Katalóg súborov o chémii. Katalóg súborov o chémii Ako vysvetliť čo za normálnych podmienok

Učebnica Gabrielyan O.S. Chémia 11 Drop 2008

PONUKA #1

ja Štruktúra atómu.

Hlavné otázky:

1. Atóm je zložitá častica.

2. Stav elektrónov v atóme a elektrónové konfigurácie atómov chemických prvkov.

3. valenčné elektróny. Valenčné možnosti atómov chemických prvkov v dôsledku počtu nespárovaných elektrónov.

4. Periodický zákon a periodický systém chemických prvkov D.I.Mendelejeva vo svetle doktríny o štruktúre atómu.

5. Horizontálne a vertikálne vzory. Izotopy. Dôvod zmeny kovových a nekovových vlastností prvkov v skupinách a obdobiach. Druhá a tretia formulácia periodického zákona

2. Štruktúra hmoty.

Hlavné otázky:

1. Iónová chemická väzba a iónové kryštálové mriežky.

2. Kovalentná chemická väzba.

3. Klasifikácia kovalentnej chemickej väzby podľa mechanizmu vzniku (výmena a precore-akcentor), podľa elektronegativity (polárna a nepolárna), podľa metódy prekrývania elektrónových orbitálov ( G a P), násobnosťou (jednoduchý, dvojitý, trojitý a jeden a pol).

4. Kryštálové mriežky látok s kovalentnou väzbou.

5. Kovová chemická väzba a kovové kryštálové mriežky.

6. Vodíková väzba - intermolekulárna a intramolekulárna.

7. Jednotná povaha chemických väzieb.

8. Koncept disperzných systémov. Dispergované médium a dispergovaná fáza.

9. Deväť typov systémov a ich význam v prírode a živote človeka.

10. Polyméry. Základné pojmy chémie HMS: monomér, polymér, makromolekula, štruktúrna jednotka, stupeň polymerizácie.

11. Spôsoby získavania polymérov: polymerizačné a polykondenzačné reakcie.

Cvičenie:

Odpovedz na otázku

1. Z akých elementárnych častíc pozostáva atóm?

2. Čo je to orbitál?

3. Čo je podúroveň a ako tento pojem súvisí s číslom obdobia?

4. Vytvorte diagramy elektrónovej štruktúry, elektronické vzorce a grafické elektronické vzorce atómov chemických prvkov:

Fe, Zn, Nb, Hf.

5. Aký je rozdiel medzi valenciou a oxidačným stavom?

6. Určte valenčné možnosti atómov síry a chlóru v základnom a excitovanom stave.

7. Aké typy chemických väzieb existujú?

8. Popíšte chemickú väzbu v molekule dusíka (mechanizmus vzniku, spôsob prekrývania orbitálov, násobnosť väzby).

9. Čo sú disperzné systémy?

10. Aký význam majú rozptýlené systémy v každodennom živote?

11. Aké látky sa nazývajú polyméry?

12. Ako vysvetliť, že za normálnych podmienok je etylén plyn a polyetylén je pevná látka?

13. Medzi syntetické chemické vlákna patria:

1) bavlna a ľan;

2) vlna a hodváb;

3) viskózové a acetátové vlákno;

4) kaprón a nylon.

Prírodné vlákna sú rozdelené do troch skupín podľa pôvodu:

• zelenina (bavlna, ľan, konope atď.);
• zvieratá (vlna, hodváb);
• minerál (azbest).

Chemické vlákna sa získavajú z roztokov alebo tavenín vláknotvorných polymérov. Sú rozdelené do dvoch skupín:

• umelé, ktoré sa získavajú z prírodných polymérov alebo produktov ich spracovania, najmä z celulózy a jej éterov (viskóza, acetát atď.);
• syntetické, ktoré sa získavajú zo syntetických polymérov (nylon, lavsan, enanth, nylon atď.).

Na záver zhrnieme naše informácie o klasifikácii polymérov pomocou schémy 1.

Schéma 1
Klasifikácia polymérov

Otázky a úlohy k § 9

1. Aké látky sa nazývajú polyméry?
2. Prečo polyvinylchloridové a fenolformaldehydové plasty „spracúvajú“ teplo odlišne?
3. Ako vysvetliť, že za normálnych podmienok je etylén plyn a polyetylén je pevná, neprchavá látka? d Prečo sú také odlišné? fyzikálne vlastnosti oxid uhličitý (CO 2) a kremeň (SiO 2)?
4. Uveďte príklady polymerizácie, kopolymerizácie, polykondenzačných reakcií.
5. Ktorý z nasledujúcich znakov charakterizuje prírodný kaučuk: a) priestorový polymér; b) termoplastický polymér; c) stereoregulárny polymér; d) vulkanizačný produkt; e) umelý polymér?

Ak je relatívna molekulová hmotnosť zlúčeniny väčšia ako 10 tisíc, potom sa takáto zlúčenina nazýva vysoká molekulová hmotnosť. Väčšina makromolekulárnych zlúčenín sú polyméry.

Polyméry sú látky, ktorých molekuly pozostávajú z mnohých opakujúcich sa navzájom prepojených štruktúrnych jednotiek chemické väzby.

Dva hlavné spôsoby získavania polymérov už poznáte – polymerizačné reakcie a polykondenzačné reakcie.

polymerizačné reakcie

polymerizačná reakcia - ide o chemický proces spájania mnohých počiatočných molekúl nízkomolekulárnej látky (monoméru) do veľkých molekúl (makromolekúl) polyméru.

Ako si zrejme pamätáte, zlúčeniny obsahujúce viacnásobné väzby, teda nenasýtené zlúčeniny, môžu vstúpiť do polymerizačnej reakcie. Môžu to byť molekuly rovnakého monoméru alebo rôznych monomérov.

V prvom prípade nastáva homopolymerizačná reakcia - spojenie molekúl jedného monoméru, v druhom - kopolymerizačná reakcia - spojenie molekúl dvoch alebo viacerých východiskových látok.

Homopolymerizačné reakcie zahŕňajú reakcie na výrobu polyetylénu, polypropylénu, polyvinylchloridu atď., napríklad:

Výraz v zátvorkách sa nazýva štruktúrna jednotka a číslo n vo vzorci polyméru je stupeň polymerizácie.

Kopolymerizačné reakcie zahŕňajú napríklad reakciu na výrobu styrén-butadiénového kaučuku.

Polykondenzačná reakcia

Polykondenzačná reakcia je chemický proces spájania počiatočných molekúl monomérov do polymérnych makromolekúl, ktorý prebieha za vzniku nízkomolekulárneho vedľajšieho produktu (najčastejšie vody).

Molekuly monomérov s funkčnými skupinami vstupujú do polykondenzačných reakcií.

Rovnako ako v prípade polymerizácie sa polykondenzačné procesy delia na:

Homopolykondenzačné reakcie, ak je polymér vytvorený z molekúl jedného monoméru. Napríklad z molekúl monosacharidov (glukózy) v rastlinných bunkách vznikajú polysacharidy a v priemysle sa získava syntetické vlákno - enanth

Kopolykondenzačná reakcia – ak polymér vzniká z molekúl dvoch alebo viacerých východiskových látok. Ide napríklad o syntézu proteínových molekúl z rôznych aminokyselín alebo reakciu na získanie fenolformaldehydových živíc:

Pomocou polykondenzačných reakcií sa získavajú polyestery, polyamidy, polyuretány, polyakryly atď.

Štruktúra polyméru

Polymérne makromolekuly môžu mať rôznu geometriu. metrický tvar v závislosti od štruktúry hlavného reťazca (obr. 18):

Lineárny, v ktorom sú štruktúrne jednotky spojené v dlhých reťazcoch postupne za sebou (toto je štruktúra, ktorú má hlavne nám známy polyetylén a polypropylén);

Rozvetvené (stretli sme sa s nimi pri štúdiu škrobu);

Priestorový, v ktorom sú lineárne molekuly vzájomne prepojené chemickými väzbami (napríklad vo vulkanizovanom kaučuku – kaučuku).

Geometrický tvar polymérnych makromolekúl, ako uvidíme ďalej, výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti.

Lineárne a rozvetvené reťazce polymérov môžu byť premenené na trojrozmerné štruktúry pomocou svetla, žiarenia alebo "zosieťovania" pôsobením chemických činidiel. Myslite na vulkanizáciu kaučukov, ako aj vytvrdzovanie fenolformaldehydových a polyesterových živíc, či tvorbu odolných náterových filmov zo schnúcich olejov a prírodných živíc.

a) lineárne

Lineárne polyméry môžu mať kryštalickú aj amorfnú štruktúru. Pod kryštalinitou polymérov rozumieme usporiadané usporiadanie makromolekúl alebo ich častí. Amorfná štruktúra sa vyznačuje nedostatkom poriadku. Rozvetvené a trojrozmerné polyméry sú vo všeobecnosti amorfné.

Fyzikálne vlastnosti lineárnych a rozvetvených polymérov sú vysoko závislé od medzimolekulových interakcií ich makromolekúl. Napríklad v celulóze sa vzájomne ovplyvňujú po celej dĺžke, a preto majú jej vlákna vysokú pevnosť. Podobne mnohé syntetické polyméry (polypropylén, polyestery, polyamidy), ktorých lineárne molekuly sú umiestnené pozdĺž osi napätia, poskytujú obzvlášť pevné vlákna. Rozvetvené molekuly škrobu však interagujú iba v oddelených oblastiach, a preto netvoria silné vlákna.

Trojrozmerné štruktúry priestorových polymérov sa môžu pod napätím dočasne deformovať iba vtedy, ak majú relatívne riedku sieť (spomeňme si na gumu), alebo sú elastické alebo krehké v prítomnosti hustej priestorovej siete v závislosti od jej štruktúry.

Koncept molekulovej hmotnosti pre polyméry má niektoré vlastnosti. Pri polymerizácii na makromolekuly sa spája iné číslo molekuly monomérov, v závislosti od toho, kedy je rastúci polymérny reťazec ukončený. V dôsledku toho vznikajú makromolekuly rôznych dĺžok a následne aj rôznych hmotností, pre takúto látku je molekulová hmotnosť len jej priemernou hodnotou.

O vlastnostiach polymérov veľký vplyv má pravidelnosť, ktorá sa prejavuje v prísnej postupnosti spájania počiatočných molekúl monomérov v polymérnej makromolekule.

Polyméry, ktorých makromolekuly sú zostavené z jednotiek rovnakej priestorovej konfigurácie alebo z jednotiek rôznych konfigurácií, ale nevyhnutne sa striedajú v reťazci v určitom poradí, sa nazývajú stereoregulárne. Polyméry s ľubovoľným striedaním väzieb rôznych priestorových konfigurácií sa nazývajú nestereoregulárne.

Stereoregulárnosť má veľký význam, ako sme už naznačili vyššie, pri prejave takej dôležitej vlastnosti gumy, ako je elasticita, ktorá zohráva rozhodujúcu úlohu pri použití týchto materiálov v pneumatikách automobilov a lietadiel, ktoré pri pohybe podliehajú mnohonásobnej deformácii. autá a lietadlá na pristávacích dráhach. Prírodný alebo izoprénový kaučuk má stereoregulárnu štruktúru.

Atómy uhlíka v dvojitej väzbe v každej väzbe sú spojené s rôznymi atómami (skupinami atómov). Preto je tu možná geometrická izoméria. Ukázalo sa, že skupiny -CH2- v makromolekulách kaučuku nie sú umiestnené náhodne, ale na rovnakej strane dvojitej väzby v každej väzbe, to znamená, že sú v polohe cis.

Takéto usporiadanie skupín -CH2-, cez ktoré sú väzby v makromolekule spojené, prispieva k jej prirodzenému skrúteniu do gule, čo určuje vysokú elasticitu gumy. V prípade trans-štruktúry makromolekulových jednotiek sa ukážu byť predĺženejšie a takýto polymér (gutaperča) nemá elasticitu.

V podmienkach chemickej syntézy nebolo možné dlhodobo dosiahnuť stereoregulárnu štruktúru a to sa prejavilo aj na vlastnostiach polyméru.

Problém syntézy izoprénového kaučuku sa však stále podarilo vyriešiť. Boli nájdené katalyzátory, ktoré, podobne ako pri syntéze stereoregulárneho polypropylénu, zabezpečili pravidelné stohovanie monomérnych jednotiek v rastúcom polymérnom reťazci. Teraz sa v priemysle vo veľkých množstvách vyrába izoprénový kaučuk, podobný prírodnému kaučuku.

Bol tiež získaný stereoregulárny butadiénový kaučuk. Na odlíšenie takejto gumy od butadiénovej gumy, ktorá nemá pravidelnú štruktúru, sa nazýva divinyl. Ukázalo sa, že v odolnosti voči oderu divinylkaučuk dokonca prekonáva prírodný kaučuk. Vďaka tomu je obzvlášť cenný na výrobu behúňov pneumatík (vonkajšia časť), ktoré sa obzvlášť rýchlo opotrebúvajú.

Anorganické polyméry

Mnohé anorganické látky sú polyméry. Už sme ich vymenovali. Sú to plastická síra, čierny fosfor, červený fosfor, reťazová štruktúra selén a telúr, oxid kremičitý a kyselina kremičitá, silikáty, polyfosfáty atď. Prírodné sieťové anorganické polyméry sú súčasťou väčšiny minerálov v zemskej kôre.

Určite poznáte také anorganické vlákno ako azbest alebo horský ľan.

Prírodné sieťové anorganické polyméry sa spracúvajú na sklá, vlákna, sklokeramiku, keramiku atď.

Zaujímavé sú také anorganické polyméry, ktoré sú alotropnými modifikáciami uhlíka:

karabína...-C-=C-C-=C...

a polykumulén...=C=C=C=C=...

Organoprvkové polyméry - sú to polyméry, ktoré v hlavnom reťazci neobsahujú atómy uhlíka, ale iných chemických prvkov (kyslík, titán, kremík). Bočné reťazce v takýchto polyméroch predstavujú organické radikály.

Takže v roku 1935 náš krajan K. A. Andrianov získal organokremičité polyméry - silikóny, ktorých zloženie možno zobraziť takto:

Tieto látky majú vysokú tepelnú stabilitu, výborné elektroizolačné vlastnosti, sú chemicky inertné, hydrofóbne (nezmáčajú sa vodou) atď. Ďalšie zvyšovanie tepelnej stability polymérov je evidentne spojené s problémom syntézy anorganických polymérov, ktorých molekuly neobsahujú obsahujú atómy uhlíka.

plasty

Plasty sú materiály vyrobené na báze polymérov, ktoré po zahriatí dokážu nadobudnúť daný tvar a po ochladení si ho udržať.

Plast je spravidla zmesou niekoľkých látok; polymér je len jedným z nich, ale najdôležitejším. Práve on spája všetky zložky plastu do jediného, ​​viac-menej homogénneho celku. Preto sa polymér nazýva spojivo.

Prvé plasty sa získavali na báze prírodných polymérov - deriváty celulózy, kaučuku a pod. Neskôr sa ako spojivá začali používať syntetické polyméry - fenolformaldehydové živice, polyestery atď.

Je jasné, že je pohodlnejšie premeniť na hotové výrobky tie plasty, ktoré reverzibilne stvrdnú a zmäknú. Ide o takzvané termoplasty alebo termoplastické polyméry. Dajú sa racionálne spracovávať a spracovávať vstrekovaním, vákuovým tvarovaním, lisovaním profilov. Takéto plasty zahŕňajú polyetylén, polystyrén, polyvinylchlorid, polyamidy.

Ak v procese formovania produktu dôjde k zosieťovaniu makromolekúl a polymér, vytvrdzovanie, získa sieťovú štruktúru, potom sa táto látka už nemôže vrátiť do viskózneho tečúceho stavu zahrievaním alebo rozpustením. Takéto plasty sa nazývajú termoplasty alebo termosetové polyméry. Patria sem fenolformaldehydové, močovinové a polyesterové živice.

Okrem spojivového polyméru, prísady na rôzne účely, plnivá, farbivá a látky, ktoré zvyšujú mechanické vlastnosti, tepelná odolnosť a odolnosť proti starnutiu.

Plnivá vo forme prášku alebo vlákna, ktoré sa zavádzajú do plastov, výrazne znižujú ich cenu. Zároveň môžu plastom dodať mnoho špecifických vlastností. Plasty s plnivom vo forme diamantového a karborundového prachu sú teda abrazíva, to znamená vynikajúci brúsny materiál.

Hlavnými spotrebiteľmi plastov sú predovšetkým stavebníctvo, strojárstvo, elektrotechnika, doprava, výroba obalových materiálov, spotrebný tovar.

Široké používanie plastov je uľahčené nízkou cenou, jednoduchosťou spracovania a vlastnosťami, ktoré sú často rovnaké alebo dokonca lepšie ako kovy a zliatiny. Výrobky z plastov sú teda veľmi ľahké, odolné voči korózii a agresívnemu prostrediu, odolné, majú výborné optické a izolačné vlastnosti.

vlákna

Vlákna sú polyméry lineárnej štruktúry, ktoré sú vhodné na výrobu nití, kúdele a textilných materiálov.

Prírodné vlákna podľa pôvodu sa delia na:

Zelenina (bavlna, ľan, konope atď.);
zvieratá (vlna, hodváb);
minerál (azbest).

Chemické vlákna sa získavajú z roztokov alebo tavenín vláknotvorných polymérov. Delia sa na:

Umelé, ktoré sa získavajú z prírodných polymérov alebo produktov ich spracovania, najmä z celulózy a jej éterov (viskóza, acetát atď.);
syntetické, ktoré sa získavajú zo syntetických polymérov (nylon, lavsan, enanth, nylon atď.).

Biopolyméry

Biopolyméry sú vám dobre známe proteíny, polysacharidy, nukleové kyseliny.

Proteíny sú biopolyméry zložené zo zvyškov A-aminokyseliny.

Izolovať v bielkovinách štyri úrovne štruktúr:

Primárnu štruktúru proteínov možno považovať za lineárnu štruktúru. Je určená poradím striedania zvyškov molekúl aminokyselín v polypeptidovom reťazci a určuje proteínovú identitu všetkých živých organizmov na Zemi. Tak ako sa z písmen abecedy dá postaviť nekonečné množstvo slov, tak príroda vytvára celú škálu bielkovín z niečo viac ako 20 a-aminokyselín. Každý organizmus má svoj vlastný jedinečný súbor proteínových molekúl, ako je vzor odtlačkov prstov. Takáto ochranná reakcia tela, ako je imunita a odmietnutie, je založená na odmietnutí "cudzích" proteínových súborov (napríklad mikrobiálnych).

Sekundárna štruktúra proteínov (najčastejšie špirálová) je určená zvláštnosťami skrúcania (typ skladania) polypeptidových reťazcov proteínových molekúl do špirály v dôsledku výskytu vodíkových väzieb medzi skupiny -С-О a -NH-
l
Terciárna štruktúra proteínov (glomerulárna alebo globulárna) je určená priestorovým usporiadaním proteínových helixov v dôsledku výskytu vodíkových, amidových a disulfidových väzieb. Terciárna štruktúra vo forme určitej priestorovej konfigurácie s výstupkami a priehlbinami, s funkčnými skupinami smerujúcimi von, určuje špecifickú biologickú aktivitu proteínovej molekuly.

Niektoré proteíny (napríklad hemoglobín) majú kvartérnu štruktúru.

Kvartérna štruktúra označuje makromolekuly, ktoré zahŕňajú niekoľko polypeptidových reťazcov. Táto štruktúra zodpovedá umiestneniu polypeptidových reťazcov v priestore, ktoré nie sú vzájomne prepojené kovalentnými väzbami.

Polysacharidy sú biopolyméry pozostávajúce z monosacharidových zvyškov.

Zástupcami polysacharidov sú škrob a celulóza. A opäť môžete vidieť ako dôležitosti má priestorovú štruktúru pre vlastnosti látok. Jadrom takých nápadných rozdielov medzi škrobom a celulózou, ktoré majú všeobecný vzorec (C6H10O5) n, je skutočnosť, že škrob je cenný živina rezervný sacharid rastlinnej bunky je vytvorený zo zvyškov molekúl a-glukózy a celulóza - dodatočný mechanický obal rastlinnej bunky - je postavená zo zvyškov molekúl beta-glukózy:

Polynukleotidy alebo nukleové kyseliny sú biopolyméry pozostávajúce z nukleotidových zvyškov.

Rovnako ako proteínové molekuly, aj nukleové kyseliny sa vyznačujú sekvenciou striedania vo svojej makromolekule iba štyroch typov nukleotidov - adenínu (A), guanínu (G), cytozínu (C) (v molekule ľubovoľnej nukleovej kyseliny), uracilu ( U) - v RNA alebo tymín (T)-v DNA.

Makromolekuly DNA sú špirála pozostávajúca z dvoch reťazcov skrútených okolo spoločnej osi. Ide o ich sekundárnu štruktúru (obr. 22). Pri jej udržiavaní, podobne ako v bielkovinách, dôležitú úlohu zohrávajú vodíkové väzby. Tvoria sa medzi dusíkatými bázami rôznych reťazcov makromolekuly, ktoré sa na rozdiel od radikálov molekúl bielkovín nenachádzajú vonku, ale vo vnútri špirály.

Nukleové kyseliny – RNA a DNA – hrajú dôležitú úlohu pri ukladaní a prenose dedičnej informácie organizmu, pri biosyntéze bielkovín, čo, samozrejme, poznáte z kurzu všeobecnej biológie. Štúdium biopolymérov, najmä proteínov a nukleových kyselín, viedlo k vytvoreniu nových vied - bioorganická chémia, molekulárna biológia, genetické inžinierstvo, čím sa ľudstvu otvorili nevyčerpateľné možnosti preniknúť hlboko do tajomstiev života a stále viac využívať pochopené zákonitosti. na praktické účely.

Na záver zhrnieme naše informácie o klasifikácii polymérov pomocou schémy 2.

Ryža. 22. Schéma štruktúry dvojzávitnice DNA

1. Aké látky sa nazývajú polyméry?

2. Prečo polyvinylchloridové a fenolformaldehydové plasty „spracúvajú“ teplo odlišne?

3. Ako vysvetliť, že za normálnych podmienok je etylén plyn a polyetylén je pevná, neprchavá látka?

4. Prečo sa oxid uhličitý CO2 a kremeň SiO2 tak líšia vo fyzikálnych vlastnostiach?

5. Uveďte príklady polymerizácie, kopolymerizácie, polykondenzačných reakcií.

6. Ktorý z nasledujúcich znakov charakterizuje prírodný kaučuk: a) priestorový polymér; b) termoplastický polymér; c) stereoregulárny polymér; d) vulkanizačný produkt; e) umelý polymér?

Schéma 2
Klasifikácia polymérov