Міністерство освіти і науки України

Вище професійне училище №24

 

 

 

 

Конспект уроку

на тему:

“Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 Виконав:

Викладач хімії

Степанюк Ірина Михайлівна

 

 

Тема: Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси

Мета уроку:

Навчальна: поглибити й розширити знання учнів про роль хімії у створенні нових матеріалів; показати можливості застосування нових синтетичних матеріалів з оригінальними властивостями; визначити роль органічної хімії у створенні нових матеріалів, зокрема полімерів (пластмас), показати різноманітні сфери застосування полімерів;

Розвивальна: розвивати логічне мислення учнів,увагу, пам'ять, пізнавальний інтерес  і творчу активність .

Виховна: Формувати в учнів елементи екологічного мислення, прищеплювати любов до природи, виховувати активну життєву та громадську позицію, патріотизм.

Тип уроку: Урок засвоєння нових знань і умінь.

Форма проведення: Урок-семінар.

Навчально-матеріальне забезпечення: комп’ютер, мультимедійний про-ектор,  презентація, відеофільм, таблиці, листівки, тестові завдання, карткові завдання  ” Доміно ”, дошка, крейда.

Міжпредметні зв’язки: Фізика, біологія, екологія, географія, виробниче навчання.

Хід уроку

«Широко простягає хімія руки свої у справи людські. Куди не подивимось, куди не оглянемось, скрізь обертаються перед очима нашими успіхи її старанності».

М. В. Ломоносова

 I. Організаційний етап. Створення емоційного настрою.

Будь-який вид людської діяльності, починаючи з готування їжі й закінчуючи запуском космічних кораблів, так чи інакше пов’язаний із використанням різних матеріалів. Виробництво більшості видів матеріалів ґрунтується на хімічних процесах. Розробка й одержання нових матеріалів та вдосконалення існуючих — одне з головних завдань сучасної хімії.

Запитання до учнів

1. У чому полягають основні цілі наукових розробок у створенні нових матеріалів?

Учні мають дійти висновку, що цілі наукових розробок полягають у тому, щоб:

будь-яку речовину зробити матеріалом або його компонентом;

на основі однієї речовини створити різноманітні матеріали.

2. Які нові матеріали, що були створені останнім часом, вам відомі?

Для будь-якого хіміко-технологічного процесу потрібна апаратура, що виготовлена з таких матеріалів, які здатні протидіяти різноманітним агресивним впливам, у тому числі хімічним, механічним, термічним, електричним, а в деяких випадках навіть радіаційним і біологічним.

Хімічна галузь постачає промисловості та сільському господарству різні матеріали і сировину. Це паливо, мастила, хімічні волокна, пластмаси, синтетичні каучуки, мінеральні добрива, мийні засоби, парфуми, фармацевтичні препарати, луги, кислоти, розчинники, вибухові речовини тощо.

«Широко простягає хімія руки свої у справи людські. Куди не подивимось, куди не оглянемось, скрізь обертаються перед очима нашими успіхи її старанності».

Ці слова великого російського вченого-природодослідника М. В. Ломоносова, висловлені майже 250 років тому, і сьогодні не втратили свого значення. Навпаки, вони звучать з особливою силою, оскільки на сьогодні роль хімії в житті суспільства постійно зростає.

Запитання до учнів

• — Щоб, на вашу думку, сказав великий учений, якби опинився у XXI столітті?

II.Актуалізація опорних знань. Мотивація навчальної діяльності.

• а) Повідомлення теми нового матеріалу.
• б) Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.

 

Полімери — це високомолекулярні сполуки, молекули яких складаються з великого числа мономерних ланок, що сполучені між собою хімічними зв’язками.

Наприклад, полімер (—CH₂—CH₂—)_n складається з n ланок етену.

Число n називається ступенем полімеризації.

Молекули полімерів можуть мати лінійну, розгалужену й зшиту будову. Це позначається на властивостях пластмас, зокрема, зумовлює такі їх властивості, як термопластичність і термореактивнісь.

 Полімеризація – процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної

Полімеризацією етилену і його гомологів добувають поліетилен, поліпропілен та багато інших.

 Поліконденсація – реакція утворення полімеру внаслідок взаємодії функціональних груп молекул мономера, яка відбувається з виділенням води, амоніаку або інших низькомолекулярних сполук

Пластичні конструкційні матеріали на основі органічних полімерів називають пластмасами.

Основними представниками полімерних матеріалів є пластмаси, каучуки і волокна.

• Історія

Першу пластмасу було отримано британським металургом і винахідником Александром Парксом у 1855 році. Паркс назвав її «паркезин» (потім стали називатицелулоїд). Паркезин вперше було представлено на Всесвітній виставці в Лондоні у 1862 році

Щоб надати полімеру потрібних властивостей  і перетворити їх на пластмасу у полімерну масу додають наступні компоненти.

Добавками можуть бути:

• стабілізатори — речовини, які уповільнюють старіння (сажа, сірчані сполуки, феноли);
• мастильні матеріали — речовини, що усувають прилипання матеріалу до прес-форми, збільшують його текучість, зменшують тертя між частинками композиції (віск,стеарин, олеїнова кислота);
• барвники — речовини, що надають пластмасовим виробам декоративного вигляду (охра тощо.);
• каталізатори — речовини, що прискорюють твердіння пластмаси (уротропін, оксиди металів);
• антистатики — речовини, які перешкоджають виникненню і накопиченню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів;

пороутворювачі — речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється поро- та пінопласти з пористою структурою

Термопластичні полімери – полімери, які після нагрівання і подальшого охолодження зберігають свої властивості (поліетилен, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид).

Термореактивні полімери – полімери, які після нагрівання і подальшого охолодження втрачають пластичність та деякі інші властивості (фенолформальдегідні смоли).

Властивості полімерів залежать від молекулярної маси, хімічного складу й структури молекул.

4.Семінар (доповіді учнів)

Поліетилен (ПЕ, PE — polyethylene) — полімер етилену, твердий, легкий і водостійкий матеріал, гарний діелектрик з високою морозостійкістю (до — 60 °C), стійкий проти агресивних середовищ. Застосовується для виготовлення кабелів, плівок, труб, ємностей технічного і побутового призначення тощо. Недоліки: низька гранична температура експлуатації, висока газопроникність і низька маслостійкість. За способом отримання поділяється на:

•                  поліетилен низької щільності (LDPE Low Density PE) або поліетилен високого тиску (ПЕВТ), який отримують полімеризацієюетилену у присутності кисню та ініціаторів (пероксидних сполук) при температурах 200…300 °C;
•                  поліетилен високої щільності (HDPE Hight Density PE) або поліетилен низького тиску (ПЕНТ), який отримують полімеризацією на каталізаторах Ціглера — Натта при 80 °C і тиску 0,3…0,5 МПА в суспензії або газовому середовищі;
•                  поліетилен середнього тиску (високої щільності) — ПЕСТ — отримують полімеризацією у присутності оксидів Co, Mo, V при 130…170 °C і тиску 3,5…4 МПа.

Поліпропілен (ПП, PP — polypropylene) — полімер пропілену, твердий матеріал загальнотехнічного призначення, що має високі електроізоляційні властивості, водо- і хімічну стійкість. Існують марки, що отримали допуск до контакту з харчовими продуктами. Недоліки: низька морозостійкість (— 15 °С), горючість, незадовільна склеюваність, здатність накопичувати статичну електрику. Використовується в медицині, харчовій промисловості (пакувальні плівки) та електротехніці.

Полістирол (ПС, PS — polystyrene) — продукт полімеризації стиролу, термопласт загальнотехнічного призначення. Завдяки гарним механічним властивостям, прозорості і зовнішньому вигляду, він використовується у світлотехніці та виробах культурно-побутового призначення. Він гарно обробляється різанням та склеюється. Чудовий діелектриком у широкому діапазоні частот, завдяки чому використовується в електротехніці. Нетоксичний, водо- і радіаційно стійкий, через що використовується у харчовій галузі і медичній техніці. Недоліки: крихкість при нормальних умовах, низька ударна в'язкість, здатність до статичної електризації, низька теплостійкість та хімічна стійкість, горючість. Поширення набув спінений ПС (пінопласт). Для покращення властивостей використовують співполімери полістиролу з акрилонітрилом, метилметакрилатом, α-метилстиролом. Найбільшого поширення отримали удароміцні співполімери стиролу з бутадієновим чи бутадієнстирольним каучуком, що отримали назву — «удароміцний полістирол» (УПС, ASR — Advanced Styrene Resine).

Полівінілхлорид (ПВХ, поліхлорвініл, PVC — Polyvinyl chloride) — аморфний полімер вінілхлориду з високою міжмолекулярною взаємодією. ПВХ — атмосферостійкий, самозгасаючий при горінні полімер, однак при горінні виділяються екологічно шкідливі діоксини. При нагріванні до температур 150…170 °С починає розкладатись з виділенням хлороводню. Тому до нього вводять термостабілізатори (солі кальцію, цинку, барію). На практиці мають справу з вініпластами, пластикатами і пластизолями ПВХ, а також полівінілхлоридним волокном.

вініпласти— жорсткі матеріали на основі ПВХ, що містять стабілізувальні добавки і мастильні речовини. Характеризується високою міцністю, ударною в'язкістю, антикорозійними властивостями. Використовується в машинобудуванні.

пластикати — м'які матеріали на основі стабілізованого і пластифікованого ПВХ. Характеризуються негорючістю, еластичністю, технологічністю у переробці. Використовується як електроізоляційні покриття (кабельні пластикати) для роботи в діапазоні температур від −60 до 70 °C.

пластизолі (пасти) — дисперсії ПВХ у пластифікаторах. Використовується для виготовлення штучних шкір, взуття, іграшок. Широкого застосування набули спінені ПВХ (піно- і поропласти).

Тефлон (F₂C–CF₂) за особливу стійкість його назвали «органічною платиною». Він не розчиняється ні у «царській горілці», ні в органічних розчинниках. Стійкий проти холоду й нагрівання, світлостійкий, неотруйний. З нього виготовляють деталі машин й приладів, апаратів, що працюють у хімічно агресивному середовищі, у харчовій та електротехнічній промисловості, для виготовлення протезів судин, які легко затягуються клітинами тіла. З побутових виробів нам знайомі пательні та каструлі з антипригарним тефлоновим покриттям.

Поліметилметакрилат (ПММА, органічне скло, PMMA — Polymethyl methacrylate)^[  — полімер метилметакрилату, твердий прозорий без кольору аморфний матеріал загальнотехнічного призначення густиною 1,19 г/см³. Не розчиняється у воді, спиртах, стійкий до дії розбавлених лугів, кислот, фізіологічно не шкідливий і стійкий до біологічних середовищ. Морозостійкий (—60 °С). Характеризується високою прозорістю. Виготовляється у вигляді аркушів товщиною від 0,8 мм до 24 мм, які характеризуються високою атмосферостійкістю, гарними фізико-механічними та електроізоляційними властивостями. Застосовується в авіабудуванні (авіаційне скло), автомобілебудуванні (ковпаки ліхтарів), світлотехніці. Недоліки: низька міцність при ударі, горючість, низькі діелектричні характеристики при високих частотах, здатність до поверхневого розтріскування у присутності кисню.

Феноло-формальдегідні смоли - різновид конденсаційних смол, продукти поліконденсації фенолу C ₆ H ₅ OH з формальдегідом CH ₂ = O.

Феноло–формальдегідні пластмаси виготовляють з різними наповнювачами: текстоліт наповнюють бавовняною тканиною, склопластики – скловолокном. Ці матеріали застосовують у ракето- й машинобудувані, будівництві. Відходи деревини, оброблені феноло-формальдегідною смолою, перетворюються на матеріал, придатний для виготовленя меблів.

Щоб перевірити вашу увагу зіграємо у гру доміно (Робота з картками)

Пластикові відходи повинні перероблятися, оскільки при спалюванні пластику виділяються токсичні речовини, а розкладається пластик за 100-200 років. 

Впродовж останніх 70 років вироби з пластику набули поширення, і ми вже просто не в змозі жити без них. За даними асоціації Plastics Europe, в результаті цієї «пластикової епідемії» виробництво пластмас виросло з 50 млн тон в 1950 році до 245 млн тон в 2008 році. Пластик — недорогий та неймовірно універсальний матеріал, що має властивості, котрі роблять його ідеальним для використання в багатьох галузях. Проте ці його якості також стали причиною екологічної проблеми. Ми почали жити на «одноразовий» лад, і, ймовірно, 50 % всіх пластикових виробів, що їх ми використовуємо, використовуємо лише один раз й одразу ж викидаємо.

Пластик — цінний матеріал, а пластикові відходи — результат його надмірного й нераціонального використання. Щорічно в світі використовується приблизно 500 млрд поліетиленових пакетів, а це більше 1 млн на хвилину, проте в середньому «термін служби» поліетиленового пакету становить 15 хвилин.

Пластикові відходи суттєво впливають на стан навколишнього середовища, а особливо — на берегову лінію та морську флору й фауну.  У тихому океані плавають острови сміття більші за площу США.Пластикове сміття створює труднощі для морських мешканців. Відомо більше 250 видів морських тварин, які ковтали пластикове сміття або заплутувалися в ньому. Встановлено також, що в пластикову пастку потрапляє до 7,9 % деяких видів тюленів та морських левів. Виявлено більше 100 видів морських птахів та 31 вид морських ссавців, котрі проковтують предмети з пластику, помилково сприймаючи їх за їжу, і часто саме пластик стає причиною їхньої смерті.

Пластик є небезпечним і для людського організму. В процесі полімеризації (утворення пластмас) деякі молекули основної речовини не досягають потрібної довжини і зберігають свою рухомість. Вони, проникаючи в їжу, й становлять небезпеку. Крім того, в пластмасах виявляють солі тяжких матеріалів, стабілізатори, пластифікатори. При нагріванні вони також зі стінок посуду переходять в їжу чи напій і потрапляють до організму людини. Ці небезпечні речовини можуть призвести до ряду захворювань: пухлин, діабету, змін в імунній та ендокринній системах, проблем в розвитку дітей.

Отож, проблема пластику поступово стає міжнародною, і кожна країна обирає свої методи боротьби. Минулого року Італія стала першою в Європі країною, що заборонила використання одноразових пластикових пакетів, котрі не розкладаються. Ряд країн, в тому числі Китай, ПАР, Кенія, Уганда, Бангладеш, заборонили використання тонких пластикових пакетів, а деякі (Руанда, Сомалі, Танзанія) ввели радикальнішу заборону на використання будь-яких пластикових пакетів. Ірландія в 2002 році ввела податок в розмірі 15 євроцентів за пакет, її прикладом скористалися Бельгія, Швейцарія, Німеччина, Іспанія, Норвегія та Нідерланди, а Уельс, окрім податку, ввів ще штраф для власників крамничок, котрі продовжують видавати пластикові пакети безкоштовно.

Перед використанням пластикових предметів обов’язково вивчіть їхнє марковання. На харчовому пластику зображені «склянка та виделка», а також може бути написано, для яких саме продуктів його можна використовувати

Способи переробки пластику

 Машина за допомогою піролізу в реакторі з киплячим шаром при температурі близько 500 ° С і без доступу кисню розкладає шматки пластмасового сміття, при цьому багато полімерів розпадаються на вихідні мономери. Далі суміш розділяється перегонкою. Кінцевим продуктом переробки є віск, стирол, терефталева кислота, метилметакрилат і вуглець, які є сировиною для легкої промисловості.

Також є спосіб, застосовуваний багатьох розвинених країнах, - хімічна переробка полімерів. У результаті такої переробки можуть бути отримані низькомолекулярні або олігомерні продукти, які використовуються у лакофарбової промисловості.

Є механічна переробка пластику, в результаті якої одержують все той же пластик, але низької якості. Вторинний пластик змішують із первинним, його використовують в якості наповнювача, але виготовлення з нього харчової упаковки заборонено.

Пластики на основі фенольних смол, а також полістирол і поліхлорований біфеніл можуть розкладатися грибками білої гнилі. Однак для утилізації відходів цей спосіб є комерційно неефективним - процес руйнування пластику на основі фенольних смол може тривати багато місяців.

Маркування пластиків.

Для створення умов для утилізації пластикових предметів одноразового використання в 1988 році Співтовариством Пластикової індустрії (The Society of the Plastics Industry, Inc.) була запроваджена система з ідентифікаційними кодами для маркування всіх видів пластмас. Маркування містить три стрілки у формі трикутника, всередині якого поміщена цифра, що означає тип пластика: 

PET або PETE — поліетилентерефталат. Зазвичай використовується для виробництва тари для мінеральної води, безалкогольних напоїв і фруктових соків, блістерних упакувань, оббивки. Такі пластики є потенційно небезпечними для харчового використання. 

PEHD або HDPE — поліетилен високої щільності. Використовується для виробництва водо- та газопровідних труб, пляшок, фляг, напівжорсткого упакування. Вважається безпечними для харчового використання. 

ПВХ або PVC — полівінілхлорид. Використовується для виробництва труб, садових меблів, покриттів підлоги, віконних профілів, жалюзі, тари для миючих засобів. Матеріал є потенційно небезпечним для харчового використання, оскільки може містити діоксини, бісфенол А, ртуть, кадмій. 

LDPE і PELD — поліетилен низької щільності. Виробництво брезентів, мішків для сміття, пакетів, плівки та гнучких ємкостей. Вважається безпечними для харчового використання. 

PP — поліпропілен. Використовується в автомобільній промисловості (обладнання, бампери), або при виготовленні іграшок, а також в харчовій промисловості, в основному при виготовленні упакувань. Вважається безпечними для харчового використання. 

PS — полістирол. Використовується при виготовленні плит теплоізоляції будівель, упакувань харчових продуктів, столових приладь і посуду, коробок для компакт-дисків та інших упакувань. Матеріал є потенційно небезпечним, особливо у випадку горіння, оскільки містить стирол. 

OTHER або О — інші. До цієї групи відноситься інший пластик, котрий не може бути включений у попередні групи. В основному це полікарбонат. Полікарбонат не є токсичним для навколишнього середовища, але може містити небезпечний для людини бісфенол А. Використовується для виготовлення твердих прозорих виробів.

1. Первинне застосування одержаних знань.

Тести

2. Підбиття підсумків уроку

Оцінити роботу учнів

3. Домашнє завдання

Опрацювати вивчений матеріал, творче завдання: підготувати повідомлення “Синтетичні каучуки”.