Ученики на Учителя.com


Проект по химии "Полимеры в жизни человека"

ГАПОУ СО «САРАТОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА, СТРОИТЕЛЬСТВА И СЕРВИСА»
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ
по учебной дисциплине
ХИМИЯ
Тема: Полимеры в жизни человека
Выполнила:
студентка группы ПКД 1.9
Волкова Анастасия Дмитриевна
Руководитель проекта:
Преподаватель
Петрунина Наталия Алексеевна
Саратов 2020
1
Содержание
Введение
1. Полимеры в жизни человека
1.1 История полимеров
1.2 Структура полимеров
1.3 Классификация и свойства полимеров
1.4 Растворы полимеров
1.5 Диффузия газов полимеров
1.6 Полимеры в пищевой промышленности
1.7 Природные и искусственные полимеры
1.8 Применение полимеров и изделия из полимеров
2. Действие полиакрилатов в качестве абсорбентов. Практическая часть
Заключение
Список использованной литературы
2
Введение
Полимеры – это слово кажется нам современным, пришедшим к нам в
индустриальный век развитых технологий, часто мы связываем полимеры со
словом пластик. Однако полимеры существуют на нашей планете очень
давно. Даже люди, животные и растения состоят из полимеров – белков,
ДНК, РНК, целлюлоза и т.д. Все ткани живых организмов представляют
высокомолекулярные соединения – полимеры. Однако именно сейчас люди
научились создавать искусственные полимеры, чем значительно расширили
возможности строительства, производства и быта.
Мы каждый день сталкиваемся с искусственными полимерами в нашей
повседневной жизни. Благодаря своим ценным свойствам полимеры
применяются в современном мире в машиностроении, текстильной
промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и
судостроении, в быту полимеры – текстильные и кожевенные изделия,
посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы.
Актуальность: Полимерные материалы в жизнедеятельности человека
имеют огромное значение. Поэтому вопрос об их использовании и
дальнейшей утилизации особо актуален.
Объектом работы являются полимеры
Предмет – применение полимеров в хозяйственной деятельности
человека.
Цель работы – изучить структуры, свойства и применение различных
полимеров, а также поднять вопрос об утилизации полимерного мусора.
Задачи:
- сравнить природные и искусственные полимеры;
- рассмотреть применение полимеров в деятельности человека;
- провести опыт с полиакрилатом и сделать выводы;
3
1. Полимеры в жизни человека
1.1
История полимеров
Термин полимеры происходит от греческого polymeres – состоящий из
многих частей. Первые упоминания о синтетических полимерах были более
200 лет назад. Ряд полимеров, возможно, был получен еще в первой половине
19 века. Но в те времена химики не знали, что продукты, которые они
получают, являются полимерами. Великий русский химик А.М. Бутлеров
изучал связь полимерных материалов и создал теории химического строения
органических соединений. На ее основе и возникла химия полимеров.
Штаудингер Герман (1881-1965)
Ввел термин макромолекула и понятие о степени полимеризации
Предложил теорию цепного строения макромолекул
Установил соотношения между ММ полимеров и вязкостью растворов
полимеров. Исследовал большое количество химических реакций полимеров
Нобелевская премия 1953г.
«Хотя Штаудингер не принимал непосредственного участия в развитии
полимерной промышленности, ее развитие было бы невозможно без его
новаторских идей и инноваций» (Декабрь 1953 г.)
Главной причиной бурного развития химии полимеров стало потребность в
новых недорогих материалах и развитие технического процесса.
4
Целлулоид обладает высокой горючестью, в связи с чем
в настоящее время его использование в промышленности значительно
сокращено.
1.2 Структура полимеров
абсорбент утилизация
Молекула полимера (макромолекула) образуется в процессе
химических реакций путем последовательного присоединения молекул
низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру,
находящемуся на конце растущей цепи. Для простого пониманий можно
представить большой поезд – это молекула полимера, и последовательно
соединенных вагонов – это структурные звенья. Образующиеся полимерные
молекулы состоят из большого числа одинаковых звеньев и имеют большую
5
массу – от нескольких тысяч до миллионов. Поэтому такие соединения
называют высокомолекулярными. Полимеры могут состоять из одинаковых и
разных вагончиков и это дает им разные свойства. На основе полимеров
часто изготавливают более сложные полимерные материалы. Они также
весьма широко используются, наряду с металлами, керамикой и деревом.
Различные типы макромолекул
Линейные
Разветвленные
Гребнеобразные;
Звездообразные;
Поликатенановые;
Полиротаксаны
nC
6
H
12
O
6
→ (C
6
H
10
O
5
)n + nH
2
O
6
1.3 Классификация и свойства полимеров
По своему строению полимеры делятся на линейные, разветвленные и
пространственные. Если составляющие располагаются в макромолекуле в
виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности, то это
линейные. Если они имеют разветвления в двух направлениях это
разветвленные полимеры. Если в трех направлениях то это
пространственные.
По составу полимеры делятся на гомополимеры и гетерополимеры.
Полимерные молекулы, состоящие из одинаковых мономерных звеньев,
называются гомополимерами, например, поливинилхлорид, поликапроамид,
целлюлоза, а состоящие из различных звеньев гетероплимеры.
В зависимости от строения полимеров они обладают различными
физическими свойствами. 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.
7
Термореактивные
При первом нагревании
размягчаются, приобретают
нужную форму, а затем становятся
непластичными, не размягчаются
и не плавятся.
Фенолформальдегидные смолы,
эпоксидные смолы, полиуретаны.
1.4 Растворы полимеров
1. Растворы полимеров имеют формальное сходство с коллоидными
системами на основе низкомолекулярных веществ. Общим их формальным
признаком является наличие в низкомолекулярной жидкости больших по
размеру частиц: макромолекул в случае раствора полимера и близких к ним
8
по размерам частиц дисперсионного вещества в случае коллоидных систем
на основе низкомолекулярных соединений (эмульсий, суспензий).
Несмотря на это формальное сходство, истинные растворы полимеров и
коллоидные системы имеют ряд принципиальных различий. К их числу
относятся термодинамическая устойчивость растворов полимеров и
термодинамическая неустойчивость коллоидных систем; однофазность
растворов полимеров и двухфазность коллоидных систем; агрегативная
устойчивость растворов полимеров и агрегативная неустойчивость
коллоидных систем; обратимость свойств растворов полимеров и
необратимость свойств в случае коллоидных систем.
Образование полимерами истинных растворов не исключает возможности
получения на их основе коллоидных систем. Типичными примерами таких
систем являются сок каучуконосных растений (сок гевеи —
стабилизированная белковыми соединениями дисперсия натурального
каучука в воде, называемая латексом), а также получаемые в
промышленности латексы синтетических полимеров (полибутадиеновые
каучуки, полистирол, поливинилхлорид и др.).
2. Растворы полимеров имеют высокую вязкость даже при большом
разбавлении, например при концентрациях менее 1%. Эта особенность
характерна только для полимерных растворов и обусловлена
длинноцепочечным строением их макромолекул.
3. Процессу образования раствора полимера предшествует набухание —
одностороннее поглощение низкомолекулярной жидкости (или ее пара)
полимером. При контакте полимера с низкомолекулярной жидкостью ее
молекулы, обладающие высокой подвижностью, начинают быстро проникать
в фазу полимера, в то время как огромные макромолекулы за это время не
успевают существенно переместиться и перейти в фазу растворителя: прежде
чем раствориться, высокомолекулярное соединение набухает. Набухание —
это явление сорбции, поглощения низкомолекулярного вещества полимером,
сопровождающееся увеличением его объема. Набухание можно также
9
рассматривать как одностороннее смешение, при котором полимер играет
роль растворителя, а вещество, в котором он набухает, — роль растворенного
вещества. Набухание бывает неограниченным и ограниченным.
Неограниченное набухание — это набухание, самопроизвольно переходящее
в растворение. По мере проникновения молекул растворителя в массу
полимера и увеличения его объема происходит все большее удаление
макромолекул друг от друга, и они начинают медленно диффундировать в
объем растворителя: возникает слой более разбавленного раствора,
сосуществующий со слоем более концентрированного. Постепенно
концентрации слоев выравниваются, и образуется однофазная гомогенная
система истинного раствора полимера.
Ограниченное набухание — процесс смешения полимера и растворителя,
ограниченный только стадией поглощения растворителя полимером:
самопроизвольного растворения полимера не происходит, так как цепи не
могут быть полностью отделены друг от друга. При ограниченном набухании
образуются две сосуществующие фазы: набухший полимер и чистый
растворитель (возможно, разбавленный раствор в нем полимера, если
последний частично растворим). Эти фазы разделены поверхностью раздела
и находятся в равновесии.
Ограниченно могут набухать как линейные, так и сетчатые полимеры.
Линейные полимеры в определенных условиях могут набухать ограниченно,
но при изменении этих условий ограниченное набухание может перейти в
неограниченное. Так, природный полимер желатина при обычной
температуре растворяется в воде ограниченно, а при нагревании выше 35°С
растворяется неограниченно, причем этот процесс обратим.
При наличии в полимере пространственной сетки химических связей
образование истинного раствора без разрушения этих связей невозможно;
такие полимеры могут только ограниченно набухать.
целлюлоза + СН
3
СООН → триацетат целлюлозы + H
2
О
10
1.5 Диффузия газов в полимерах
Диффузия-это взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в
друга. Диффузия возможна при разности парционального давления.
Структурирование полимера начинается уже в жидкоподобном состоянии,
например, в расплаве, в котором существуют продолговатые образования –
пачки, состоящие из упорядоченно расположенных макромолекул. Внутри
пачки цепи макромолекул не пересекаются и расположены почти
параллельно друг другу. Тенденция к образованию пачек цепей приводит к
высокой упорядоченности даже в аморфных полимерах. При кристаллизации
пачки, за счет изгиба на 180°, накладываются сами на себя, образуя ленты.
Ленты объединяются в плоские образования - пластины (ламели), в которых
оси макромолекул перпендикулярны плоскости слоя. Толщина ламели имеет
порядок 10-20 нм, длина и ширина может достигать микронных размеров.
Далее пластины накладываются друг на друга с образованием
микрокристаллов. Кристаллы полимеров представляют собой весьма
дефектные образования. Эти образования могут агрегировать в более
11
крупные структуры - фибриллы. Вторичная структура зависит от условий
кристаллизации. Если кристаллизация задерживается на стадии образования
пластин, пачек иди фибрилл, то образуются сферолиты.
Высокомолекулярные соединения существуют в различных состояниях:
аморфном, высокоэластичном, кристаллическом, стеклообразном (как
аморфном, так и кристаллическом). В каждом состоянии превалирует свой
механизм переноса. Поэтому при снятии диффузионных характеристик
образца полимера в широком интервале температур следует учитывать
возможность многократной смены механизмов диффузии.
1.6 Полимеры в пищевой промышленности
В последнее время всё большее количество предметов, используемых в быту,
изготавливаются из полимерных и подобных им материалов. Это и большая
часть кухонной утвари, и всевозможные ёмкости, и посуда, и одноразовые
упаковки для пищевых продуктов.
С каждым годом увеличивается объем и расширяется ассортимент
материалов и изделий из них, предназначенных для контакта с пищевыми
продуктами. Конечно, качество данных материалов влияет на сохранность
продукции. Существенное влияние на безопасность лотков и тарелок,
контактирующих с тем, что мы едим, оказывает очень многое: технологии
производства материала, базовое сырье и его компоненты, условия
применения готового изделия, сроки и условия хранения и т.д.
Опережающие темпы роста потребления полимерных материалов по
сравнению со многими другими обусловлены уникальным комплексом
свойств синтетических и природных полимеров и изделий из них.
Полимерное сырье по группам, в которых они могут быть пригодны для
промышленности, связанной с пищей, подразделяется на определенное
количество видов. Некоторые из них можно допустить к применению, совсем
не ограничивая и в тот же момент некоторые другие полимеры имеют
контакт только при весьма конкретных условиях и с конкретными
продуктами пищевого производства.
Один из самых весомых потребителей полимерного сырья – это пищевое
машиностроение. Весьма большой эффект экономики, а также технический
12
эффект объясняет применение в этой области полимерного сырья. Некоторые
полимеры используются для того, чтобы создать рабочую поверхность
деталей, при перевозки зерновых. Средний показатель производительности
может стать выше приблизительно на 20%, если сравнить с транспортером,
который будет оснащен металлическими деталями. Помимо всего прочего,
полимерное сырье гораздо менее вредно, а точнее наносит гораздо меньше
урона или повреждений зерновым.
Такой вид резин, который создан для пищи, имеет большой спрос и
применяется для консервов, при варке пива и промышленности, связанной с
созданием вина. С помощью них создаются специальные прокладки для
автомобилей, технического оснащения и некоторых машин на молочном
производстве. Специальное покрытие из полиэтилена применяется для
пакетов из бумаги, который, в свою очередь, после всего процесса
производства пойдут на полки магазинов для торговли.
Конечно же, любое полимерное сырье должно включать себя специальные
разрешения от органов, которые следят за этим. Специалисты санитарного
надзора, после проверки, выдадут все необходимые бумаги и разрешения.
Полимерное сырье проверяется на токсичность и содержание каких-либо
концентратов для того, чтобы понять, можно ли их использовать в
промышленности, связанной с пищей.
13
1.7 Природные и искусственные полимеры
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. 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.
Полимеры бывают в нескольких агрегатных состояниях: твердом,
мягком и текучем как жидкость.
Белки простые и
состоят только из
аминокислотных
остатков
сложные
комплексы
полипептидов с НК,
полисахаридами, Ме
и др. соединения
Нуклеиновые кислоты (РНК, ДНК)
Полиуглеводороды
(натуральный каучук,
гуттаперча)
Формула каучука: (C
5
H
8
)n
CH
2
=CH-CH=CH
2
→ (-СН
2
-СН=СН-СН
2
-)n
Полисахариды
(целлюлоза, крахмал,
декстраны, хитин и др .)
Формула белка: H
2
N-R-COOH
Формула крахмала: (C
6
H
10
O
5
)n
Формула глицина: NH₂-CH₂-COOH
14
искусственное волокно
пластическая сера
шелк
Природные формы оксида кремния (IV)
кварц и горный хрусталь
15
1.8 Применение полимеров и изделия из полимеров
Современное применение полимеров в виде веществ с особыми
свойствами очень велико. К таким свойствам можно отнести лакокрасочные
покрытия, получение специальных пленок, лекарственных препаратов и
абсорбентов.
Как и говорили ранее, полимеры могут быть и в жидком состоянии.
Для этого необходимо нагреть всю массу до определенной температуры,
самая распространенная температура до 200 градусов. Расплавленную массу
заливают в специальную форму и охлаждают. В результате получается
изделие. Таким же образом из жидкого состояния получают и тонкие волокна
пропуская через специальную решетку с небольшими отверстиями.
Полимеры широко применяются во многих областях человеческой
деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей
промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта.
В качестве примера можно оглянутся вокруг: ручки которыми мы
пишем, краски которые используем, игрушки которыми играем, пластиковая
посуда – все это лишь маленькая часть того где они могут использоваться.
Однако, выпуск значительных объемов полимерных изделий
способствует растущему количеству твердых отходов, поскольку полимеры
используются, как правило, всего один раз и далее выбрасываются.
Проблема переработки отслуживших свой срок изделий из полимеров
является глобальной, и не может быть признана сугубо технической, либо
существующей для отдельных стран или территорий.
Главным недостатком всех полимерных изделий является их
утилизация после применения. Мы с вами видим много мусора, который
валяется в очень многих местах. Именно этот вопрос стоит перед
техническим прогрессом. Люди научились получать материалы, но пока не
научились его массово перерабатывать и использовать их так чтобы не
загрязнять окружающий нас мир.
16
2. Действие полиакрилатов в качестве абсорбентов. Практическая часть
Абсорбенты – это вещества, обладающие способностью абсорбции, т.
е. поглощения, всасывания какого-либо другого вещества из раствора всей
своей массой. Данные особые свойства можно рассмотреть на примере таких
полимеров – полиакрилатов.
Полиакрилаты – полимеры основой которых является акриловая
кислота. Можно подобрать такое строение полимерного материала, которое
будет впитывать только воду или какую-то иную жидкость.
Рассмотрим действие полиакрилатов в качестве абсорбентов.
- некоторое количество данного сухого сыпучего материала высыпаем
в прозрачный стакан.
17
- наливаем в данный стакан воды для того чтобы было примерно
половина стакана
- при перемешивании данный полимер превращается в гель.
18
Практическое применение геля – подгузники.
19
Заключение
К полимерам относятся многочисленные природные соединения:
белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие
органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим
путем на основе простейших соединений элементов природного
происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и
химических превращений.
Преимущества полимеров
􀀹Отсутствие коррозии
􀀹Малый удельный вес
􀀹Химическая стабильность
􀀹Высокие механические свойства
􀀹Стойкость к ударным нагрузкам
􀀹Простота переработки
Полимеры широко применяются во многих областях человеческой
деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей
промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При
этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и
функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения.
Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из
полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но
конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в
то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении
крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих
значительные нагрузки.
20
Список использованной литературы
1. Добротин Д.Ю. Настоящая химия для мальчиков и девочек. -
Издательство: Интеллект-Центр. -2010.
2. Леенсон И.А. Удивительная химия. – Издательство: Энас. – 2009.
3. Аксенова А.А. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. – Издательство:
Аванта+. – 2007.
4. Савина Л.А. Я познаю мир. Химия. – Издательство: ООО "Издательство
АСТ". – 2007.
https://cknow.ru/knowbase/843-38-biologicheski-vazhnye-veschestva-zhiry-belki-
uglevody-monosaharidy-disaharidy-polisaharidy.html
Скачать материал

Химия - еще материалы к урокам: