ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы» 5В072100 – «Органикалық заттардың химиялық технологиясы» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдар

Жұмыс мақсаты: Гидрогельдің уақытта ісіну кинетикаларын екі еріткіште зерттеу және ісіну константаларын есептеу

1. 
   Гидрогельдер деген не?
   
2. 
   Тігілген полимердің ісіну кинетикасын не сипаттайды?
   
3. 
   Не тәгәлген полимерлердің түзілу себебі болып табылады?
   

α = (m-m₀)/m₀

Құрғақ гельге 10 мл дистиллденген су құяды, 5 мин. қалдырып, ісінген гельді пластикалық торға орнатады (бұл торға алдын ала дистиллденген сумен суланған, 10 рет грушамен үрленген және бюксте өлшенген фильтр салынады).

Ісінген гидрогель салынған торды дайындалған бюкске салады, 10 рет (абайлап!) үрлеп, массасын өлшейді. Келесі өлшеуді 5 мин., 5мин., 15 мин., 30 мин., 1 сағат, 2 сағат, 4 сағат және т.с.с. масса тұрақтанғанша жүргізеді. Ісінуді сандық сипаттау үшін α-ны әрбір фиксирленген уақыт τ мәні үшін есептейді. Содан кейін α_макс- α(τ) и lg[α_макс- α(τ)] есептейді. Алынған мәліметтерді кесетеге енгізеді. Ісіну константасы К ағамдағы α(τ) мәндер қатынасымен байланысты

lg[α_макс- α(τ)]= lgα_макс-0,4343Кτ

мұндағы α_макс- α(τ) соңғы өлшеуге сәкес келетін үлгінің максимальді ісіну дәрежесі.

Графикте lg[α_макс- α(τ)]-ның уақытқа τ (сек) тәуелділігін салады. Алынған түзудің иілу бұрышының тангенсі бойынша еріткіште ісіну константасын анықтайды.

Өзінді тексеруге және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:

1. 
   Гидрогельдің ісіну дәрежесі қалай анықталады?
   
2. 
   Ісіну константасы ісіну дәрежесінің ағымдағы мәндерімен қалай байланысты?
   
3. 
   Ісіну дәрежесі және константасы қандай полимерлер үшін анықталады?
   

1. Деполимерленудің деструкциядан айырмашалағы неде?

2. Полистиролдың қасиеттері?

3. Бензоил тотығы қатысында стиролдың полимерлену реакциясын келтіріңіздер

Тәжірибе №1. Полистирол деполимерленуі

Пробиркаға ұсақталған полистирол салады, газбөлгіш түтікшемен жауып, оның ұшын сумен салқынданатын пробирка – қабылдағышқа түсіреді. Полимері бар пробирканы қыздырады. Қабылдағышта сарғыш зат - стирол жиналады. Алынған стиролдың бір бөлігіне бромды суды қосады. Реакция теңдеуін жазыңыз: а) стиролдың деполимерленуі, б) стиролды бромдау.

Қалған стиролды екінші жұмыста қолданылады.

Тәжірибе №2. Стиролдың полимерленуі

Пробиркаға 4 мл стирол құйып, оған бірнеше бензоил асқын тотығын қосып, пробирканы құм моншасында қайнағанша қыздырады (20 минут). Бұл уақытта сұйық қоюланады, біраздан кейін қатты күйге ауысады.

Алынған полимерді 2 мл бензолда ерітіп қыздырады. Алынған ерітіндінің жартысын сағат шынысына құяды, бензол ұшып кеткеннен кейін қабықша қалады. Егерде оған су құйып 1-2 минутқа қойса, ол жақсы алынады.

Полимердің қалған бөлігіне 1 мл спирт құяды. Спиртте ерімейтіндіктен, полимер тұнбаға түседі.

Стиролдын полимерлену теңдеуін жазыңыз: а) бензоил асқын тотығы қатысында, б) сутек асқын тотығы қатысында.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Мономер дегеңіміз не?
   
2. 
   Плимерлену реакциясына түсетін мономерлерге мысал келтіріңіз.
   
3. 
   Неліктен ЖМҚ молекулаларын макромолекула деп атайды?
   

1. Новолакты шайырларды қалай алады?

1 сур. Шайырларды алу құрылғысы: 1- колба, 2 – араластырғыш, 3 – крестовина, 4 – тамшы воронка, 5 – кері тоңазытқыш, 6 – термометр, 7 – су моншасы, 8 – электрлік плитка, 9 - мотор

Новолакты шайырдың қатаюын 433 К дейін қыздырылған электр плиткаға орналастырылған металды плитада жүргізеді. Алдын ала ұсатылған 0,5 г шайырды уротропинмен араластырып, плитамен жанасу ауданы 1см³ артық болмайтындай қылып плитаға орналастырады. Ұнтақты шыны таяқшамен араластырады да, уақытты секундомермен белгілейді. Ұнтақты шыны таяқшамен араластырады да, уақытты секундомермен белгілейді. Шайыр шыны таяқшамен созылмай, қатты қабат түзілген уақытты қатаюдын соңы ретінде алады.

Шайырдың спиртте ерігіштігін тексереді. Термопластикалық полимердің түзілу реакциясын құрастырыңыз. Шайыр шығымын есептеңіз. Жұмыс нәтижесін кестеге еңгізініз.

Реагент массасы			Шайыр массасы		Шығым			Қатаю жылдамдығы
Фенол (г)	Формальдегид (г)	фенолға (%)			формальдегидке (%)

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Аминсірке қышқылдың H₂N – CH₂ – COOH, гексаметилендиамин H₂N – (CH₂)₆ – NH₂ және адипин қышқылының НООС – (СН₂)₄ – СООН поликонденсациялану реакцияларын келтірініз
   
2. 
   Сызықты, тармақталған және торлы полимерлердің түзілуімен жүретін фенолдың формальдегидпен поликонденсациялану реакцияларын келтіріңіз.
   
3. 
   Қандай жағдайда тек сызықты полимерлер түзіледі? Тармақталған және үшөлшемді полимерлерді алу үшін қандай жағдайлар қажет?
   

1. Резолды шайырларды алу жағдайлары қандай

2. Новолакты және резолды шайырлардың айырмашылығы неде?

3. Сілтілі оратада фенол мен формальдегидтің поликонденсация теңдеуін келтірініздер

0,2 моль фенолды өлшепа, реакциялық колбаға енгізеді (рис.1), сол колбаға суықта 0,235 моль формальдегидке сәйкес көлемде формалин қосады. Фенол толық ерігеннен кейін катализатор (фенол массасынан 1,5% аммиак) енгізеді. Реакциялық қоспаны су моншасында 363-368 К дейін біртіндеп қыздырады және 30-45 мин ұстайды. Конденсация аяқталғаннан кейін колбада екі қабат пайда болады. Реакцияны бөлінетін сулы қабаттын көлемі өзгермегенше жүргізеді. Суыған соң сулы қабатты бөліп тастайды. Шайырды 333-338К температурада мөлдір өнім түзілгенше кептіреді. Шайырды алдын ала өлшенген фарфор ыдысқа құйып, өлшеп, шығымын есептейді.

Химиялық реакцияның теңдеуін құрастырыныз (стадиялар бойынша – резол, резитол, резит). Шайырдың шығымын есептеніз. Есептеу нәтижелерін кестеге еңгізініз:

1. 
   Новолак, резол, резит құрылысы қандай?
   
2. 
   Новолакты алу үшін қандай катализаторлар қолданылады?
   
3. 
   Новолакты алуда қандай ерекшеліктер бар?
   

1. Поливинилацетатының сабындану процессі кезіндегі жүретін реакциялар теңдеулерін жаз

2. 10 г ПВА деп алып, рецептураға сәйкес реагенттер мөлшерін есептеңіз

3. Неге поливинил спиртін винил спиртінен алуға болмайтындығын түсіндіріңіз?

Этил спирті, 1500 г

NaOH немесе КОН (этил спиртіндегі 20% ерітінді) - 100 моль поливинилацетатына 20 моль

Ацетон немесе этил спирті, 250-350 мл

Өзінді тексеруге және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:

1. Электростатикалық, конфигурациялық, конформациялық және молекула үсті эффектілері макромолекулалардың химиялық айналуларына қалай әсер етеді?

2. Химиялық айналулардың негізгі типтері қандай?

3. ЧПолимердің функционалды топтарының және оның төменмолекулалы аналогының реакцияға түсу қабілеттілігінің айырмашылығы немен түсіндіріледі?
Зертханалық сабақ 11 – Поливинил спиртін поливинил ацетатының қышқылдық алкоголизімен алу

Сабақ мақсаты: Поливинил спиртін поливинил ацетатының қышқылдық алкоголизімен алу

Зертханалық сабаққа рұқсат алу сұрақтары:

1. Целлюлоза негізіндегі полимераналогтық айналуларды сипаттаңыз

2. Поливинил спиртін алудың қандай әдістерін білесіз?

3. Полимераналогтық айналулар кезінде полимердің молекулалық массасы өзгеруі мүмкін бе?

Этил спирті, 100 г

H₂SO₄ (ρ=1,84) немесе НCl (ρ=1,19), 5,5 немесе 3,3 г

Ацетон немесе этил спирті, 350-400 мл

Нәтижелерді кесте 1 енгізеді.

Өзінді тексеруге және зертханалық жұмысты қорғауға арналған сұрақтар:

1. Алынған поливинил спиртінің полимерлену дәрежесі қалай өзгереді?

2. Полимераналогтық деп қандай реакцияларды атайды? Мысалдар келтіріңіз.

3. полимераналогтық айналулар артықшылығы неде?
Зертханалық сабақ 12 – Табиғи полимердің қасиеті

Сабақ мақсаты: Целлюлозаның қасиетін анықтау

Зертханалық жұмысқа рұқсат алу сүрақтары:

1. 
   Полимерлер шығу тегіне байланысты калай жіктелінеді
   
2. 
   Целлюлозаның құрылымдық формуласын келтіріңіздер
   
3. 
   Целлюлозаның химиялық қасиеттерін келтіріндер
   

Екі пробиркаға әрқайсысына концентрленген сілті және дистиленген су құяды. Пробирка ішіне 7 минутқа фильтр қағаздадарының жолақтарын (ені 2 см, ұзындығы 20 см) түсіреді. Қағаздын жолақтарын алып, сумен шаяды, сығып кептіреді. Олардың ұзындықтарын, тығыздықтарын, беттік қабаттарын салыстырады.

Тәжірибе №2. Целлюлозаны мысты –аммиакты ерітінділерде еріту

0,5 г мыс карбонатына 5-6 мл 25% аммиак ерітіндісін қосып, ерітеді. Қою көк ерітінді алынады (Швейцер реактиві). Оның үстіне бір түйір мақтаны салып, шыны таяқшамен араластырады – қою көк коллоидті ерітінді түзіледі. Таяқшаны алмай ерітінді үстіне 10% хлорлы сутегі ерітіндісін лакмус бойынша қышқыл ортаға дейін құяды. Ерітіндегі целлюлоза тұнбаға түседі. Таяқша көмегімен ерітіндіден жгут созады.

Тәжірибе № 3. Целлюлоза нитратын алу және оның қасиетін зерттеу

Құрғақ пробирканың ішіне 4 мл концентрленген күкірт қышқылын және 2 мл концентрленген азот қышқылын құяды, оның ішіне бір түйір мақтаны салып 10 минутқа қалдырады. Нитрлеуші қоспаны төгіп, мақтаны бірнеше рет сумен шаяды, содан кейін кран астында шаяды. Мақтаны сығып, фильтр қағазымен құрғағанша кептіреді. Нитроцеллюлозаның бір бөлігін қысқыш көмегімен горелка жалынына енгізеді, жаңу қасиетін анықтайды. Нитроцеллюлозаның екінші бөлігін спирт мен эфирдің қоспасында (1:1) қою ерітінді – коллодий түзілгенше ерітеді. Егерде оны пластинкаға құйса, еріткіш буланып мөлдір қабықша түзіледі. Реакция теңдеуін жазыңыздар: а) целлюлозаның нитрленуі нәтижесінде оның моно-, ди-, тринитратының түзілуі; б) целлюлоза динитратының жануы.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Қандай полимерлер табиғи полимерлерге жатады?
   
2. 
   Целлюлоза құрылысын келтіріңіз
   
3. 
   Целлюлозаға байланысты жай эфирлердің (метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза) түзілу реакциясын келтірініз
   

1. 
   Өңдірісте полиэтиленді қалай алады
   
2. 
   ФФШ негізінде қандай мономерлер жатады? Олардың құрылымдық формулаларын келтіріңіздер
   
3. 
   Органикалық шыны дегеніміз не? Қандай мономер оның негізінде жатады?
   

Полимелердің үлгісін күкірт қышқылы (конц), азот қышқылы (конц), NaOH (10%) бар пробиркаларға салып, 10 минут қалдырады. Полимердің барлық үлгілері өзгеріссіз қалады, ФФАШ ыдырады. Пробиркаларды қыздырады, өзгерісті бақылайды.

Тәжірибе №2.Қыздыру кезіндегі өзгеріс, жану қасиеті

Пластмасса үлгісін торда жалынға бірнеше секундка енгізеді, өзгерістерді белгілейді. Қысқышпен үлгіні жалынға әкелгенде өзгерісті бақылайды.

Тәжірибе №3. Еріткіштердің әсері

Бензол мен ацетон еріткіштеріне үлгілерді енгізіп, өзгерісті белгілейді.

Тәжірибе №4. Пластмассаларды анықтау

Үлгілерді құрғақ пробиркаға салып, газ бөліктегіші бар қақпақпен жабады, қыздырады. Газ тәрізді және сұйық өнімдерді зерттеу:

1. 
   Калий перманганаты ерітіндісі арқылы өткізу
   
2. 
   Бром ерітіндісі арқылы өткізу
   
3. 
   Күміс нитраты ерітіндісі арқылы өткізу
   
4. 
   Лакмуска сынау.
   

5. Еріткіштердің әсері (кесте №1)

Кесте 1

№	Полимер атауы	Жану ерекшелігі	Қыздыруға әсері	Ыдырау өніміндеріне реакциялар
1	Полиэтилен
2	Поливинилхлорид
3	Полистирол
4	Полиметилметакрилат
5	Фенол-формальдегидті шайыр

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Қыздыру кезіндегі өзгерісіне байланысты пластмассалар қалай жіктелінеді? Мысал келтірініз
   
2. 
   Этиленнің, хлорвинилдің, метакрил қышқылының метил эфирінің полимерлену реакциясын жазыныз
   
3. 
   Фенолдың формальдегидпен поликонденсациялану арқылы фенолформальдегидті шайырын (сызықты, тармақталған, торлы) алу реакциясын жазыныз.
   

1. 
   Бутадиен каучуктың құрылымдық формуласын келтірініздер
   
2. 
   Каучуктын химиялық қасиеттері қандай
   
3. 
   Каучуктерді алу әдістері
   
4. 
   Бутадиен стиролды, бутадиен нитрилды каучуктердің құрылымдық формуласын келтіріңіздер
   

Зерттелетін каучуктің ұсақ бөлшектерін бромды суы бар пробиркада араластырады. Бромды суды полиизобутиленді, бутилкаучук, силиконды каучуктер түссіздендірмейді.

Каучуктердің бромдану реакцияларының теңдеуін жазыныз.

Тәжірибе № 2. Түсті реакция арқылы каучуктерді ашу

Резина үлгілеріне CCl₄ ерітіндісінің шағын мөлшерін құяды (сабаққа дейін екі сағат бұрын). Оған бромды судың 4-5 тамшысын құйып, екі минутқа қойып қояды. Одан кейін бір грамм фенол қосып, еріткішті жою үшін су моншасында қыздырады. Нәтижесінде көк немесе күлгін қызыл түстің түзілуі табиғи каучуктің барын көрсетеді.

Тәжірибе №3. Хлорпренді каучукті ашу

Үлгіні жалынға енгізіп, бөлінген газ тәрізді заттарға ылғалды индикатор қағазын жақындатады. Түстің өзгеруін байқайды.

Үлгіні газды түтігі бар пробиркада қыздырады. Ыдырау газдарын күміс нитраты ерітіндісі арқылы өткізеді. Реакция теңдеуін келтіріңіз.

Тәжірибе №4. Күкіртті ашу

Үлгіні металды натриймен балқытып, балқыманы ерітеді де алынған ерітіндіні филтрлейді. Фильтраттың бір бөлігіне қорғасын тұзын қосады. Кейін қоныр немесе қара түсті тұнбаның түзілуін байқайды.

R-S + Na + O₂  Na₂S + CO₂ + H₂O

Na₂S + Pb²⁺ → PbS + 2Na⁺

Фильтраттың екінші бөлігіне натрий нитропруссид ерітіндісін қосады – күлгін түс түзіледі.

Na₂S + Na₂[Fe(CN)₅NO]→Na₃[Fe(CN)₅NOSNa]

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Изопренді, бутадиенді, бутадиеннитрилді, бутадиенстирольді, хлорпренді, полиизобутиленді каучуктердің түзілу реакцияларын келтіріңіз.
   
2. 
   Каучуктердің күкірт көмегімен жүретін вулкандау процесі қалай өтеді? Реакцияларды келтіріңіз.
   
3. 
   Неге каучук сұйық көмірсутектерде ериді, ал резина ісінеді?
   

1. 
   Табиғи талшықтар дегеніміз не?
   
2. 
   Матаның негізінде қандай полисахарид жатады? Оның құрылымдық формуласын келтірініздер
   
3. 
   Табиғи талшықтарға минералды қышқылдар мен сілтілер қалай әсер етеді?
   

Талшықты 3% күкірт қышқылының ерітіндісіне батырып, қайнаған су моншасында 5 минут қыздырады. Шайып, кептіргеннен кейін өзгеріс барма екенін белгілейді. Сұйытылған қышқыл ерітінділерінде талшық үлгілері өзгермейді.

Тәжірибе №2. Концентрлі минералды қышқылдардың әсері

Талшық үлгілерін концентрлі қышқылдарға батырады. Үлгілер тез ісініп, ыдырай бастайды. Концентрленген азот қышқылында жүн мен жібек ісініп, сары түске боялады (ароматты оксиаминоқышқылдарға тән ксантопротеин реакциясы), мақта ериді.

Ксантопротеин реакциясы

Мақта гидролиз нәтижесінде ериді

Тәжірибе №3. Сұйытылған сілтілердің әсері

Үлгілерді 3% NaOH ерітіндісіне батырып, қайнаған су моншасында бес минут қыздырады. Жүн және жібек ериді (петидік байланыс арқылы гидролиз), мақта өзгеріссіз қалады.

Тәжірибе №4. 10% сілті ерітіндісінің әсері

Үлгілерді 10% NaOH ерітіндісіне батырып, қайнаған су моншасында қыздырады. Үлгілердің өзгерісін белгіленіз.

Тәжірибе №5. Еріткіштердің әсері

Үлгілерді ацетон, бензол, этанол ерітінділеріне салып, өзгерістерді бақылайды.

Тәжірибе №6. Жану

Горелка жалынына үлгілерді енгізеді. Сәйкес өзгерістерді байқап, белгілейді.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Бейорганикалық қышқылдарда талшықтардың еру ерекшелігі?
   
2. 
   Сілтілік ортада талшықтардың деструкциясы қалай өтеді?
   
3. 
   Сусыз ортада талшықтардың деструкциясының ерекшелігін сипаттаңыз
   

Модуль №1.

Полимерлердің молекулалық-массалық сипаттамалары. Молекулалық масса бойынша таралуы. Орташаланған (орташа) молекулалық массалар (орташа саңдық, орташа массалық және z-орташа)
Модуль №2

Полимерлердің концентрлі ерітінділері, полимерлі гидрогельдер

Механикалық шынылау

Модуль №4.

Полимерлеу және поликонденсациялау процестерінің негізгі айырмашылықтары

Полимерлерді тұрақтандыру принциптері

Полимерлер туралы ғылымның жаңа бағыттары және соңғы жетістіктері