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
H2
N–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 H2
N – (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 H2
O, 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– …
+ nH2
O ;
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
H2
N–(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
–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 + nH2
O
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.