuk dibromürü oluşturur. Bu reaksiyon pratikte kauçuğun diğer maddelerle karışımlarındaki kantitatif tayin için kullanılır. Dibromid nispeten kararsızdır; 60 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ayrışma meydana gelir.
Doğal kauçuk iyot ve flor ile etkileşime girdiğinde aynı anda kauçuk oksidasyonu meydana gelir. Sadece özel koşullar altında, dibromide benzer şekilde iyot ve florin ile etkileşime giren yüksek moleküler ağırlıklı ürünler elde etmek mümkündür.
Sülfürik asit ve sülfatların etkisi
Doğal kauçuk, sülfürik asit ve sülfonik asitlere maruz kaldığında, termoprenler. Üretim koşullarına ve alınan asit miktarına bağlı olarak farklı sertlikte termoprenler elde edilebilmektedir. Tüm termoprenler termoplastiktir, yani ısıtıldıklarında yumuşayabilirler.
Tutkal formundaki bazı termoprenler, metal ekipmanın yüzeyini kaplarken (zamklama) metal ve ahşap yüzeyine kauçuğun tutturulması için kullanılır.
Termopren üretimine yönelik kimyasal işlem, kauçuğa daha eşit şekilde dağılmış uçucu olmayan sülfonik asitleri kullanır. Bu işlem, n-Toluensülfonik asidin %8-9 miktarında izopren kauçuğu ile kalenderlerde karıştırılması ve elde edilen karışımın 3 saat boyunca 140°C'ye yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılması yoluyla gerçekleştirilir. Isıl işlemin bitiminden sonra, elde edilen karışım silindirler üzerinde yıkanır, böylece elde edilen maddenin daha fazla kurutulmasıyla asitler uzaklaştırılır.
Termoprenler oluştuğunda, bitişik çift bağların etkileşimi sonucu kauçuk siklizasyonu meydana gelir. Termoprenin bileşimi (C5H8)n formülüne yaklaşır; bu, asidin kauçuğa bağlanmadığını, yalnızca moleküler yapısında bir değişikliğe neden olduğunu, moleküllerdeki çift bağların sayısının ise neredeyse 2 oranında azaldığını gösterir. -2,5 kat.
Termoprenler kauçukla aynı çözücülerde çözünür.
Termopren çözeltilerinin viskozitesi, orijinal kauçuğun çözeltilerinin viskozitesinden önemli ölçüde daha düşüktür; bu, sülfonik asitlerin etkisi altında moleküler ağırlıkta bir azalmaya işaret eder. Termoprenler, orijinal kauçuk gibi kükürt ile vulkanize edilebilir; halojenler ve hidrojen halojenürler eklerler.
Sentetik cis- 1,4-poliizopren, sülfonik asitlerle reaksiyona girer ve doğal kauçuğun sülfonik asitlerle etkileşimi sonucu ortaya çıkan ürünlerin yapısına benzer bir yapıya sahip ürünlerin oluşmasıyla siklizasyon meydana gelir.
Kauçukların oksidasyonu
Oksidasyon, kauçuğun yaşlanmasının ana nedenidir ve bunun sonucunda fiziksel, mekanik ve teknolojik özellikleri bozulur. Kauçuğun oksijenle etkileşimi, plastikleştirme, vulkanizasyon ve rejenerasyon gibi bir dizi teknolojik işlemi gerçekleştirirken kauçuğun özelliklerinde değişikliklere yol açarken çok önemlidir.
Kauçuk oksidasyonunun ürünleri hem uçucu hem de uçucu olmayan bileşiklerdir. Doğal kauçuğun oksidasyon reaksiyonunun oldukça uçucu ürünlerinin karışımında aşağıdakiler bulundu: karbondioksit, su ve hidrojen, hidrojen peroksit, formaldehit. Bütadien kauçuğun uçucu oksidasyon ürünleri su, formaldehit ve formik asit içerir.
Uçucu olmayan oksidasyon ürünlerinde oksijen fonksiyonel gruplarda bulunur.
Oksitlendiğinde kauçuklar önemli miktarda oksijeni emebilir. Doğal kauçuğun oksidasyon işlemi sırasında %30'a kadar oksijeni emdiği bilinmektedir.
Daha sonra endüstriyel kullanıma yönelik ham kauçuk, özgül ağırlığı 0,91-0,92 g/cm olan yoğun amorf elastik bir malzeme midir? ve kırılma indisi 1,5191'dir. Bileşimi farklı latekslere ve ekim hazırlama yöntemlerine göre değişir. Tipik bir analizin sonuçları tabloda sunulmaktadır.
Kauçuk hidrokarbon, (C5H8)n genel formülüne sahip bir hidrokarbon polimer kimyasal bileşiği olan poliizoprendir. Ahşapta kauçuk hidrokarbonların tam olarak nasıl sentezlendiği bilinmemektedir. Vulkanize edilmemiş kauçuk, sıcak havalarda yumuşak ve yapışkan, soğuk havalarda ise kırılgan hale gelir. Hava yokluğunda 180°C'nin üzerine ısıtıldığında kauçuk ayrışır ve izopreni açığa çıkarır. Kauçuk, diğer reaktif maddelerle etkileşime girdiğinde önemli kimyasal aktivite sergileyen doymamış organik bileşikler sınıfına aittir. Böylece hidroklorik asitle reaksiyona girerek kauçuk hidroklorür oluşturur, ayrıca klorla da ekleme ve ikame mekanizmalarıyla reaksiyona girerek klorlu kauçuk oluşturur. Atmosferdeki oksijen kauçuğa yavaşça etki ederek onu sert ve kırılgan hale getirir; ozon aynı şeyi daha hızlı yapar. Nitrik asit, potasyum permanganat ve hidrojen peroksit gibi güçlü oksitleyici maddeler kauçuğu oksitler. Alkalilere ve orta derecede kuvvetli asitlere karşı dayanıklıdır. Kauçuk ayrıca hidrojen, kükürt, sülfürik asit, sülfonik asitler, nitrojen oksitler ve diğer birçok reaktif bileşikle reaksiyona girerek, bazıları endüstriyel uygulamalara sahip olan türevler oluşturur. Kauçuk su, alkol veya asetonda çözünmez, ancak benzen, toluen, benzin, karbon disülfit, terebentin, kloroform, karbon tetraklorür ve diğer halojenli solventlerde şişer ve çözünür, yapıştırıcı olarak kullanılan viskoz bir kütle oluşturur. Kauçuk hidrokarbon, latekste, boyutu 0,1 ila 0,5 mikron arasında değişen küçük parçacıkların bir süspansiyonu formunda bulunur. En büyük parçacıklar bir ultramikroskopla görülebilir; sürekli hareket halindedirler, bu da Brown hareketi adı verilen bir olguyu açıklayabilir. Her kauçuk parçacığı negatif bir yük taşır. Lateksten bir akım geçirilirse, bu parçacıklar pozitif elektrota (anot) doğru hareket edecek ve üzerinde birikecektir. Bu fenomen endüstride metal nesneleri kaplamak için kullanılır. Kauçuk parçacıklarının yüzeyinde lateks parçacıklarının birbirine yaklaşmasını ve pıhtılaşmasını engelleyen adsorbe edilmiş proteinler bulunur. Parçacığın yüzeyine adsorbe edilen maddeyi değiştirerek yükünün işaretini değiştirebilirsiniz ve ardından kauçuk parçacıkları katotta birikecektir. Kauçuğun endüstriyel kullanımını belirleyen iki önemli özelliği vardır. Vulkanize edilmiş durumda elastiktir ve gerildikten sonra orijinal şekline geri döner; vulkanize edilmemiş durumda plastiktir, yani. Isı veya basıncın etkisi altında akar. Kauçuğun benzersiz bir özelliği vardır: Gerildiğinde ısınır, sıkıştırıldığında soğur. Bunun yerine, kauçuk ısıtıldığında büzülür ve soğutulduğunda genişler; bu da Joule etkisi adı verilen bir olguyu gösterir. Yüzde birkaç yüz gerildiğinde, kauçuk molekülleri öyle yönlendirilir ki, lifleri bir kristalin X-ışını deseni özelliğini verir. Hevea'dan ekstrakte edilen kauçuk molekülleri cis konfigürasyonuna sahipken, balata ve güta perka molekülleri trans konfigürasyonuna sahiptir. Zayıf bir elektrik iletkeni olan kauçuk aynı zamanda elektrik yalıtkanı olarak da kullanılır.
Sayfa 1
Kauçuk çözeltileri, yüksek viskozite ve polimer çözeltilerin diğer karakteristik özellikleriyle karakterize edilir. Kauçuk çözeltilerinin koloidal özellikleri, çözeltide bulunan kauçuk moleküllerinin ve misellerinin önemli boyutuyla açıklanmaktadır. Kauçuk çözeltilerinin viskozitesi, konsantrasyonun artması ve sıcaklığın azalmasıyla gözle görülür şekilde artar. Kauçuğun tahribatı yapıştırıcıların viskozitesinde bir azalmaya yol açar.
Dekalin içindeki bir kauçuk çözeltisi, iç içe geçmiş iki tüpten oluşan ozonlayıcı tipi bir cihaza yerleştirildi ve 4500 voltluk alternatif akımdan bir deşarja maruz bırakıldı.
Kauçuk çözümleri veya teknoloji uzmanlarının dediği gibi kauçuk yapıştırıcılar çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, özelliklerinin incelenmesi doğrudan teknolojik ilgi çekicidir. Aynı zamanda, bu çözümler, kauçuğun, yapının, teknik niteliklerin, doğal ve teknolojik değişimlerin incelenmesi için incelenmesi özellikle önemli olan çok sayıda karakteristik özelliğe sahiptir. Kauçuğun yapısal özellikleri hiçbir yerde çözümlerinin özelliklerinde olduğu kadar incelikli ve hassas bir şekilde yansıtılmamıştır. Kauçuk çözeltilerinin özelliklerini bilmek, büyük ölçüde kauçuğun özelliklerini ve yapısal özelliklerini bilmek anlamına gelir.
Kauçuk çözeltisi aparatın içine beslenir ve bir rotor aracılığıyla aparatın duvarlarına yayılır. Muhafaza ile rotor kanatları arasındaki boşluk 1 - 3 mm'dir. Minimum boşluk için çabalamak gerekir, ancak rotorun merkezlenmesinin zorluğu ve kaynak ve montajı sırasında mahfazanın doğru silindirik şeklinin muhafaza edilememesi, nispeten büyük bir boşlukla çalışmayı gerekli kılmaktadır. Kauçuk, aparatın duvarı boyunca sessiz buharla ısıtılır. Gazdan arındırma işlemini hızlandırmak için cihaz vakum altında çalışır.
Doğal kauçuğun benzin veya benzene karıştırılmasıyla elde edilen bir kauçuk çözeltisi.
| Kauçuğun şişmesinin kinetiği. |
Kauçuk çözeltileri, yüksek viskozite ve polimer çözeltilerin diğer karakteristik özellikleriyle karakterize edilir. Kauçuk çözeltilerinin koloidal özellikleri, çözeltide bulunan kauçuk moleküllerinin ve misellerinin önemli boyutuyla açıklanmaktadır. Kauçuk çözeltilerinin viskozitesi, konsantrasyonun artması ve sıcaklığın azalmasıyla gözle görülür şekilde artar. Kauçuğun tahribatı yapıştırıcıların viskozitesinde bir azalmaya yol açar.
Ksilen veya çözücü nafta içindeki sodyum bütadien, bütadien-stiren ve büta-dien-nitril kauçukların çözeltileri, 150 - 170 ° C'de kuruduktan sonra metaller üzerinde çok sert, elastik altın rengi bir film oluşturan ve metal ürünleri atmosferik etkilerden tatmin edici bir şekilde koruyan verniklerdir. korozyon. Sodyum butadyum kauçuğu çözeltisine %3-5 kobalt linoleat veya başka bir kurutma maddesi eklendiğinde renksiz vernik filmleri oda sıcaklığında 1-2 günde kürlenir.
Bir kauçuk çözeltisi oksijen varlığında ultraviyole ışınımına maruz bırakılırsa, minimum yüzey geriliminde keskin bir azalma ve bunun daha yüksek konsantrasyonlu bölgeye kayması gözlenir. Öte yandan, § inert bir gaz atmosferinde ışınlandığında, yüzey gerilimi izotermi § neredeyse değişmeden kalırken viskozite keskin bir şekilde düşer.
Daha sonra, zaten yüksek bir viskoziteye sahip olan kauçuk çözeltisi, soğutucu akışkanın dolaştığı borular arası boşlukta bir dizi boru şeklindeki bölümden geçer. Her bölümün tüplerinde çözelti laminer modda hareket eder, bunun sonucunda tüplerin yarıçapı boyunca bir sıcaklık gradyanı oluşturulur. Bir sonraki bölüme geçerken çözeltinin katmanları karıştırılır ve sıcaklığın ortalaması alınır.
Klor gazı, buzdolaplarıyla donatılmış emaye reaktörde bulunan kauçuk bir çözeltiden geçirilir. Karbon tetraklorür geri akış kondansatöründen reaktöre geri gönderilir ve fazla klor ve sonuçta ortaya çıkan hidroklorik asit uçucu hale gelir. Hidroklorik asit, tantaldan yapılmış emiciler tarafından emilir. Klorlama tamamlandıktan sonra çözelti, aside dayanıklı tuğlalarla kaplı bir depolama tankına aktarılır. Daha sonra çözelti, klorlu kauçuğun çözeltiden düştüğü bir sıcak su tankına pompalanır. Çökelti iyice yıkanır ve ardından kurutulur. Aşağıda bu ürünün viskozite açısından farklılık gösteren dört derecesinin olduğu gösterilecektir. Kauçuk klorlandığında hem ekleme hem de ikame reaksiyonları meydana gelir. Kauçuk klorlama ürünü, yalnızca yüksek klor içeriğiyle maksimum stabilite, asit ve alkali direncinin yanı sıra yanmazlık elde eder.