Полімери

Гіганти органічного світу — полімери 2.

Що таке полімеризація і як відбувається 4.

Поліетилен та її сімейство 5.

Найбільш стійкий, найміцніший. Тефлон 8.

Каучук, гума та інші 9.

Що таке поліконденсація 12.

«Чарівна гумка» 12.

«Безглузда замазка» 16.

Фенолформальдегидные смоли 19.

Чи може скло бути органічним 20.

Список літератури 233.

Гиганты органічного світу — полимеры.

Серед огрому найрізноманітніших за будовою і властивостями органічних сполук є особливий клас — полімери (від грецьк. «поли» — «багато» і «мерос» — «частина»). Для цих речовин передусім характерна величезна молекулярна маса — від десятків тисяч до мільйонів атомних одиниць маси, тому часто їх ще називають высокомолекулярными сполуками (сокращённо ВМС).

До молекулярным гігантам ставляться, наприклад, найважливіші природні полімери (білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди), синтетичні матеріали (поліетилен, поливинил-хлорид, каучук тощо. буд.). Тому ВМС відіграють істотне значення й у біологічні процеси, й у практичної діяльності человека.

Органічні полімери побудовано з елементарних ланок — багаторазово повторюваних і пов’язаних між собою залишків молекул низькомолекулярних речовин (моно-меров). Довжину макромолекул висловлюють середнім числом ланок мономера, яку називають ступенем полимеризации.

Полімери може мати лінійне, разветвлённое і сітчасте будова. Якщо кожне ланка мономера умовно позначити буквою М, то макромолекула лінійного будівлі виглядатиме так:

… —М—М—М—М—М—М—…

І тут кожна з елементарних ланок пов’язано лише двома сусідніми і утворить неразветвлённую ланцюг. Основна ланцюг макромолекули може мати короткі відгалуження, і тоді створені за типу полімери будуть разветвлёнными: R.

… —М—М—М—М—М—М—…

R.

У сітчастих (які зшили) полимерах довгі лінійні ланцюга пов’язані один з іншому на єдину сітку коротшими поперечними цепями.

Якщо молекула мономера несиметрична (СН2=СН—Х, де Х — заступник), можуть утворюватися зв регулярні, і нерегулярні полімери. У регулярному полімері відбувається приєднання або «голова до хвосту»:

—СН2—СНХ—СН2—СНХ—, або «голова до голове»:

—СН2—СНХ—СНХ—СН2—.

Макромолекули полімерів може бути побудовано із залишків різних мономерів; ВМС подібного типу називаються сополимерами. Причому у залежності від способу чергування різних ланок вони також бувають регулярного і нерегулярного строения:

… —М—М—М—М—М—М—… регулярний сополимер

… —М—М—М—М—М—М—… нерегулярний сополимер

З власного походженню все МС діляться на природні — биопо-полимеры (наприклад, крохмаль і целюлоза) і синтетичні (поліетилен, полістирол і др.).

Природні полімери синтезуються клітинами рослинних і тварин організмів, а синтетичні людина навчився отримувати з проектів переробки газу,^фти, кам’яного угля.

Полімери може бути кристалічними чи аморфними. Для кристалізації високомолекулярних речовин необхідно упорядкований будова досить довгих ділянок молекулярної цепи.

Високомолекулярні сполуки немає чіткої температури плавлення. При нагріванні багато полімери не плавляться, а лише розм’якшуються, що дозволяє плісень їх вироби методами пластичної деформації — пресуванням, видушуванням, литьём. Такі полімери називають пластичними масами (пластмасами, пластиками). У пластмас низька щільність, вони легше самих легких металів (магнію, алюмінію) і тому вважаються цінними конструкційними матеріалами. По міцності деякі пластики перевершують чавун і алюміній, а, по хімічної стійкості — майже всі метали. Вони можуть бути стійкі до дії води та кисню, кислот і щелочей.

Зазвичай пластмаси — діелектрики (не проводять електричний струм), і окремі їх сорти відомі як кращі ізоляційні матеріали із усіх використовуваних у сучасній технике.

Що таке полімеризація і як происходит.

Однією з важливих хімічних властивостей непредельных вуглеводнів — алкенов і диенов — є здатність їх молекул з'єднуватися одна з одним в довгі ланцюга. Цей процес відбувається відбувається поза рахунок розкриття подвійних зв’язків і називається полимеризацией: nR—СН=СН2 -> — (СНК—СН2)n.

Полімеризація непредельных сполук, у залежність від механізму може бути радикальної чи іонної. Радикальну полімеризацію викликають речовини (вони називаються ініціаторами), які за нагріванні розпадаються на вільні радикали. Приєднуючись до молекули мономера, вони породжують новий радикал — прообраз майбутньої макромолекули полімеру. Ця частинка здатна захоплювати нові і призначає нові молекули, поступово перетворюючись на гігантський радикал.

Радикальними ініціаторами можуть бути органічні пероксиди R—О—О—R ", азосоединения.

R—N=N—R/, кисень. Радикальну полімеризацію викликають ультрафіолетове і y-излучение.

Обрив швидкому зростанні ланцюга відбувається за взаємодії макрорадикала з молекулою, здатної перетворитися на неактивний чи малоактивний радикал. Це дозволяє під час проведення полімеризації використовувати речовини, регулюючі зростання цепи.

Іонна полімеризація починається з освіти з молекул мономера реакционноспособных іонів; відповідно такий процес то, можливо катионным чи анионным. Катионную полімеризацію проводять за дуже низьких температурах у присутності неорганічної кислоти, хлориду алюмінію чи бору. У цьому проміжної часткою буде макрокатион.

Коли відбувається захоплення зростаючим катионом аниона чи утворюється кінцева подвійна зв’язок, то ланцюг обрывается.

Каталізатори анионной полімеризації — лужні метали, їх аміди, металлоорганические сполуки; вони перетворюють мономери в аніони, з яких виходять макромолекули полимера.

Мономери дуже відрізняються зі своєї здатність до полімеризації. Одні полимеризуются самі навіть за зберіганні надворі (наприклад, стирол); для інших потрібні радикальні ініціатори, для третіх — дорогі екзотичні каталізатори або дуже жорсткі умови (високі температура і давление).

Поліетилен та її семейство.

Родоначальник низки алкенов — етилен виявився для хіміків «міцним горішком» — до 1933 р. ученим не вдавалося його полимеризовать.

Першої було відкрито радикальна полімеризація етилену і як часто буває, виявили її випадково. У 1933 р., проводячи експерименти по отриманню стиролу з суміші бензолу з этиленом за вищого тиску, дослідники виділили з харчів реакції в’язку прозору масу — перший зразок поліетилену. Чотири року, в 1937 р., англійські хіміки розробили перший промисловий спосіб виробництва поліетилену, а 1946 р. почався випуск поліетиленових бутылок.

Для радикальної полімеризації етилену як ініціатора використовується кисень. Суміш етилену з киснем, у якій зміст кисню становить 0,01%, нагрівають до 200 °З під тиском 1000 атм, у своїй виходить поліетилен високого давления.

Макромолекули такого полімеру мають багато розгалужень у подальшому ланцюгу, і тому матеріал характеризується малої ступенем кристалличности і невисокою прочностью.

У 1954 р. Карл Циглер і Джуліо Натта відкрили новий металлоорганический каталізатор, завдяки чому вони змогли здійснити іонну полімеризацію поліетилену при атмосферному тиску і температурі 60 °З (про катализаторе Циглера — Натты). Полімеризацію етилену за низького тиску часто проводять в суміші з вищими алкенами: бутеном-1; гексеном-1; 4-метилпентеном-1 та інших. У поліетилену цього виду в молекулах обмаль розгалужень, він регулярний, кристалічний і прочный.

Простежується цікава закономірність: за високого тиску утворюється поліетилен низької густини та міцності, а за низького — навпаки. Ще одна розбіжність: у поліетилену низький тиск велика ступінь полімеризації: вона сягає 300 000; а й у поліетилену високого тиску — 50 000.

Поліетилен — одне із найбільш поширених синтетичних полімерів. Це й усім відома поліетиленова плёнка — прекрасний пакувальний матеріал, і піддаються корозії поліетиленові труби, і легка, зручна у спілкуванні посуда.

Найближчий гомолог етилену — пропілен. У 1955—1956 рр. Джуліо Натте удалося одержати поліпропілен регулярного будівлі методом іонної полімеризації, використовуючи комплексний каталізатор з урахуванням триэтилалюминия (С2Н5)3Аl і тетра-хлорида титану ТiCl4.

—СН2—СН—СН2—СН—СН2—СН—.

СН3 СH3 СН3.

Цей родич поліетилену має цінними властивостями: в нього висока температура розм’якання (близько 170°С), підвищені жёсткость і міцність проти поліетиленом. Завдяки цим властивостями, і навіть доступності вихідного мономера, поліпропілен застосовують під час виготовлення трубопроводів, хімічної апаратури і різних предметів домашнього обихода.

При заміщення однієї з атомів водню в молекулі етилену на бензольное ядро утворюється нова «заготівля» щоб одержати полімерів — винилбензол (стирол) СН2=СН—С6Н5.

Радикальна полімеризація стиролу призводить до утворення нерегулярного полистирола:

У цьому полімері нерегулярні макромолекули, містять об'ємні неполярные заступники, що неспроможні утворювати кристали. Тому полістирол легко плавиться і розчиняється у багатьох органічних рідинах, а при кімнатної температурі перебуває у аморфному стані. При 100 °З полістирол розм’якшується, а при 185 °З — перетворюється на в’язку жидкость.

Полістирол набув широкого поширення через свою дешевизни і лёгкости обробки. Проте є в нього одна серйозний недолік — це дуже неміцний і крихке матеріал, у чому може переконатися кожен, наступивши на корпус кульковою ручки. Прозорі корпусу авторучок, коробки для касет і лазерних дисків, дитячі іграшки, сувеніри та інші предмети, котрим непотрібен високої міцності матеріалу, — усі вони виготовлені з полистирола.

При заміні в этилене атома водню на хлор утворюється ще одне мономер — вінілхлорид СН2=СН—С1. Вперше його полімеризацію здійснив в 1872 р. німецький хімік Ейген Бауман (1846—1896). Заслугою цього дослідника стала розробка способу радикальної полімеризації вінілхлориду у присутності органічних пероксидов. к.

У цьому виходить регулярний полімер, освіті якого сприяє висока полярність молекули вінілхлориду — у процесі полімеризації їй вигідно підійти до підростаючої кінцю макромолекули лише однієї стороной:

—СН—СН2—СН—СН2—.

Сl Сl.

Активне практичне використання полівінілхлориду (сокращённо ПВХ) почалося порівняно недавно — тільки з середини XX в. Проблему було в тому, що чистий ПВХ має багатьма вадами. При кімнатної температурі він дуже крихкий і нееластичний. З іншого боку, її важко розчинити чи розплавити, але це сильно утрудняє переробку полімеру. У 30-х рр. ученим вдалося віднайти спеціальні речовини — стабілізатори, які збільшують стійкість ПВХ до дії тепла і світла. Новий матеріал — пластифицированный полівінілхлорид набув широкого поширення. Зараз потім із нього роблять ізоляцію для електричних дротів — він тут витіснив більш пальну і менше хімічно стійку гуму. Дощові плащі, іграшки, паркетні плитки, одне із видів штучної шкіри — ось далебі неповний список предметів повсякденного побуту, зроблені з «найстарішого» полімеру — ПВХ.

Найбільш стійкий, найміцніший. Тефлон.

Найближчі родичі поліетилену, подібні до них за будовою, часом дуже різняться від без нього в властивостями і це приємно дивують вчених новими цінними качествами.

Якщо замінити все атоми водню в молекулі етилену на атоми фтору, то етилен перетвориться на тетрафторэтилен, полимеризацией якого хімікитехнологи отримали першу фторсодержашую пласт-масу (фторопласт).

Политетрафторэтилен, під назвою згодом тефлоном, за багатьма механічним, фізичним, хімічним властивостями, як з’ясувалося, перевершує як поліетилен, але й інші відомі полімери. Скло байдужий до дії будь-яких розчинників і має незвичайно високу температуру розм’якання, рівну 327 °З. А розкладання тефлону починається при рекордної для полімерів температурі — 425 °C!

Тефлон має непревзойдённой хімічної стійкістю: він не горить, нею не діють концентровані кислоти і щёлочи, навіть таким хімічним агресорам, як галогены, царська горілка і фтороводородная кислота, тефлон «за зубах». Недарма його образно назвали «алмазним серцем в шкурі носорога».

Цей чудовий матеріал незамінний під час виготовлення хімічної апаратури для агресивних середовищ, незаймистою электроизоляции, і навіть підшипників і деталей, які потребують мастила. А ще тефлоновій плёнкой покривають металеву посуд і гладящую поверхню прасок. У сковорідці з таким покриттям будь-коли пригорить їжа, а до праски щось прилипне. Так що благородний і незворушний тефлон з права вважається пластмасою будущего.

Каучук, гума і другие.

Крім високомолекулярних речовин сімейства поліетилену існує величезний клас полімерів, отримуваних з сопряжённых диенов: бутадиена-1,3; 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) та його аналогов.

Через війну полімеризації цих непредельных вуглеводнів утворюються високомолекулярні речовини, звані каучуками:

1. натуральний изопреновый каучук.

2. синтетичний бутадиеновый каучук.

Природний каучук став відомим у Європі ще кінці XV в. Першими з європейців його побачили учасники другого подорожі Христофора Колумба в Америку (1493—1496 рр.). Але вони дізналися, які отримують американські індіанці отримують «сльози дерева» (їхньою мовою «кау» означало «дерево», а «навчаю» — «текти», «плакати») з чумацького соку тропічного рослини гевея і користуються ним виготовлення взуття, м’ячів, небьющейся посуду. Однак у Європі у протягом довгого часу екзотичний матеріал не знаходив ніякого застосування. Тільки 1823 р. шотландський винахідник Чарлз Макінтош (1766—1843) запропонував просочувати тканину сумішшю каучуку з органічним розчинником. У результаті отримано непромокальний матеріал. Макінтош першим організував виробництво таких тканин та пошив їх дощових плащів. Щоправда, У цих плащів були дуже неприємні недоліки — вони прилипали до тіла в спеку і тріскалися в холодную.

У 1834 р. американський винахідник Чарлз Гудьир (1800—1860) запропонував вводити в каучук оксиди магнію і кальцію, а 1839 р. вивчив дію нагріву на суміш сирого каучуку з оксидом свинцю і сірки. Отриманий в результаті новий матеріал назвали гумою (від грецьк. «гума» — «смола»), а процес перетворення каучуку в гуму при нагріванні зі сріблясто-сірою — вулканизацией (під назвою римського бога вогню Вулкана).

Гума, на відміну каучуку, є шитий полімер. Проте завдяки велика відстань між сшивками макромолекули не втрачають здібності випростатися при розтягненні і згортатися в клубки після зняття механічної навантаження. З іншого боку, зшивки не дають гумі плавитися при нагріванні і кристалізуватися при охолодженні. Отже, гума, перебувають у аморфному стані, зберігає свої механічні властивості ширшому діапазоні температур, ніж каучук.

З розвитком автомобілебудування наприкінці ХІХ в. різко зріс попит на автомобільними шинами, і гума, що сполучає еластичність із високим механічної міцністю, виявилася єдиним підхожим матеріалом для їх виготовлення. Для виробництва шин з кожним роком вимагалося дедалі більше гуми, отже, і натурального каучуку. Тоді каучук отримували по старому — з чумацького соку гевеї. Основными постачальниками цього цінного природного полімеру були тропічні країни — Бразилія, англійські і французькі колонії у Південно-Східній Азії. Для отримання 1000 т рослинного полімеру потрібно було обробити 3 млн каучуконосных дерев і знадобиться цього разу до протягом року робота 5,5 тис. человек.

Отже, необхідний виготовлення гуми натуральний каучук виявився досить дорогим і дефіцитним матеріалом. Через це У першій половині XX в. хіміки наполегливо шукали речовини, здатні замінити каучук і синтезовані з доступних дешевих соединений.

Першої країною, опанувала промислового виробництва синтетичного каучуку, став Радянський Союз перед. Наприкінці 20-х рр. російський хімік Сергій Васильович Лебедєв (1874— 1934) зайнявся проблемою полімеризації бутадієну- 1,3. Вчений та його колеги знайшли підходящий каталізатор — їм виявився металевий натрій. І на 1927 р. дослідник, провівши іонну каталітичну полімеризацію, отримав перші зразки синтетичного натрійбутадиенового каучука:

Лебедєв і його групи розробили також дешевий спосіб отримання бутадиена-1,3 з етилового спирта.

Промислового виробництва бутадиенового каучуку було налагоджено в 1932 р., коли вступив у лад досвідчені заводи у Ярославлі й Воронеже.

У 1935 р. настала нова ера у виробництві синтетичних каучуков — їх почали робити з сополимеров, одержуваних радикальної полимеризацией 1,3- бутадієну у присутності стиролу, акрилонитрила та інших сполук. Сополимеры бутадієну почали швидко витісняти інші каучуки у виробництві автомобільних шин.

Найбільшого поширення набула у цій галузі має бутадиен-сти-рольный каучук — продукт радикальної сополимеризации бутадієну і стирола.

Він широко застосовується у виробництві гуми для легкових авто у, проте шини для вантажівок і літаків як і роблять із натурального чи синтетичного полиизопренового каучука.

У 1953 г. завдяки відкриттю каталізаторів Циглера — Натты ученим всевсе-таки вдалося отримати регулярні полибутадиен і полиизопрен, котрі за міці й еластичності перевершували всі відомі на той час синтетичні каучуки.

Невдовзі з’ясувалося, що у складу і будовою макромолекул регулярний полиизопрен тотожний натуральному каучуку, і хіміки реалізували свою давню мрію — отримувати в промисловому масштабі каучук гевеи.

Синтетичні каучуки значною мірою витіснили натуральний каучук; наприклад, в 1985 р. у світі було виконано 12 млн. тонн синтетичного каучуку і лише 4 млн. тонн натурального.

Що таке поликонденсация.

Освіта макромолекул полімерів з мономерів можливо як шляхом полімеризації, яке характерне для сполук з кратними зв’язками. Є ще олин процес, що призводить для отримання полімерів, — поли конденсація. Якщо за полімеризації перетворення мономера в полімер не викликає виділення будь-яких сполук, то реакція поликонденсаиии полягає у взаємодії функціональних груп молекул мономерів і супроводжується виділенням води, аміаку чи хло-роводорода.

«Чарівна резинка».

Розширення тіл при нагріванні — факт загальновідомий: збільшуються в обсязі і гази, і рідини, і твёрдые тіла. Щоправда, якщо температура змінюється всього кілька десятків градусів, у твердих тіл ефект майже непомітний. І це про високомолекулярні сполуки — полімери це вже не скажеш. Тільки про будь-які, а про высокоэластичные, та ще й растянутые.

У 1805 р. англійський учений Джон Гух виявив разючу річ: розтягнутий джгут з смужок натурального каучуку ставав коротше при нагріванні довші при охолодженні! Півстоліття потому його співвітчизник Джеймс Прескотт Джоуль, провівши ретельні виміру, підтвердив спостереження свого попередника. У науковій літературі це явище називається ефектом Гуха — Джоуля.

Досвід Гуха легко відтворити. До підвішеною на штативі гумової стрічці (що довший і еластичнішим, краще) прив’язують гирю, що її, природно, розтягне. Якщо тепер обдувати стрічку гарячим повітрям (наприклад, з фена) чи поливати гарячою водою, вона скоротиться, причому дуже. І навпаки, при охолодженні стрічка розтягнеться, а гиря опуститься. Якщо проробити той самий з нерастянутой стрічкою, будемо спостерігати звичайне для твердих тіл незначне підвищення розміру при нагріванні і так само слабке стиснення при охлаждении.

А чим відрізняється розтягнута гумова стрічка від просто лежачої? Формально ефект Гуха — Джоуля можна пояснити з урахуванням принципу Ле Шателье: будь-який вплив на систему, розташовану за стан рівноваги, призводить до змін, що ніби протидіють зовнішнім силам. У тому випадку вплив ззовні — нагрівання чи охолодження. Якщо швидко і сильно розтягнути еластичний гумовий бинт, він злегка нагріється (це можна зробити відчути, торкнувшись нього губами). Якщо через кілька днів, коли бинт прийме кімнатну температуру, різко зняти навантаження, то, скоротившись, гума стане холодніше, ніж була. Відповідно до принципом Ле Шателье при нагріванні розтягнутої гумової стрічки у ній мають початися процеси, які прагнути її остудити. А охолодження, як свідчить досвід, відбувається саме за скороченні стрічки. І навпаки, при охолодженні розтягнутої гуми у ній йдуть процеси, що призводять до виділення теплоти, тому стрічка ще сильніше растягивается.

Таке пояснення, як і будь-яка пояснення з позицій термодинаміки, — формальне. Він нічого вона каже у тому, що відбувається «всередині» стрічки — на молекулярному рівні. Виявляється, розтягнення і зменшення стрічки (при постійної температурі) не приводять до зміни її внутрішньої енергії/ а всі у ній пов’язані зі зміною ентропії. Мабуть, найпростіше пояснити суть явища з прикладу однієї полімерної молекули. А розпочати краще ще простіший аналогії —довгою верёвки.

Вочевидь, що, якщо мотузку розтягнути на повну довжину, скласти змійкою чи звернути в тугий клубок, її внутрішня енергія у будь-якій з цих станів буде однаковою. Ентропія ж, т. е. міра безладності, мінімальна, коли мотузка витягнута в струну (таке становище одне-єдине), і максимальна, коли відстань між її кінцями одно корінь квадратний з l, де l — довжина мотузки. Можна довести, що мабуть стан, коли відстань між кінцями мотузки одно корінь квадратний з l.

Молекула полімеру відрізняється від мотузки тим, що вона, як стривожена змія, постійно перебуває у русі: кожен фрагмент цієї молекули відчуває різні коливання, і вони є тим інтенсивнішим, що стоїть температура. Внутрішня ж енергія молекули, як і мотузки, залежить від її форми. Якщо кінці «живої» молекули полімеру не закріплені, та найбільш ймовірне відстань з-поміж них (коли ентропія максимальна) одно корінь квадратний з l. Якщо можна було розпочати кінці такий молекули, ми відчули безперервні поштовхи, причому хаотичні, без вираженого напрями, рівномірно распределённые в різні боки. Якщо тепер різко розтягнути молекулу, то окремі її фрагменти почнуть коливатися з більшою частотою — молекула «нагріється». (Аналогічний ефект можна спостерігати, розкрутивши скакалку, і потім різко потягнувши убік її ручки.) З точки зору термодинаміки ось що: робота, яку витратили на розтягнення молекули, пішла збільшення її внутрішньої энергии.

Якщо утримувати молекулу в розтягнутому стані, незабаром «охолоне», віддавши надлишок теплової енергії «сусідам» (наприклад, молекулам повітря) і «руках», які її утримують. У цьому її внутрішня енергія знову стане той самий, як й у вихідному стані. А ентропія молекули, очевидно, зменшиться, і це завжди буде почуватися у тій, що окремих поштовхів, вкладених у зближення кінців, стане набагато більше, ніж випадкових поштовхів, сприяють подальшому розтяганню. Інакше кажучи, розтягнута молекула прагне стиснутися. Якщо її нагріти зовнішнім джерелом, інтенсивність коливань окремих фрагментів посилиться. Це призведе до тому, що буде сильніше поштовхи, докладені до кінців молекули і створені задля їх зближення, і якщо зовнішня навантаження кінці залишиться колишньою, всі вони зблизяться! І навпаки, якщо примусово розтягнуту молекулу остудити, наприклад «обдуваючи» її холодним повітрям, то докладені до її кінців поштовхи стануть рідше та слабші від, отже за незмінної навантаженні молекула растянется.

І ось розтягнута молекула прийняла температуру довкілля. Якщо тепер зняти навантаження, т. е. дозволити кінців молекули зблизитися (вони знову будуть найбільш ймовірній відстані корінь квадратний з l), коливання окремих її фрагментів стануть менш інтенсивними: молекула «охолонула», її температура знизилася. Мовою термодинаміки це, що молекула зробила роботу поза рахунок своїм внутрішнім енергії. Через певний час вона прийме температуру окружения.

Гума — полімер, що у высокоэластичном стані: довгі ланцюзі з атомів вуглецю (злегка скреплённые «містками» з атомів сірки) в ній безладно переплутані. Але ведуть вони себе у сукупності приблизно таке ж, як і наш одиночна молекула, т. е. при розтягненні хаотично свёрнутые ланцюга витягуються переважно у одному напрямку, а під час зняття навантаження відновлюється вихідне стан із максимальної ентропія. Отже, зміна ентропії є основною «двигуном» ефекту Гуха — Джоуля.

У цьому плані є певний подібність між поведінкою высокоэластичной гуми і ідеального газу. При швидкому стискуванні газу вся витрачена робота піде збільшення його внутрішньої енергії, т. е. температури. Коли стиснений газ охолоне, внутрішня енергія повернеться до колишнього рівня. Якщо ж дозволити стиснутому газу розширюватися, він зробить роботу, яке температура на кілька днів понизится.

На ефект Гуха — Джоуля грунтується цікаво. У колеса на кшталт велосипедного замість металевих спиць начепили гумові джгути і підвішують колесо в вертикальному становищі те щоб він міг обертатися малим тертям. При однаковому натягу джгутів втулка буде розміщено точно у центрі колеса. Якщо тепер обдувати гарячим повітрям якусь ділянку колеса, гумові джгути тут скоротяться і підтягнутий себе втулку. Центр тяжкості колеса зміститься, і це повернётся: нагріта частина піде вгору, і дії струменя гарячого повітря піддадуться такі джгути. У результаті колесо буде безупинно вращаться.

«Безглузда замазка».

На Міжнародної хімічної виставці у Москві (1965 р.) в павільйоні американської фірми «Дженерал електрик» демонструвалося незвичне речовина. На вигляд воно нагадувало віконну замазку чи жорсткий пластилін: його було м’яти до рук (щоправда, досить повільно), ліпити потім із нього різні фігурки. Загалом, здавалося б ніби нічого особливого. Але якщо з цього замазки зліпити кулю та кинути його за кам’яний підлогу, то не прилипне щодо нього, як пластиліновий, а високо підскочить! Якщо кулька зім'яти, повільно розтягнути в довгу стрічку, і потім різко тягти за кінці, вона із тріском порветься. Якщо ж із шарику стукнути молотком, він, як скляний, розіб'ється на дрібні уламки, що знову легко зліпити в комок.

Коли американські хіміки вперше синтезували це хімічна речовина, вони розраховувала одержати новий полімер із цінними властивостями, а вийшло невідомо що — якась безглузда замазка. Так неї і назвали, вирішивши, єдине гідне неї місце — магазин дитячих игрушек.

Які ж речовина може водночас виявляти настільки різні властивості? Здається, плинність і пружність повністю виключають одне одного, отже можна сказати, чи є дане тіло твердим речовиною чи рідиною. Виявляється, який завжди. Конкретний цьому приклад — «безглузда замазка» (іншу назву — «стрибуча замазка»). І він зовсім не єдиний. Вперше те, що може існувати тіла, що є плинними і пружними одночасно, І що чіткої кордону між рідиною і твердим тілом немає, висловив у ХІХ в. англійський фізик Джеймс Кларк Максвелл (1831—1879). Тоді це будуть викликало величезне удивление.

Насправді нічого але немає. Адже й звичайна вода, коли з ній вдарити із швидкістю, не встигне відреагувати на поєднання опиратиметься йому, як твердий тіло (у тому може переконатися кожен, якщо невдало плюхнеться з берега в воду животом або ж просто стукне долонею поверхнею води). Це властивість рідини можна перевірити достовірність і більш безпечним способом: коли з що з трубки струмені в’язкому рідини боляче вдарити молотком, струмінь поведе себе, немов крихке тіло і розіб'ється на осколки з гострими краями (це можна зробити зафіксувати з допомогою швидкісної кінокамери чи фотоапарата малим часом выдержки).

З іншого боку, твёрдая смола чи бітум під навантаженням повільно течуть, як дуже в’язка рідина. Отже, все залежить від співвідношенні між часом на речовина і часом, потрібної молекулам, щоб відреагувати на зовнішнє вплив. Середнє час, необхідне молекулі рідини для переміщення під зовнішньої навантаженням, називається часом релаксації. Коли час впливу значно менше релаксації і частки не встигають належним чином перебудуватися, «піддаючись» зовнішньої силі, стався розрив хімічних перетинів поміж молекулами (і навіть всередині них). Час релаксації може змінюватися на вельми межах — від тисячних часток секунди до багатьох століть, і навіть тысячелетий.

Особливо цікава випадок, коли час релаксації дуже мало (як в води) не надто велике (як в твердої смоли), т. е. вимірюється секундами чи десятими частками секунди. Саме ця практикується в «безглуздій замазки». З іншого боку, будучи полімерним речовиною, вона має ще й еластичними властивостями. Вони виявляються особливо помітно, коли тривалість впливу приблизно дорівнює часу релаксації. Останнє залежить від температури (у тому неважко пересвідчитися, поспостерігавши за асфальтом Донецькій залізниці взимку і спекотного літа). Тільки за кімнатної температурі «безглузда замазка» виявляє все три властивості: при повільному вплив вона веде себе, немов дуже в’язка рідина, за більш швидкому — як гума, а за дуже різкому — як крихке твердий тело.

З хімічної погляду незвичне речовина є кремнийорганический полімер, у якому від 0,5 до 7,5% бору, і називається полидиметилборасилоксаном. Подібно силіконовим каучукам, полімер побудований з диметилсилоксановых ланцюжків (—(СНз)2Si—О—)n. Крім лідерів в полімері є борсодержащие групи —О—В—О—, пов’язуваних між собою силоксановые ланцюга. Молекулярна маса полімеру може змінюватися від кілька сотень до десятків тисяч, а консистенція — від майже рідкої до майже твердої. Якщо ланцюга невідь що довгі, полімер вже за часів кімнатної температурі повільно розтікається по твердої поверхні. Зі збільшенням довжини ланцюгів речовина поступово твердіє, поліпшується та її «прыгучесть»: деякі сорти «стрибає замазки» підскакують після вільного падіння на тверду поверхню майже вихідної висоти. Це властивість дозволяє, наприклад, виготовляти з «безглуздій замазки» м’ячі для гри акторів-професіоналів у гольф.

Помітна пружність багатьох полімерних рідин проявляється ще одному незвичному досвіді. Якщо нахилити склянку з такою в’язкому рідиною, вона почне повільно переливатися вінця, поступово заповнюючи підставлений знизу посудину. Якщо тепер, зберігаючи безперервність струменя, повернути склянку в початкове положення, рідина продовжуватиме перетікати в нижній посудину, поки їх у склянці мало залишиться! Вочевидь, що із жовтою водою такий фокус не пройде: її струмінь негайно прервётся.

Щоб провести подібні досліди за домашніх умов, не обов’язково синтезувати кремнийорганический полімер. «Цікавий» час релаксації мають сгущённое молоко, деякі сорти меду і шампунів, гумовий клей середньої густоти. Його можна переливати зі склянки в склянку, як звичайну рідина. І тоді водночас струмінь цієї рідини за буквальному розумінні розрізати ножицями (лише їх слід попередньо змазати жиром, інакше клей до них прилипне). Після розрізування нижня частина струменя швидко упаде у судину, куди клей переливають, а верхня, проявляючи пружні властивості, підскочить і повернеться в склянку, із якого хіба що вылилась.

Цікавий досвід можна навести з шампунем підходящої густоти. Якщо виливати його тонкою цівкою в маленьке блюдечко, то струмінь за якийсь час почне вкладатися поверх гірки шампуню петлями, так ніби не рідина, а мотузка. І хоча «мотузка» поступово розпливається, легко помітити, як її петлі раз у раз забавно стрибають в різні боки (а іноді навіть вгору). Отже, і в шампуню є властивості резины!

Досвід ж із «стрибає замазкою» можна зробити з допомогою звичайного силікатного клею (це водний розчин силікату натрію) і етилового спирту. У невелику філіжанку наливають приблизно 10 мл клею поволі, безупинно помішуючи, додають рівний обсяг спирту. Невдовзі рідина застигає в студнеобразную масу; з неї треба зліпити кулька і промити його водою (руками і особливо посуд потім доведеться старанно очистити від клея).

Отримана еластична різновид силикагеля (вона має склад Sio2 • nН2О) має усіма властивостями «стрибає замазки». При повільному додатку сили речовина веде себе, немов дуже в’язка рідина, схожа на холодний пластилін: кулька можна розминати руками, і якщо його покласти на тверду поверхню, поволі растечётся. Від твердої поверхні він відскакує буде не гірший гумового, а при сильному ударі розсипається. До жалю, згодом кулька висихає, стає тендітним і втрачає ці свойства.

Фенолформальдегидные смолы.

У звичайному життя смолою називають густу тягучу рідина, виступала з надрізи в корі сосни, їли та інших дерев. Раніше, коли було синтетичних смол, люди використовували лише природні. Чимало їх ми, наприклад каніфоль (від назви давньогрецького міста Колофона у Малій Азії), копав (викопна смола), бурштин, натуральний каучук, мають рослинне походження, проте і такі смоли, які виробляються тваринами — зокрема, шеллак.

Раніше природний шелак був практично незамінним матеріалом: потім із нього робили грамофонні платівки та інші ужиткові речі, яке спиртової розчин використовували як лаку для дерева. Шелак коштував дуже дороге: європейцям доводилося завозити його з далеких південних країн — Індії, та Індокитаю. Процес отримання шелаку з природного сировини було дуже тривалою і трудоёмким. Всі ці причини змусили хіміків наприкінці ХІХ в. зайнятися пошуками матеріалу, який міг би замінити шелак. І такий матеріал вдалося віднайти. Їм стала фенолформальдегидная смола — синтетична смола, отримувана нагріванням суміші фенолу з формальдегидом.

Реакція освіти фенолформальдегидной смоли уперше було описана німецьким ученим Адольфом Баєром в 1872 р. У результаті реакції молекули формальдегіду пов’язують між собою молекули фенолу, у своїй виділяється молекула воды.

Формальдегід здатний взаємодіяти з молекулами фенолу по орто-и пара-положениям із заснуванням сітчастого полимера.

Головним недоліком першої синтетичної смоли була крихкість. Крім того, її синтез проводили за досить високої температурі (140—180 °З), і що настає вода виділяли у вигляді пара. Це призводило до виникнення здуттів і пустот.

Чи може скло бути органическим.

З прадавніх часів людині було відомо скло — твёрдый прозорий термостойкий матеріал. На жаль, вона дуже крихке — усе гаразд знають, як б'ється скляна посуд. І лише XX в. розвиток хімії полімерів дозволило отримати пласт-масу, як схожу на неорганічне скло, — полиметилметакрилат (ПММА). Це высокомолекулярное з'єднання утворюється внаслідок радикальної полімеризації мономера — метилового ефіру метакриловой кислоты.

У макромолекулах ПММА до атома вуглецю долучено двох заступників — полярна сложноэфирная і метильная групи. Сили тяжіння між молекулами полімеру надзвичайно великі, і тому ПММА — одне із найбільш жорстких пластиків: може бути пиляти і дозволяють опрацьовувати на токарському станке.

Цей безбарвний прозорий полімер за нормальної температури більш 110 °З розм’якшується і в вязко-текучее стан. Тому ПММА легко переробляється у різні вироби формованием і литьём під тиском. Полиметилметакрилат — одне з найбільш термостойких полімерів: він починає розкладатися лише за температурі понад 300 °C.

Легкі прозорі листи, одержані із ПММА, і навіть інших полімерів (полістиролу, полікарбонату тощо. п.) химики-технологи назвали органічним склом (сокращённо — оргскло чи плексиглас). Головне гідність цієї статті — його висока міцність. Вона перевершує міцність звичайного (силікатного) скла вдесятеро: предметів з органічного скла не страшні удари. На відміну від зазвичайного скла, оргскло добре пропускає ультрафіолетові промені, необхідні рослинам, і що його краще використовуватиме засклення теплиць. Проте таке скло поступається звичайному в твердості (гострі предмети залишають на ньому подряпини) та хімічної стойкости.

Завдяки унікальним властивостями оргскло міцно облаштувалося в в промисловості й у побуті, потіснивши у деяких сферах силикатное скло. Воно широко застосовується у військової техніки, авіації, різних вимірювальних приладах, вартових механізмах. Скло виявився зручним й у виготовлення світильників, реклам, дорожніх знаків і безосколочного скла «триплекс». Позаяк оргскло практично без шкоди для людського організму, воно знайшло використання у ролі матеріалу для зубних протезів і контактних лінз. От і збулася багатовікова мрія ремісниківстекольшиков і хіміків-технологів: отримано легке, міцне, небитке скло — скло із органічних соединений.

1. Енциклопедія для дітей. Том 17. Химия/Глав. ред. У. А. Володін. — М.:

Аванта+, 2001. — 640 з.: мул. 2. І.Г. Хомченко ‘Загальна хімія', М. ‘Хімія' 1987 3. Г. П. Хомченко ‘Хімія для що у Вузи', М.'Высшая школа' 1994.