Презентація «Каучуки та гума» з хімії для 10 класу

Попросіть учнів пригадати вироби, які відновлюють форму після розтягування. Поки не називайте матеріал. Запропонуйте перевірити здогадки за підказками на наступному слайді.

Відповіддю є каучук. Після розгадки назвіть тему уроку «Каучуки та гума». Попросіть клас визначити найкориснішу підказку. Назва «каучук» походить від індіанських слів «кау» (дерево) та «учу» (текти, плакати). Відносна молекулярна маса натурального каучуку сягає 500 000. Уточніть, що каучук і виготовлена з нього гума не цілком однакові.

Окресліть шлях уроку від мономера до готового виробу. Попросіть учнів стежити, як будова ланцюгів пов’язана з еластичністю. Зверніть увагу, що добування натурального й синтетичного каучуку відбувається по-різному.

Прочитайте результати як запитання до майбутньої самоперевірки. Наприкінці уроку учні мають не лише пригадати назву процесу, а й пояснити, що відбувається з ланцюгами. Типова помилка полягає в тому, щоб вважати сірку мономером каучуку.

Покажіть, що молекулярна формула ізопрену не описує цілу макромолекулу. У натуральному каучуку багато ланок із таким самим складом, тому у формулі полімеру стоїть індекс n. Зверніть увагу на подвійний зв’язок у ланці після полімеризації, його часто помилково не зображають.

Порівняйте чотири каучуки за походженням, мономером і властивістю або застосуванням. Натуральний каучук виділяють із латексу гевеї, синтетичний ізопреновий одержують полімеризацією ізопрену. Бутадієновий і синтетичний ізопреновий каучуки застосовують для виготовлення гумових виробів. Хлоропреновий каучук є світло- й термостійким.

Простежте разом з учнями послідовність у першому пункті. Під дією сили скручені макромолекули розкручуються, після припинення дії сили повертаються до попереднього стану. Розмежуйте нерозчинність у воді та розчинення у скипидарі. Температурні недоліки стосуються невулканізованого натурального каучуку.

Скручені макромолекули розкручуються, а згодом повертаються до попереднього стану. Дайте учням хвилину на пояснення в парах і попросіть одну пару відтворити послідовність для класу. Типова помилка полягає в припущенні, що під час звичайного розтягування руйнуються хімічні зв’язки ланцюга.

Порівняйте кількості Сульфуру в готових виробах. М’яка й напівтверда гуми еластичні, а ебоніт твердий і нееластичний. На схемі поруч показано, що під час вулканізації між полімерними ланцюгами виникають містки з атомів Сульфуру.

Поясніть, що співполімеризацією називають полімеризацію суміші двох або більше мономерів. Залишки кожного з них входять до полімерного ланцюга. Назва бутадієн-стиренового каучуку підказує його два мономери. Запропонуйте учням відрізнити цей спосіб від полімеризації одного бута-1,3-дієну.

Прослідкуйте разом з учнями п’ять атомів Карбону від мономера до структурної ланки. У загальному рівнянні n позначає кількість молекул мономера й ланок одного полімерного ланцюга. На схемі для наочності взято n = 3. Праворуч зображено один ланцюг із трьох ланок, а не три окремі молекули. У реальному каучуку ланок значно більше. Типова помилка полягає в тому, щоб загубити групу CH₃ або поставити її біля іншого атома Карбону.

Зіставте цей запис із полімеризацією ізопрену на попередньому слайді. У ланці бутадієнового каучуку немає групи CH₃. У загальному рівнянні коефіцієнт n відповідає кількості ланок одного ланцюга. На схемі показано приклад для n = 3, у реальному каучуку ланок значно більше. Технологія Лебедєва передбачала полімеризацію бута-1,3-дієну за участі металічного натрію. Ранній бутадієновий каучук поступався натуральному еластичністю через нерегулярну будову, а згодом каталізатори дали змогу одержувати регулярні каучуки.

У ланці поліізопрену є група CH₃, а в ланці полібутадієну її немає. Попросіть учнів показати цю групу на попередніх схемах і водночас знайти подвійний зв’язок в обох ланках. Типова помилка полягає в тому, щоб порівнювати лише кількість подвійних зв’язків і не помітити різницю в складі.

Покажіть на схемі фрагмент сітки з кількох ланцюгів і двома містками S–S. Це лише частина просторової будови гуми. М’яка гумка містить 3–4 % Сульфуру, автомобільна шина 5–6 %, а ебоніт утворюється за вмісту понад 30 % і не є еластичним. У підручнику вулканізацію описано як процес за помірного нагрівання, а серед розчинників каучуку названо скипидар. Не пропонуйте учням нагрівати каучук чи працювати з розчинниками самостійно. Типова помилка полягає в уявленні, що сірку лише змішують із каучуком без зшивання ланцюгів.

Протиставте збирання латексу гевеї промисловому синтезу каучуку з бута-1,3-дієну. Рівняння показує історичний спосіб одержання мономера з етанолу за участі каталізатора, після чого мономер полімеризують. Нині бута-1,3-дієн одержують із нехарчової сировини. Етанол не є мономером каучуку.

Корінні жителі Південної Америки виділяли каучук із соку гевеї вже у XVII столітті. Шарль Марі де ла Кондомін описав матеріал у 1751 році. Чарльз Гуд’їр винайшов вулканізацію у 1839 році. Синтетичний каучук за технологією Лебедєва почали виробляти в промислових масштабах у 1932 році. Попросіть учнів пояснити, чому саме вулканізація зробила каучук придатним для промисловості.

Запропонуйте учням пов’язати кожен виріб із потрібною властивістю матеріалу. Додавання сажі підвищує міцність гуми й зменшує її зношуваність, а також надає шинам чорного кольору. Ебоніт, на відміну від гуми для шин, не є еластичним.

Правильна відповідь є ізопрен, або 2-метилбута-1,3-дієн. Після вибору попросіть учнів назвати його формулу C₅H₈. Етанол використовували для одержання бута-1,3-дієну, але він не є мономером каучуку.

Правильна відповідь полягає в тому, що полімерні ланцюги зшиваються сіркою й утворюють просторову сітку. Попросіть учнів пояснити, як ця зміна пов’язана з міцністю гуми. Вулканізація не обмежується простим додаванням сірки.

Поверніться до очікуваних результатів і попросіть учнів коротко пояснити кожне твердження. Наголосіть на зв’язку між будовою ланцюгів, еластичністю та дією вулканізації. Якщо залишився час, попросіть назвати одну відмінність каучуку від гуми без підказки зі слайда.

Поясніть, що на малюнку ланки слід зберегти групу CH₃ і подвійний зв’язок. У письмовому поясненні вулканізації учні мають згадати зшивання ланцюгів сіркою та зміну властивостей. Два приклади застосування нехай супроводять назвою властивості, яка потрібна виробу.