Реферат
на тему:
Синтетична хімія,
її досягнення
Наше століття часто називають століттям синтетичної хімії. Дуже багато
нових речовин одержала хімія за допомогою синтезу.
Навчилася вона одержувати і синтетичні волокна, тобто такі, основу яких
складають не природні високомолекулярні речовини, а синтетичні полімери.
Одними з перших синтетичних волокон стали відомі нейлон, анид і капрон.
Речовини, що утворять ці волокна, по своїй будівлі до деякої міри
подібні з білковими речовинами шовку. Молекули усіх волоком мають
лінійна будівля і складаються з повторюваних ланок. Такими ланками в
молекулах целюлози будуть залишки молекул глюкози. У молекулах білка
натурального шовку, вовни ланками є залишки амінокислот:
H O
O
H2N–CH–C ; –N–CH– C–
OH
R R
Будівля молекули білкової речовини шовки може бути виражено схемою:
H O H O H O
… –N–CH–C–N–CH– C–N–CH– C–…
R R R
Групи атомів –CO–NH–, що з’єднують залишки амінокислот у таких
молекулах, називаються амидными групами, а зв’язку між атомами вуглецю й
азоту в них – амидными зв’язками.
У молекулах, що утворять нейлон і капрон, також маються амидные зв’язку
між повторюваними групами атомів, але ці повторювані групи атомів –
ланки – відрізняються від тих, котрі утворять молекулу природного білка.
Нейлон готують з досить простих органічних речовин – адиптиновой кислоти
HOOC – (CH2)4 – COOH і гексаметилендиамина H2N – (CH2)6 – NH2, що у свою
чергу, одержують з фенолу. При нагріванні спільно адиптиновой кислоти і
гексаметилендиамина утвориться грузла смола. Молекули вихідних речовин,
взаємодіючи один з одним, утворять нитковидні молекули нової речовини.
Ця реакція відбувається через те, що від кінця однієї молекули
відривається гідроксильна група. А від кінця іншої молекули – з
аминогруппы – атом водню. Група OH і атом водню утворять молекулу води
H2O, а залишки молекул органічних речовин за рахунок валентностей, що
звільнилися, з’єднуються один з одним у довгі ланцюги. Спрощено цей
процес можна зобразити наступною схемою:
HO OH H
H
C–(CH2)4–C + N–(CH2)6–N
+
O O H
H
HO OH
C–(CH2)4–C + …
O O
HO
C–(CH2)4–C–N–(CH2)6–N–C–(CH2)4–C– … + nH2O ;
O
O H H O O
Так з’єднується в ланцюг приблизно по сотні залишків молекул
гексаметилендиамина й адиптиновой кислоти.
Нагріту грузлу смолу продавлюють через тонкі отвори фильеры.
Охолоджувана повітрям струмінь затвердевает, утворити волокно. Швидкість
утворення волокон тут дуже велика – 1000 м /хв. Далі волокна нейлону
піддаються розтягуванню на барабанах, що обертаються з різною швидкістю;
при цьому вони подовжуються в кілька разів. Молекули, що утворять їх,
раніше як би зморщені, випрямляються і розташовуються по осі волокна.
Від цього міцність волокна сильно зростає.
Довгі ланцюжки молекул іншого синтетичного волокна – капрону, що є
винаходом радянських учених, – побудовані з повторюваних ланок –
залишків амінокапронової кислоти NH2–(CH2)5–COOH.
За рахунок аминогрупп і карбоксильных груп різних молекул тут також
встановлюється амидная зв’язок між ланками, що видно з наступної схеми
будівлі молекули капрону:
O H O H
O
H2N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C–…
Технічний спосіб одержання волокон капрону подібний зі способом
одержання нейлону. З капрону можна одержувати настільки тонкі волокна,
що нитка довжиною 9 км буде важити усього лише 6 р.
Волокна нейлону (анида) і капрону мають міцність, значно переважаюча
міцність природних і штучних волокон. Виробу з них мають багато й інших
чудових властивостей. Вони не гниють, не поїдаються міллю. Після прання
вони швидко сохнуть і легко приймають колишній вид. Ці вироби не
гигроскопичны і не знижують своєї міцності від вологи, як це
спостерігається в інших штучних волокон, навіть у натурального шовку.
Дослідження вчених привели до створення ряду нових волокон. У нашій
країні, крім анида і капрону, виробляються такі синтетичні волокна, як
хлорин, нітрон, лавсан, энант.
До хлорину вчені підійшли в пошуках волокна високої хімічної стійкості
(розглянуті вище поліамідні волокна хитливі стосовно кислот). Серед
хімічно стійких полімерів був відомий полівінілхлорид (поліхлорвініл):
–CH2–CH–
Cl n
Однак одержати волокно з нього виявилося справою складним. Адже щоб
досягти розташування молекул у визначеному напрямку, а без цього немає
волокна, необхідно полімер розплавити, тобто дати можливість молекулам
його вільно переміщатися, щоб потім у процесі формування перешикувати
їхнє розташування і закріпити в потрібному порядку. Тим часом
полівінілхлорид не можна розплавляти, тому що при нагріванні він
розкладається; важко знайти і придатний розчинник. Подібно тому як при
одержанні штучних волокон розчинність целюлози досягається за рахунок її
хімічної обробки. Удалося зробити розчинним і полівінілхлорид у
результаті його додаткового хлорування. Цю реакцію, дуже напоминающую
нам хлорування граничних вуглеводнів, можна виразити такою схемою:
–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–…+ nCl2 –CH2–CH–CH–CH–CH2–CH–…+nHCl
Cl Cl Cl
Cl Cl Cl Cl
Високомолекулярний продукт хлорування утвориться у виді смоли, називаної
також хлорином.
Хлорин розчиняють в ацетоні, розчин пропускають через фильеру у ванну з
водою. Ацетон при цьому розчиняється, і хлорин виділяється у виді тонких
волокон.
Хлоринове волокно негорюче, на нього не діють ни кислоти, ні лугу,
якийсь час не діє навіть “царська горілка” – суміш азотної і соляної
кислот, що робить звичайно особливо сильну окисну дію.
З хлоринового волокна готують фільтрувальні тканини і прокладочный
матеріал для хімічних апаратів, спецодяг для робітників хімічної
промисловості, килими, лікувальна білизна і т.д.
У списках хімічно стійких волокон учені звернулися і до полімеру тефлону
(–CF2–CF2–)n вищому еталону хімічної інертності речовини, що перевершує
в цьому відношенні такі шляхетні метали, як чи золото платина. Тут
труднощі здавалися довгий час нездоланними: тефлон не вдавався розчинити
в жодному з відомих розчинників, не можна його і чи розплавити навіть
перевести в розм’якшений стан без розкладання. Однак використання деяких
прийомів формування дозволило останнім часом з тефлону одержати волокна.
Нітрон і лавсан не можуть суперничати по хімічній стійкості з чи
хлорином тефлоном, але в них є інші коштовні властивості, що відкривають
перед цими волокнами перспективу широкого застосування.
Вихідною речовиною для одержання волокна служить нітрил акрилової
кислоти – акрилонитрил CH2–CH.
CN
Завдяки наявності подвійного зв’язку між атомами вуглецю ця речовина
легка полимеризуется, утворити високомолекулярну смолу полиакрилонитрил
(–CH2–CH–)n.
CN
Полімер розчиняють у відповідному розчиннику і формують волокно по
мокрому способі, подібно віскозному волокну.
Волокно нітрон по зовнішньому вигляді схоже на вовну, воно дуже добре
розчиняє теплоту, досить міцно і перевершує інші волокна по
світлостійкості. З цього волокна готують тканини для костюмів і пальто,
штучне хутро, трикотажні вироби.
Волокно лавсан по хімічній природі є поліефіром. Вихідні речовини
для його одержання – двухосновная терефталевая кислота
HOOC– –COOH і двохатомний спирт этиленгликоль HO–CH2–CH2–OH.
При відомих умовах ці речовини вступають між собою в реакцію
етерифікації так, що в кожного з них взаємодіють при цьому обидві
функціональні групи. У результаті утвориться високомолекулярна смола
лавсан. Трохи спрощуючи, процес цей можна зобразити так:
O O O
O
C– –C + CH2–CH2 + C– –C + …
OH OH HO OH HO OH
O O O
O
C– –C C–
–C + nH2O
OH O–CH2–CH2–O …
Подібні реакції утворення полімерів, що йдуть з виділення
низькомолекулярного продукту, носять загальна назва реакцій
поліконденсації, на відміну від реакцій полімеризації, що йдуть без
виділення побічного продукту і сполуки, що є по істоті реакціями, (див.
утворення нітрону).
Одержувані зі смоли лавсан волокна характеризуються великою міцністю,
значною стійкістю до високих температур, світлу й іншим реагентам.
Тканини з лавсану не мнуться і не втрачають згодом додану їм форму.
У нашій країні до Жовтневої революції існувала лише одна фабрика
штучного шовку, що працювала по віскозному способі, та й та припинила
свою роботу під час першої світової війни. При Радянській владі
промисловість штучних, а потім і синтетичних волокон одержала широкий
розвиток.
Книга для читання по органічній хімії. Посібник для учнів. М., “Освіта”,
1975.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter