Синтетичні каучуки. Гума

Учитель хімії Карагаєва М.В.

Вивчивши матеріал, ви зможете:

пояснювати склад каучуків і гуми; галузі застосування каучуків і гуми;
характеризувати значення реакції полімеризації у створенні нових матеріалів; склад каучуків загального та спеціального призначення;
порівнювати властивості натурального й синтетичного каучуків; гуми й каучуків

Теорія

Каучук.

Каучук — еластичний полімер, використовується для виготовлення гуми. Існує синтетичний і природний каучук.

Природний каучук добувають із молочного соку гевеї та деяких інших рослин. Назва каучук означає "сльози дерева".

Плантація каучуконосів в Таїланді

Збір природного каучуку

Основа природного каучуку — поліізопрен, що має загальну формулу (C₅H₈) _n, де n становить від 1000 до 3000.

Виробництво синтетичного каучуку розпочалося після з'ясування будови природного (натурального) каучуку.

Синтетичний каучук добувають в результаті хімічного синтезу.

Залежно від мономерів розрізняють такі види синтетичного каучуку:

Бутадієновий каучук (мономер — бута-1,3-дієн) — водо- і газонепроникний, менш еластичний, ніж природний. Використовується для виробництва кабелів, взуття, побутових виробів

Уперше бутадієновий каучук було синтезовано в колишньому Радянському Союзі за методом, розробленим ученим-хіміком С. Лебедєвим.

Лєбєдєв Сергій Васильович

(1874–1934) – радянський учений - хімік, основоположник промислового способу отримання синтетичного каучуку

Ізопреновий каучук (мономер — 2-метилбута-1,3-дієн) — За еластичністю і зносостійкістю подібний до природного. Використовується для виробництва шин

Полімеризацію ізопрену ( 2-метилбута-1,3-дієн) можна схематично зобразити таким рівнянням:

Хлоропреновий каучук (мономер — 2-хлор-бута-1,3-дієн) — Стійкий проти окисників і високих температур, бензинів і мастил. Використовується для виробництва деталей машин та апаратів, кабелів, трубопроводів для перекачування нафти і бензинів
Бутадієн-стирольний каучук (мономер — бута-1,3-дієн, стирол) — Газонепроникний, зносостійкий, але недостатньо жаростійкий. Використовується для виробництва стрічок для транспортерів, шин, конвеєрних доріжок, взуття, медичних і спортивних виробів, ізоляційних матеріалів
Дивініловий каучук (мономер — бута-1,3-дієн) — За еластичністю і зносостійкості кращий від природного. Використовується для виробництва шин

Гума

Використання природного каучуку набуло поширення завдяки його еластичності, ізоляційним властивостям, водо- й газонепроникності, зносостійкості. Однак із підвищенням температури він стає м'яким і липким, а в разі зниження — крихким і нееластичним.

Щоб поліпшити фізичні властивості каучуку й зробити його більш придатним до використання, каучук вулканізували (нагріли із сіркою), унаслідок чого він став стійким до зміни температури.

Суть вулканізації полягає в «зшиванні» макромолекул каучуку містками з атомів Сульфуру за місцем розриву подвійних зв'язків.

Утворення сульфідних містків між молекулами каучуку (а) і схематичне зображення макромолекул гуми (б)

Нині вченими створено велику кількість каучукоподібних полімерів, які за своїми властивостями перевершили натуральний каучук. Вони є основним компонентом гуми, якості якої залежать від пластифікаторів, вулканізаторів, наповнювачів, барвників тощо.

Із гуми виготовляють покришки й камери для коліс літаків, автомобілів і велосипедів, її застосовують для електроізоляції, виробництва промислових товарів, зокрема втулок до виробів і медичних приладів, а також труб, взуття.

Вироби з гуми

Якщо масова частка Сульфуру в складі каучуку становить 25-40 %, то утворюється ебоніт — тверда речовина темно-бурого або чорного кольору, нееластична, має високу стійкість до дії кислот і лугів, електроізолятор.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Синтетичні каучуки — полімерні матеріали, утворені дієновими вуглеводнями або їхніми похідними.

• За основу добування синтетичних каучуків узято реакцію полімеризації.

• Каучуки класифікують на каучуки загального (бутадієновий та ізопреновий) і спеціального (хлоропреновий) призначення.

• Каучуки є основним компонентом у виробництві гуми та ебоніту. Щоб отримати ці матеріали, каучук вулканізують. Суть процесу вулканізації полягає в «зшиванні» молекул каучуку містками з атомів Сульфуру за місцем розриву подвійних зв'язків.

• Гума та ебоніт набули широкого застосування в різних галузях суспільного виробництва, медицині, побуті тощо.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Поясніть, як учені встановили будову природного каучуку.
2. Назвіть речовини, з яких добувають синтетичні каучуки.
3. Складіть рівняння полімеризації бута-1,3-дієну та назвіть утворену речовину.
4. Позначте формулу сполуки, з якої можна добути синтетичний каучук.

А СН₃-СН₂-СН₃

Б СН₃-СН=СН-СН₃

В СН₂=С(СН₃)-СН=СН₂

Г СН₃-СН(СН₃)-СН=СН₂

5. Ступінь полімеризації хлоропренового каучуку становить 500. Обчисліть його відносну молекулярну масу.
6. Бута-1,3-дієн, який використовують для синтезу бутадієнового каучуку, добувають одночасним дегідруванням і дегідратацією етанолу за схемою 2СН₃-СН₂-ОН → СН₂=СН-СН=СН₂ + 2Н₂О + Н₂↑. Обчисліть, яка маса бутадієну утвориться, якщо в реакцію вступив спирт масою 368 кг.
7. Етанол об'ємом 800 л з його масовою часткою 96 % і густиною 0,8 г/мл піддали одночасно дегідруванню та дегідратації, унаслідок чого отримали бута-1,3-дієн. Обчисліть масу бутадієнового каучуку, який можна добути полімеризацією бута-1,3-дієну.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Ебоніт використовують не тільки в техніці, а й у медицині як лікувальний засіб для полегшення стану людини із серцево-судинними захворюваннями, гіпертонією, радикулітом, поліартритом, ревматизмом та іншими хворобами. Для цього знадобиться ебонітовий кружечок діаметром 120 мм і завтовшки 10 мм, який прикріплюють до ручки з дерева або того ж ебоніту, — і пристрій для масажу готовий. Під час тертя ебоніту об шкіру виникають біоструми, які ефективно впливають на зони патології