Поняття про полімери на прикладі поліетилену. 9-й клас

Полімери вже давно стали невід’ємним компонентом нашого життя. Один із найвідоміших полімерів є поліетилен. Він просто незамінний у сучасному господарстві. Та чи безпечним є його використання?

Широко простягає хімія руки свої у справи людські…

Куди не подивимось, куди не оглянемось, скрізь постають перед очима нашими успіхи її старанності.

М. В. Ломоносов

 

Мета: ознайомити учнів із новим типом хімічних реакцій — реакціями полімеризації та властивостями полімерів; показати зразки виробів із поліетилену, його хімічні та фізичні властивості; пояснити при- чини широкого використання полімерів у народному господарстві; розвивати критичне мислення; вирішу- вати проблемні питання, шукати логічні пояснення, прогнозувати результат, робити висновки, доводити власну думку; обговорювати переваги та недоліки окремих видів полімерів і проблеми утилізації від- ходів полімерних матеріалів; виховувати екологічну культуру та дбайливе ставлення до природи.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: комп’ютер, мультимедійна презентація, колекція виробів із полімерних матеріалів, картки для вправ, реактиви та обладнання для лабораторного досліду.

Хід уроку

І. Організаційний момент

Учитель повідомляє тему й мету уроку, звертає увагу учнів на епіграф, наголошує, що це проблемне питання, твердження, яке вони повинні довести або спростувати наприкінці уроку.

ІІ. Перевірка домашнього завдання

Вправа «Третій зайвий»

Учень вибирає зайвий елемент та пояснює свій вибір. Вправу виконують біля дошки.

1. С2 Н4, С4Н8, С3Н8
Бромна вода, вапняна вода; розчин калій перманганату.

2. СН2=СН2, СН3-СН3, СН3=СН3
3. Етилен, ацетилен, етин.

Вправа «Незакінчені речення»
Учні виконують вправу письмово на картках правильні відповіді. Діти перевіряють, обмінюючись картками, виставляють  бали.

Вправа.

 

  1. Під час термічного розкладання алканів утворюються речовини…
  2. Загальна формула алканів.
  3. 2С2Н2 +5О2 →
  4. С2Н4 + Н2 →
  5. Якісними реакціями для ненасичених  вуглеводнів є…
  6. Загальна формула алкінів.
  7.  С2Н4 + Br2 →
  8. Реакція приєднання  водню  до ненасичених вуглеводнів називають…
  9. Структурна формула пропіну

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Учитель. Молекули етилену можуть не лише приєднувати молекули інших речовин, а й багато- разово сполучатися між собою. Утворюється одна велика молекула — макромолекула. Така реакція відбувається за певних умов: нагрівання, збільшення тиску, наявності каталізатора. Реакції такого типу на- зивають реакціями полімеризації. Продукти реакції полімеризації називають полімерами (від грец. «по- лімерес» — той, що складається з багатьох частин), у них багато разів повторюється той самий фрагмент.

З’ясуймо історію розвитку полімеризації.

(Учень читає заздалегідь підготовлене повідомлення)

Термін «полімери» ввів у науку шведський учений і мінеролог Йонес Якоб Берцеліус (1779—1848 рр.) у 1833 р. Каучук уперше вияв Колумб в індіанців Гаїті, які грали в м’яч, зроблений із соку дерева. Мешканцям Південно-Східної Азії він був відомий ще раніше, ніж європейцям, вони добували цей сік і обмазували їм свої кошики та глечики, щоб зробити їх водо- непроникними. Каучук можна добувати з багатьох рослин, але найбільше його міститься в тропічних видах, що ростуть лише поблизу екватора. Тому в Європі позаминулого століття він був дуже дорогий, а виробленої на його основі гуми, яку спочатку використовували лише для виготовлення підв’язок і підтяжок, було потрібно дедалі більше. Спроби створити синтетичний каучук і привели до відкриття механізму полімеризації. Автором принципово нового уявлення про поліме- ри як про речовини, що складаються з макромолекул, часточок надзвичайно великої молекулярної маси, був Г. Штаудінгер. Перемога ідей цього вченого при- мусила науковий світ розглядати полімери як якісно новий об’єкт дослідження хімії й фізики. На початку 1950-х рр. німецький хімік Карл Циґлер з’ясував, що каталізатори на основі алюміній алкінів та тетрахлориду титану дають змогу полімеризувати етен у поліетилен уже за кімнатної температури. До цього етен полімеризували за високого тиску в ста- левих автоклавах. Добутий таким чином поліетилен мав інші властивості та вищий ступінь упорядкуван- ня. Італійський учений Джуліо Натта, спираючись наробити Циґлера, розробив таку саму методику виробництва поліпропілену. Циґлер і Натта в 1963 ро- ці отримали за свої роботи Нобелівську премію.

Учитель. Розгляньмо полімеризацію на прикладі етилену.

Запис на дошці:

СН2 = СН2 + СН2 = СН2 +… + – СН2 – СН2 – +

+ – СН2 – СН2 – +… → – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – …

На схемі видно, що кратний зв’язок вивільняється для сполучення з двома такими самими частинками. У такий спосіб можуть сполучатися десятки й сотні тисяч молекул етилену. Такий полімер називають по- ліетиленом. Вироби з нього вам усім відомі. (Формули записують на дошці.)

 

На схемі видно, що кратний зв’язок вивільняється для сполучення з двома такими самими частинками. У такий спосіб можуть сполучатися десятки й сотні тисяч молекул етилену. Такий полімер називають по- ліетиленом. Вироби з нього вам усім відомі. (Формули записують на дошці.)

СН2 = СН2 — мономер, вихідна речовина — вуглеводень, із якого синтезується полімер.

(—СН2 — СН2 —)— полімер — молекула, що утворюється в результаті полімеризації манганату.

(—СН   — СН   —) — елементарна ланка —  повторювана частина молекули полімеру.
n — ступінь полімеризації — кількість елементарних ланок у молекулі полімеру, що дорівнює числу молекул мономера.

Щоб краще ознайомитися з полімерами, виконаймо лабораторний дослід. (Учні працюють у зошитах для лабораторних і практичних робіт, записують спостереження та висновки.)

Лабораторний дослід 7. Ознайомлення зі зразками виробів із поліетилену

Мета: ознайомитись із властивостями поліетилену на прикладі виробів із нього.

Техніка безпеки. Повторення основних правил поводження з кислотами, лугами, нагрівними приладами.

Обладнання: штатив із пробірками, пінцет, спиртівка.

Реактиви: натрій гідроксид, розведена сульфатна кислота, розчин калій перманганату.

Дослідження властивостей поліетилену

1. Випробуйте зразки поліетиленових в робів на дотик, пластичність, міцність.

2. Демонстрація

• Реакція на дію температур. Обережно нагріти скляну паличку й торкнутись нею поліетиленової плівки.

• Спалити шматочок поліетиленової плівки в полум’ї спиртівки.

• Визначення густини поліетилену за водою, його розчинності у воді.

• Реакція з розчином калій перманганату.

• Реакція з розчинами сульфатної кислоти.

• Реакція з розчинами натрій гідроксиду.

За кожним пунктом плану учні роблять і й хімічні властивості поліетилену й записують їх у зошит.


Учитель. Отже, які властивості має поліетилен?
1. Поліетилен — твердий, білого кольору або прозорий, масний на дотик матеріал.
2. Під час нагрівання плавиться і зберігає надану форму, термопластичний.
3. Горить блакитним полум’ям на повітрі.
4. Поліетилен легший за воду і не розчиняється в ній.
5. Не взаємодіє з кислотами, лугами, окисниками.

На основі вивченого та спостережень ознайоммося із практичним використанням виробів із поліетилену в різних галузях господарства.
(Учитель показує презентацію про вироби з полімерів.)

Вправа «Проблемне питання: за чи проти» (робота в групах)
Учитель. Об’єднаймося в три групи. Кожна група отримає різні вироби з поліетилену та короткі характеристики до них .

1. Поліетилентерефталат (PETE/PET)

Найпоширеніший вид пластмас. У пляшки, що виготовляються з поліетилентерефталату, розливають різні напої (соки, води), соняшникову олію, кетчупи, майонез, косметичні засоби. Переваги: низька ціна, міцність, безпечність. Недоліки: низькі бар’єрні властивості (у пляшку легко проникають ультрафіолет і кисень; вуглекислий газ, що міститься в охолодних напоях, також відносно легко проходить крізь стінки). Небезпека для здоров’я та довкілля. Офіційно вважається, що поліетилентерефталатові пляшки безпечні для здоров’я. Тим не менш, є інформація, що вміст пляшок може вилуговувати отруйну сурму зі стінок пляшок (особливо в разі нагрівання). Ця інформація ще потребує перевірки. Поки PETE вважається одним із найбезпечніших видів пластмас. Тим не менш лікарі не рекомендують багаторазово використовувати PETE- пляшки, тому що в побуті їх важко промити достатньо добре, позбувшись від усіх мікроорганізмів. Переробка. Переробка здійснюється механічно (подрібнення) і фізико-хімічно. Із продуктів переробки можна виготовляти широкий асортимент різної продукції, зокрема і пластикові пляшки.

2. Поліетилен високої щільності (HDPE)

Із поліетилену високої щільності виготовляються флакони для шампунів, косметичних і мийних засобів, каністри для моторних мастил, одноразовий посуд, посудини для продуктів харчування, контейнери для заморожування продуктів, іграшки, ковпачки та кришки для пляшок та флаконів, міцні господарські сумки, фасувальні пакети та ящики. Переваги: дешевизна, безпечність, міцність, легкість переробки, стійкість до жирів, кислот, лугів та інших агресивних речовин, HDPE-тара може піддаватися термічній стерилізації. Має досить висо- кий температурний діапазон експлуатації — від –80°С до +110°С. Недоліки: HDPE-вироби, як і PETE-вироби, вважаються безпечними для здоров’я людини, але завдають шкоди довкіллю. Переробка: HDPE-сміття дробиться на спеціаль- них установках, після чого гранули знову переплав- ляються в різні вироби.

3. Полівінілхлорид (PVC / V)

Полівінілхлорид, він же ПВХ, вініл застосовуєть- ся для виготовлення лінолеуму, віконних профілів, крайки меблів, упаковки побутової техніки, штучної шкіри, плівки для натяжних стель, сайдингу, труб, ізоляції проводів і кабелів, завіс для душу, обгорток для сиру та м’яса, пляшок для олій, а також деяких іграшок. Переваги: стійкість до кислот, лугів, розчинників і масел, бензину, гасу, хороший діелектрик, не горить. Недоліки: невеликий температурний діапазон екс- плуатації від –15°С до +65°С, важкість переробки, токсичність. Небезпека для здоров’я та довкілля. Це найотруй- ніший та найнебезпечний для здоров’я вид пластмас. Під час спалювання полівінілхлориду утворюються високотоксичні хлорорганічні сполуки, після десяти років служби вироби, виготовлені з ПВХ, починають самостійно виділяти в довкілля токсичні хлорорганічні сполуки. Найприкріше те, що для надання більшої гнучкості полівінілхлорид усе ще використовують для виготовлення дитячих іграшок. Існує інформація, що полівінілхлорид потрапляє в кров людини та викликає гормональні порушення, що призводять до раннього статевого дозрівання й безпліддя. Переробка: лиття під тиском, пресування, екструзія.

4. Поліетилен низької щільності (LDPE)

Із поліетилену низької щільності виготовляються пакувальні матеріали, пакети для супермаркетів, CD, DVD-диски. Переваги: дешевизна, легкість. Недоліки: низька рентабельність переробки. Небезпека для здоров’я та довкілля: офіційно вважається нешкідливим, незважаючи на те, що під час виробництва LDPE використовуються потенційно небезпечні для здоров’я бутан, бензол і вініловий ацетат. Переробка. Переробка низькорентабельна і зво- диться до подрібнення LDPE-виробів із дальшим гранулюванням. Масовість виробництва LDPE призводить до забруднення довкілля. LDPE-пакетами завалені вулиці міст і звалища, вони тоннами плавають у морях і океанах, спричиняючи загибель риб, птахів, морських черепах та інших тварин, які давляться ними й заплутуються в них. Багато міст світу повністю від- мовилися від використання поліетиленових пакетів.

5. Поліпропілен (PP)

Із поліпропілену виготовляють відра, посуд для гарячих страв, одноразові шприци, мішки для цукру, контейнери для заморожування продуктів, кришки для більшості пляшок, маслянки, упаковку деяких продуктів харчування; в будівництві використовується для шумо- ізоляції. Багато виробників побутової техніки викорис- товують поліпропілен для виробництва упаковки своєї продукції, відмовившись від отруйного полівінілхлориду. Переваги: термостійкість (температура плав- лення — 175°С), стійкість до зношування; більша теплостійкість, ніж у поліетилену. Недоліки: чутливий до світла та кисню, швидше старіє, ніж поліетилен; менша морозостійкість, ніж у поліетилену. Небезпека для здоров’я та довкілля. Вважається, що поліпропілен безпечний для здоров’я. Нещодавно група японських учених встановила, що дрібні час- тинки поліпропілену, які плавають у водах океану, абсорбують різні токсиканти, розчинні в морській воді, такі як ДДТ і поліхлорбіфеніли. Переробка: лиття під тиском, пресування, екс- трузія.

6. Полістирол (PS)

Із полістиролу виготовляють одноразовий посуд, контейнери для їжі, ванночки для йо- гуртів, дитячі іграшки, теплоізоляційні плити, сандвіч-панелі, декоративну плитку для стелі, пакувальні таці для продуктів харчування в су- пермаркетах, фасувальні коробки для яєць. Переваги: дешевизна, морозостійкість, легкість у переробці, хороший діелектрик. Недоліки: низька механічна міцність і хіміч- на нестійкість. Небезпека для здоров’я та довкілля. Раніше отримання полістиролу було пов’язане з виді- ленням трихлорфторметану (фреону), який руйнував озоновий шар Землі. Полістирол отримують у результаті полімеризації стиролу, який є канцерогеном. Переробка: екструдування з подальшим подрібненням і гранулюванням.


Перша група повинна з’ясувати переваги пластику, записати їх на картках та прикріпити в колонку «За» таблиці, що на дошці.
Чи справді полімери є такими ідеальними та безпечними? Про це нам розповість друга група учнів. Визначте недоліки полімерів, запишіть їх на картках та прикріпіть у колонку «Проти» на дошці.
(Орієнтовний висновок учнів.)
ЗА ПРОТИ

1. Дешевий.

2. Легкий.

3. За правильного користування міцний.
4. Хімічно стійкий.
5. Здебільшого термостійкий.
6. Діелектрик

ПРОТИ

1. Деякі виділяють небезпечні речовини.
2. Одноразове використання.
3. Довго розкладається (сотні років), небезпечні для здоров’я.
4. Не можна спалювати.
5. Є вироби з низьким температурним режимом експлуатації.
6. Є вироби, чутливі до світла та кисню.
7. Засмічують довкілля

Учитель. Третя група визначить, які з виробів є безпечними, а які — ні. Чи можна використовувати одноразові пакети та пляшки кілька разів? Як пра-
вильно утилізувати поліетилен?
(Усне повідомлення учнів про маркування на полімерних виробах і їх утилізацію.)
ІV. Узагальнення та систематизація знань
Учитель. Зваживши всі «за» та «проти », зробімо висновки про поліетилени, полімеризацію та використання цих речовин.
Вправа «Мікрофон»
1. Який вуглеводень є мономером поліетилену?
2. Назвіть фізичні характеристики поліетилену.
Назвіть властивості поліетилену, які зумовили його застосування як матеріалу для виготовлення:
а) обкладинок для зошитів і підручників;
б) штучних суглобів;
в) одноразових шприців;
г) кожухів, дротів;
г) одноразового посуду;
д) каністр для хімічних реактивів.

Який найраціональніший спосіб утилізації відходів поліетилену?
Назвіть прості буденні дії, які має виконувати кожна цивілізована людина, щоб зменшити забруднення довкілля відходами поліетилену?
V. Підбиття підсумків уроку
Учитель підбиває підсумок відповідно до мети уроку, звертає увагу учнів на епіграф уроку. Учні його аналізують, роблять висновок.
Учитель повідомляє оцінки.

VI. Повідомлення домашнього завдання
Опрацювати параграф підручника. Виконати вправи 1—43 на с;. 147—148. Завдання 4 виконати в парах.

Література

1. Хімія. 9 клас / І. Ю. Старовойтова, О. В. Люсай. — Харків : Вид. група «Основа», 2010. — 126 (2) с. — (Серія «Мій конспект»).
2. Хімія: підруч. для 9 кл. загальноосвіт. навч. закл. /
О. Г. Ярошенко. — Київ : Освіта, 2009.
3. Екологія життя [Електронний ресурс]. — Режим доступу : http://www.eco-live.com.ua/content/blogs/oberezhnoplastmasi.

Ірина ШУМЧУК, учитель хімії, біології ЗОШ І—ІІ ст. с. Кисилин, Локачинський р-н, Волинська обл.

газета Хімія. Шкільний світ № 2, 2017

Share This