Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 1391
Скачиваний: 37
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждениеАРЗАМАССКИЙ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ ИМЕНИ П.И. ПЛАНДИНА(ГБПОУ АПК им. П.И. Пландина)ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТпо теме:ПОЛИМЕРЫ – СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Выполнил: студент I курсагруппы ИСП-104 Логвиненко К.Руководитель:Пимкова Э. В., преподаватель химии Арзамас 2021 г.СодержаниеВведение…………………………………………………………………………….3Глава 1. Классификация и общие свойства высокомолекулярных соединений………………………………………………………………………….4Глава 2. Использование полимеров в современной жизни человека……..82.1. Полимеры в медицине……………………………………………………….82.2. Полимеры в машиностроении…………………………………………...…92.3. Полимеры в сельском хозяйстве………………………………………...…10Глава 3. Опасность использования полимеров для человека и окружающей среды……………………………………………………………………………......12Заключение………………………………………………………………...………14Список использованных источников…………………………………………..15Приложения…………………………………………………………………….....16ВведениеВысокомолекулярные соединения или полимеры – это сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч, миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения друг с другом одинаковых или разных простых молекул – мономеров. Полимерные материалы в жизнедеятельности человека имеют огромное значение. Поэтому вопрос об их использовании и дальнейшей утилизации особо актуален. «Широко простирает химия руки свои в дела человеческие. Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде отражаются перед очами нашими успехи её прилежания»1Полимерные вещества внедрились во все сферы человеческой деятельности – технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы. Некоторые полимеры обладают высокой стойкостью к низким температурам, другие - водоотталкивающими свойствами и так далее.
Полимерами природных высокомолекулярных соединений могут служить крахмал, целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот, сюда же относятся природные каучуки и другие органические вещества. Сейчас синтетические полимеры, выпускаемые в мире, примерно на 75% состоят из продуктов полимеризации. Применяются они в строительстве и радиотехнике, машиностроении и производстве бытовых изделий.Целью данной работы является изучить полимеры, указать их строение, свойства и области применения.Для этого мне предстоит решить следующие задачи:
мира, новые методы его перестройки и усовершенствования. И не может быть
в наши дни специалиста, который мог бы обойтись без знания химии.» Полимер - это уникальное вещество, удивительный класс химических соединений, обладающий большим разнообразием в природе, буквально пронизывающий её полностью. Считается, что полимеры, будучи неживыми веществами, легли в основу жизни, ведь они могут обмениваться информацией между собой, самовоспроизводиться благодаря своей изменчивости. Многообразие физического строения, гибкость и изменчивость пространственной структуры и молекулярно-химического состава, способствуют присутствию как в минералах и пластиках, так и в полисахаридах и белках. Столь важная и сложная человеческая ДНК и РНК, отвечающие за передачу информации по наследству, не обходятся без полимеров.Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями. Большой интерес, таким образом, представляет исследование возможности априорного предсказания химического и физического поведения полимера на основании анализа его строения. Такую возможность предоставляют методы молекулярной механики и молекулярной динамики, реализованные в виде компьютерных расчетных программ
По происхождению полимеры делят на1. Природные - (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча). Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов и растений. С помощью специальных методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья.2. Химические:- Искусственные – полученные из природных путем химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноамиачное, вискозное волокна).- Синтетические – полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна, капрон, лавсан, пластмассы). Синтетические полимеры получают в результате химических реакций. В основном синтетические полимеры получают из продуктов переработки нефти и газа. На специальных заводах сначала получают составляющие, которые далее в реакции соединяются в длинные цепи.По составу:1. Органические2. Элементоорганические – делятся на три группы: основная цепь неорганическая, а ответвления органические; основная цепь содержит углерод и другие элементы, а ответвления органические; основная цепь органическая, а ответвления неорганические.3. Неорганические – имеют главные неорганические цепи и не содержат органических боковых ответвлений (элементы верхних рядов III – VI групп).По структуре макромолекулы:1. Линейные – полимеры, располагающиеся в макромолекуле в виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности. 2. Разветвленные - полимеры, в основной цепи которых имеются статистически или регулярно расположенные ответвления.3. Сетчатые (низко эластичные) -полимеры со сложной топологической структурой, образующие единую пространственную сетку.Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.Линейные полимеры обладают способностью образовывать высокопрочные волокна и плёнки, способные к большим, длительным деформациям они как правило гибкие, мягкие и тягучие. Все разветвленные полимеры наоборот прочные и твердые.По химическому составу:1. Гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья).2. Гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья).Полимерные молекулы, состоящие из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например, поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза, а состоящие из различных звеньев – гетероплимеры.
По составу главной цепи:1. Гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента).2. Гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы)По пространственному строению:1. Стереорегулярные – макромолекулы построены из звеньев одинаковой или разной пространственной конфигурации, чередующихся в цепи с определенной периодичностью.2. Нестереорегулярные (атактические) – с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурацией.По физическим свойствам:1. Кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы)2. АморфныеПо способу получения:1. Полимеризационные.2. Поликонденсационные.По свойствам и применению:1. Пластмассы.2. Эластомеры.3. Волокна.Общие свойства полимеров (характерные для большинства ВМС).1. ВМС не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком диапазоне температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления.2. Не подвергаются перегонке, т. к. разлагаются при нагревании.3. Не растворяются в воде или растворяются с трудом.4. Обладают высокой прочностью.5. Инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.Свойства полимеров.Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высоко ориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязко текучем. Полимеры с низкой температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеров могут меняться в очень широких пределах. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими к одной цепи.Некоторые свойства полимеров, например, растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.
Полимерами природных высокомолекулярных соединений могут служить крахмал, целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся остатками моносахарида (глюкозы), а также белки, элементарные звенья которых представляют собой остатки аминокислот, сюда же относятся природные каучуки и другие органические вещества. Сейчас синтетические полимеры, выпускаемые в мире, примерно на 75% состоят из продуктов полимеризации. Применяются они в строительстве и радиотехнике, машиностроении и производстве бытовых изделий.Целью данной работы является изучить полимеры, указать их строение, свойства и области применения.Для этого мне предстоит решить следующие задачи:
-
Изучить литературу по данной теме. -
Показать значимость полимерных материалов для человека. -
Выявить вред и пользу использования полимеров в жизни человека.
мира, новые методы его перестройки и усовершенствования. И не может быть
в наши дни специалиста, который мог бы обойтись без знания химии.» Полимер - это уникальное вещество, удивительный класс химических соединений, обладающий большим разнообразием в природе, буквально пронизывающий её полностью. Считается, что полимеры, будучи неживыми веществами, легли в основу жизни, ведь они могут обмениваться информацией между собой, самовоспроизводиться благодаря своей изменчивости. Многообразие физического строения, гибкость и изменчивость пространственной структуры и молекулярно-химического состава, способствуют присутствию как в минералах и пластиках, так и в полисахаридах и белках. Столь важная и сложная человеческая ДНК и РНК, отвечающие за передачу информации по наследству, не обходятся без полимеров.Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями. Большой интерес, таким образом, представляет исследование возможности априорного предсказания химического и физического поведения полимера на основании анализа его строения. Такую возможность предоставляют методы молекулярной механики и молекулярной динамики, реализованные в виде компьютерных расчетных программ
По происхождению полимеры делят на1. Природные - (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча). Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов и растений. С помощью специальных методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья.2. Химические:- Искусственные – полученные из природных путем химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноамиачное, вискозное волокна).- Синтетические – полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна, капрон, лавсан, пластмассы). Синтетические полимеры получают в результате химических реакций. В основном синтетические полимеры получают из продуктов переработки нефти и газа. На специальных заводах сначала получают составляющие, которые далее в реакции соединяются в длинные цепи.По составу:1. Органические2. Элементоорганические – делятся на три группы: основная цепь неорганическая, а ответвления органические; основная цепь содержит углерод и другие элементы, а ответвления органические; основная цепь органическая, а ответвления неорганические.3. Неорганические – имеют главные неорганические цепи и не содержат органических боковых ответвлений (элементы верхних рядов III – VI групп).По структуре макромолекулы:1. Линейные – полимеры, располагающиеся в макромолекуле в виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности. 2. Разветвленные - полимеры, в основной цепи которых имеются статистически или регулярно расположенные ответвления.3. Сетчатые (низко эластичные) -полимеры со сложной топологической структурой, образующие единую пространственную сетку.Линейные и разветвленные цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.Линейные полимеры обладают способностью образовывать высокопрочные волокна и плёнки, способные к большим, длительным деформациям они как правило гибкие, мягкие и тягучие. Все разветвленные полимеры наоборот прочные и твердые.По химическому составу:1. Гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья).2. Гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья).Полимерные молекулы, состоящие из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например, поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза, а состоящие из различных звеньев – гетероплимеры.
По составу главной цепи:1. Гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента).2. Гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы)По пространственному строению:1. Стереорегулярные – макромолекулы построены из звеньев одинаковой или разной пространственной конфигурации, чередующихся в цепи с определенной периодичностью.2. Нестереорегулярные (атактические) – с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурацией.По физическим свойствам:1. Кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы)2. АморфныеПо способу получения:1. Полимеризационные.2. Поликонденсационные.По свойствам и применению:1. Пластмассы.2. Эластомеры.3. Волокна.Общие свойства полимеров (характерные для большинства ВМС).1. ВМС не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком диапазоне температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления.2. Не подвергаются перегонке, т. к. разлагаются при нагревании.3. Не растворяются в воде или растворяются с трудом.4. Обладают высокой прочностью.5. Инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.Свойства полимеров.Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высоко ориентированные волокна и пленки, способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур фибрилл, сферолитов, монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных полимерах менее выражены, чем в кристаллических.
Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязко текучем. Полимеры с низкой температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеров могут меняться в очень широких пределах. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики.Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные, более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так называемые полимераналогичные превращения); внутримолекулярные реакции, протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами, принадлежащими к одной цепи.Некоторые свойства полимеров, например, растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.