Transcript מצגת בנושא פולימרים 2

‫פולימרים ‪2‬‬
‫פולימרים סינטטיים‬
‫נושאי השיעור‬
‫פילמור בדחיסה‬
‫מסה מולרית ודרגת פילמור‬
‫‪By ronnieb‬‬
‫‪By jeltovski‬‬
‫‪By missyredboots‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ .II‬פילמור בדחיסה‬
‫עקרון הדחיסה‬
‫המונומרים מכילים לפחות שתי קבוצות פונקציונליות‪.‬‬
‫הפולימר נוצר בעקבות תגובת דחיסה בין הקבוצות הפונקציונליות של המונומרים‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫תגובות דחיסה‬
‫יצירת אסטר ואמיד‬
‫א‪ .‬איסטור ‪ -‬תגובה בין חומצה קרבוקסילית לבין כוהל‪ .‬מתקבלים אסטר ומים‪.‬‬
‫ב‪ .‬יצירת אמיד ‪ -‬תגובה בין אמין וחומצה קרבוקסילית‪ .‬מתקבלים אמיד ומים‪.‬‬
‫או תגובה בין אמין להליד של חומצה‪ .‬מתקבלים אמיד וחומצה‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫פילמור בדחיסה‪ ,‬א‪ .‬קבלת פוליאסטר‬
‫ניסוח פילמור בדחיסה‪:‬‬
‫א‪ .‬תגובה לקבלת פוליאסטר מדו‪-‬כוהל ודו‪-‬חומצה (שני סוגי מונומרים‪ ,‬בסביבה חומצית)‪:‬‬
‫כאשר נשתמש בדו‪-‬הליד של חומצה במקום בדו‪-‬חומצה‪ ,‬נקבל פולימר זהה‪ ,‬אך במקום מים‬
‫ייפלט מימן כלורי במהלך הפילמור‪.‬‬
‫‪+nHCl‬‬
‫ב‪ .‬קבלת פוליאסטר ממונומר אחד המכיל קבוצה אחת כוהלית והאחרת קרבוקסילית‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫שאלה ‪1‬‬
‫פוליאתילן טרפתאלט )‪ ,(PET‬המשמש ליצירת סיבים להכנת בדים וגם לייצור בקבוקים‬
‫למשקאות‪ ,‬הוא פולימר דחיסה‪ .‬נתון קטע פולימר‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪-C-O-CH2-CH2-O-]n‬‬
‫רשמו את נוסחת המונומרים שהוא נוצר מהם‪.‬‬
‫‪O‬‬
‫‪[-C-‬‬
‫‪5‬‬
‫שאלה ‪1‬‬
‫פוליאתילן טרפתאלט )‪ (PET‬המשמש ליצירת סיבים להכנת בדים וגם לייצור בקבוקים‬
‫למשקאות הוא פולימר דחיסה‪ .‬נתון קטע פולימר‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪-C-O-CH2-CH2-O-]n‬‬
‫רשמו את נוסחת המונומרים שהוא נוצר מהם‪.‬‬
‫‪O‬‬
‫‪[-C-‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫נוסחאות המונומרים‪:‬‬
‫‪6‬‬
‫שאלה ‪2‬‬
‫נתון המונומר‪HOOC-CH2CH2CH2-OH :‬‬
‫נסחו את תגובת הפילמור שלו‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫שאלה ‪2‬‬
‫נתון המונומר‪HOOC-CH2CH2CH2-OH :‬‬
‫נסחו את תגובת הפילמור שלו‪.‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫‪8‬‬
‫ב‪ .‬קבלת פוליאמיד‬
‫פוליאמיד יתקבל משני סוגי מונומרים‪ :‬דו‪-‬חומצה ודו‪-‬אמין‪ ,‬או ממונומר אחד‪ ,‬שמצד אחד יהיה‬
‫בעל חומצה קרבוקסילית ובצד האחר בעל קבוצה אמינית‪.‬‬
‫דוגמה‪ :‬ניילון ‪ 6,6‬המופק מהקסאמתילן דו‪-‬אמין וחומצה אדיפית‪.‬‬
‫‪[-HN-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n‬‬
‫‪9‬‬
‫שאלה ‪3‬‬
‫רשמו את נוסחאות המונומרים שמהם נוצר ניילון ‪6,6‬‬
‫‪[-HN-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n‬‬
‫‪10‬‬
‫תשובה לשאלה ‪3‬‬
‫רשמו את נוסחאות המונומרים שמהם נוצר ניילון ‪6,6‬‬
‫‪[-HN-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫‪HOOC-(CH2)4-COOH‬‬
‫‪H2N-(CH2-)6NH2‬‬
‫‪11‬‬
‫סיכום – פילמור בדחיסה והידרוליזה‬
‫זה פילמור בשלבים‪ .‬בתחילה‪ ,‬בהינתן התנאים המתאימים‪ ,‬המונומרים מגיבים לתת‪-‬‬
‫דימרים וטרימרים‪ ,‬ואח"כ האחרונים‪ ,‬ביתר אטיות‪ ,‬מתחברים לשרשרות ארוכות יותר‪.‬‬
‫השדרה של הפולימר מכיל גם אטומי חמצן וחנקן‪.‬‬
‫נוסף על אטומי פחמן‪ ,‬עמוד ִ‬
‫הפולימרים מגיבים גם בתהליכי הידרוליזה‪ .‬התהליך ִאטי מפני שהגישה לקבוצות‬
‫הפונקציונליות קשה‪.‬‬
‫הידרוליזה של פולימר דחיסה‬
‫הידרוליזה היא פירוק הקשרים האסטרים והאמידים אגב התחברות מולקולות מים‪.‬‬
‫הידרוליזה היא התגובה ההפוכה לפילמור‪.‬‬
‫בהידרוליזה מלאה יתפרק הפולימר למונומרים שלו‪.‬‬
‫ההידרוליזה תבוצע בסביבה חומצית ובחימום‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫הידרוליזה‪ ,‬שאלה ‪4‬‬
‫נסחו את תהליך ההידרוליזה של ניילון ‪: 6,6‬‬
‫‪[-HN-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n‬‬
‫‪13‬‬
‫תשובה לשאלה ‪4‬‬
‫נסחו את תהליך ההידרוליזה של ניילון ‪: 6,6‬‬
‫‪[-HN-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]n‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫חימום‬
‫‪n H2N-(CH2-)6NH2 + n HOOC-(CH2)4-COOH‬‬
‫‪14‬‬
‫דרגת פילמור ומסה מולרית ממוצעת‬
‫דרגת פילמור ‪DP -‬‬
‫דרגת פילמור‪ DP -‬היא מספר היחידות החוזרות בשרשרת הפולימר‪.‬‬
‫לפולימרים השונים בכל שיטות הפילמור יש שרשרות בעלות אורך שונה‪ .‬לכן אפשר‬
‫לייחס לכל פולימר אורך שרשרות ממוצע ומסה מולרית ממוצעת‪.‬‬
‫דרגת פילמור ממוצעת ‪DP -‬‬
‫המספר הממוצע של היחידות החוזרות היוצרות את שרשרות הפולימר במדגם נתון‪.‬‬
‫חומר ייחשב לפולימר כאשר דרגת הפילמור שלו גדולה מ‪.50 -‬‬
‫דוגמה‪ :‬נוסחת פוליאתילן בדרגת פילמור ‪: 50‬‬
‫‪CH3(-CH2-CH2-)49CH3‬‬
‫מסה מולרית ממוצעת ‪M -‬‬
‫אפשר לתאר את אורך שרשרות הפולימר בעזרת המסה המולרית הממוצעת‪.‬‬
‫המסה המולרית הרצויה של פולימר תיקבע לפי השימוש המיועד לו‪ ,‬כי היא‬
‫משפיעה על תכונות הפולימר (לסיבים ‪ -‬מסה מולרית גבוהה ואילו לדבקים ‪ -‬מסה‬
‫מולרית נמוכה)‪.‬‬
‫ההתפלגות של אורך השרשרות סביב האורך הממוצע יכולה להיות צרה או רחבה‪.‬‬
‫אם רוצים פולימר בעל תכונות מוגדרות‪ ,‬רצוי שההתפלגות תהיה צרה‪.‬‬
‫‪15‬‬
‫שאלה ‪ , 5‬חישוב דרגת פילמור ומסה מולרית‬
‫מכינים את הפולימר‪ ,‬פרספקס‪ ,‬מן המונומר מתיל מתאקרילאט‪-‬‬
‫היזם בתהליך הוא בנזואיל פרוקסיד‪-‬‬
‫‪.CH2=C(CH3)COOCH3‬‬
‫‪.C6H5-CO-O-O-OC-C6H5‬‬
‫הכניסו לתגובה ‪ 5‬גרם מונומר ו‪ 0.1 -‬גרם יזם‪.‬‬
‫חשבו את דרגת הפילמור של הפולימר המתקבל ואת המסה המולרית שלו‪.‬‬
‫הערה‪ :‬כל מולקולת יזם מתפרקת לשניים‪ ,‬ומתחיל פילמור של שתי שרשרות‪ .‬לכן מספר‬
‫מולי השרשרות יהיה כפול ממספר מולי היזם‪( .‬מאחר שלפעמים השרשרות מתחברות זו‬
‫לזו‪ ,‬קצה צומח לקצה צומח‪ ,‬בתשובה מניחים שמספר השרשרות שווה למספר מולקולות‬
‫היזם)‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫תשובה לשאלה ‪5‬‬
‫מכינים את הפולימר‪ ,‬פרספקס‪ ,‬מן המונומר מתיל מתאקרילאט‪-‬‬
‫היזם בתהליך הוא בנזואיל פרוקסיד‪.C6H5-CO-O-O-OC-C6H5 -‬‬
‫הכניסו לתגובה ‪ 5‬גרם מונומר ו‪ 0.1 -‬גרם יזם‪.‬‬
‫חשבו את דרגת הפילמור של הפולימר המתקבל ואת המסה המולרית שלו‪.‬‬
‫‪.CH2=C(CH3)COOCH3‬‬
‫‪17‬‬
‫השוואה בין פולימר סיפוח לפולימר דחיסה‬
‫לפולימר דחיסה‬
‫פולימר סיפוח‬
‫המונומר מכיל קשר כפול אחד לפחות‪.‬‬
‫המונומרים מכילים לפחות שתי קבוצות פונקציונליות‪.‬‬
‫תנאי התגובה ‪ -‬יזם או זרז וחימום‪.‬‬
‫תנאי התגובה – זרז )‪ (H3O+‬וחימום‪.‬‬
‫השרשרות ישרות ומסועפות‪.‬‬
‫השרשרות ישרות‪.‬‬
‫פילמור בשרשרת‪.‬‬
‫פילמור בשלבים‪.‬‬
‫בעמוד השדרה רק אטומי פחמן‪.‬‬
‫בעמוד השדרה פחמן‪ ,‬חמצן וחנקן‪.‬‬
‫דרגת הפילמור הממוצעת נקבעת על ידי כמות‬
‫דרגת הפילמור תקבע על ידי כמות המולקולות בעלות‬
‫היזם‪ ,‬כמות המונומר ותנאי הפילמור‪.‬‬
‫קבוצה פונקציונלית אחת שמוסיפים למונומרים‪.‬‬
‫אפשר להגיע לדרגות פילמור גבוהות‬
‫אי אפשר להגיע לדרגות פילמור גבוהות‪ .‬לרוב‪,‬‬
‫והתפלגות מסה צרה‪.‬‬
‫ההתפלגות של המסה המולרית רחבה‪.‬‬
‫כל מונומר תורם לאורך שני קשרי ‪.C-C‬‬
‫אין מספר קבוע של קשרים שהמונומר תורם‪.‬‬
‫(בוטדיאן ‪.)4 -‬‬
‫הרכב האטומים ביחידה החוזרת זהה להרכב‬
‫הרכב האטומים ביחידה החוזרת אינו זהה להרכב‬
‫במונומר‪.‬‬
‫במונומר‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫קופולימרים‬
‫קופולימר הוא פולימר ששרשרותיו בנויות מסוגים שונים של מונומרים‪ .‬יש שני סוגי‬
‫קופולימרים‪.‬‬
‫בשרשרות של פולימרים אלו‬
‫מופיעים מונומרים שונים בלא‬
‫סדר מוגדר‪.‬‬
‫הכנה ‪ -‬פילמור אקראי של‬
‫מונומרים שונים מתוך‬
‫תערובת‪.‬‬
‫אין יחידה חוזרת קבועה‪.‬‬
‫‪ABAABBBAAAB‬‬
‫‪19‬‬
‫שאלה ‪6‬‬
‫לפניכם קטעים מייצגים של ארבעה פולימרים‪:‬‬
‫א‪ .‬ציינו אילו פולימרים נוצרו על ידי דחיסה ואילו על ידי סיפוח‪.‬‬
‫ב‪ .‬רשמו נוסחה למונומרים המרכיבים אותם‪.‬‬
‫ג‪ .‬ביצעו שני ניסויים עם פולימר ‪:1‬‬
‫בניסוי הראשון הכניסו נוסף על המונומרים מעט ‪. CH3CH2COOH‬‬
‫בניסוי השני הכניסו נוסף על המונומרים כמות גדולה של ‪. CH3CH2COOH‬‬
‫מה יהיה ההבדל בין תוצרי הפילמור בשני הניסויים? נמקו‪.‬‬
‫‪20‬‬
‫תשובה לשאלה ‪6‬‬
‫לפניכם קטעים מייצגים של ארבעה פולימרים‪:‬‬
‫א‪ .‬ציינו אילו פולימרים נוצרו על ידי דחיסה ואילו על ידי סיפוח‪.‬‬
‫ב‪ .‬רשמו נוסחה למונומרים המרכיבים אותם‪.‬‬
‫ג‪ .‬ביצעו שני ניסויים עם פולימר ‪:1‬‬
‫בניסוי הראשון הכניסו נוסף על המונומרים מעט ‪. CH3CH2COOH‬‬
‫בניסוי השני הכניסו נוסף על המונומרים כמות גדולה של ‪. CH3CH2COOH‬‬
‫מה יהיה ההבדל בין תוצרי הפילמור בשני הניסויים? נמקו‪.‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫א‪ II .‬ו‪ III -‬פולימרים של סיפוח‪ I ,‬ו‪ IV -‬פולימרים של דחיסה‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫ג‪ .‬ההבדל יהיה באורך השרשרות‪ ,‬כי הוכנסו מולקולות בעלות קבוצה פונקציונלית אחת בלבד‪ .‬בכל‬
‫פעם שמולקולה כזו נקשרת‪ ,‬היא סוגרת את השרשרת‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫שאלה מבגרות קיץ ‪1986‬‬
‫שאלה ‪2‬א‪-‬ד‪:‬‬
‫לצורך קבלת פוליאסטר מסוים‪ ,‬ערבבו מספר מולים שווה של‪:‬‬
‫‪ -1,3‬פרופאן‪-‬דיאול ‪ HOCH2CH2CH2OH‬ו‪ -‬אדיפיל כלורי ‪Cl-CO-(CH2)4-CO-Cl‬‬
‫א‪ .‬רשום ניסוח לתגובה שבין שני המונומרים לקבלת דימר‪.‬‬
‫ב‪ .‬רשום את נוסחת היחידה החוזרת של הפולימר שהתקבל‪.‬‬
‫נמצא כי לא כל שרשרות הפולימר שהתקבלו זהות זו לזו בקבוצות הקצה‪.‬‬
‫ג‪ .‬רשום את נוסחות שני הקצוות של כל אחת מן השרשרות האפשריות‪.‬‬
‫אפשר לפרק את הפולימר בהידרוליזה‪.‬‬
‫ד‪ .‬רשום נוסחות בעבור התוצרים העיקריים של תגובת הידרוליזה מלאה‪.‬‬
‫‪22‬‬
‫תשובה לשאלה ‪2‬א'‪-‬ד' מבגרות קיץ ‪1986‬‬
‫לצורך קבלת פוליאסטר מסוים‪ ,‬ערבבו מספר מולים שווה של‪:‬‬
‫‪ -1,3‬פרופאן‪-‬דיאול ‪ HOCH2CH2CH2OH‬ו‪ -‬אדיפיל כלורי ‪Cl-CO-(CH2)4-CO-Cl‬‬
‫א‪ .‬רשום ניסוח לתגובה שבין שני המונומרים לקבלת דימר‪.‬‬
‫ב‪ .‬רשום את נוסחת היחידה החוזרת של הפולימר שהתקבל‪.‬‬
‫נמצא כי לא כל שרשרות הפולימר שהתקבלו זהות זו לזו בקבוצות הקצה‪.‬‬
‫ג‪ .‬רשום את נוסחות שני הקצוות של כל אחת מהשרשרות האפשריות‪.‬‬
‫אפשר לפרק את הפולימר בהידרוליזה‪.‬‬
‫ד‪ .‬רשום נוסחות בעבור התוצרים העיקריים של תגובת הידרוליזה מלאה‪.‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫א‪ .‬התגובה לקבלת דימר‪:‬‬
‫‪HOCH2CH2CH2OH + Cl-CO-(CH2)4-CO-Cl  HOCH2CH2CH2O-CO-(CH2)4-CO-Cl‬‬
‫ב‪ .‬היחידה החוזרת‪–[O-CH2CH2CH2O-CO-(CH2)4-CO]- :‬‬
‫ג‪ .‬קצה אחד‪ , -OH :‬הקצה האחר‪-Cl :‬‬
‫ד‪ .‬התוצרים העיקריים בתגובת ההידרוליזה הם‪:‬‬
‫‪ CH2OHCH2CH2OH‬ו‪HOOC-(CH2)4-COOH -‬‬
‫‪23‬‬
‫שאלה מבגרות קיץ ‪1986‬‬
‫שאלה ‪2‬ה'‪-‬ז'‪:‬‬
‫כדי למצוא מסה מולרית ממוצעת של שרשרות הפולימר‪ ,‬נלקח ממנו מדגם של ‪ 10‬גרם‪,‬‬
‫ונערכה לו הידרוליזה מלאה‪ .‬בדיקה של תוצרי ההידרוליזה הצביעה על הימצאות של‬
‫‪ 1.47x10-3‬מול אטומי כלור‪.‬‬
‫ה‪ .‬כמה מולים של שרשרות היו במדגם שנלקח?‬
‫ו‪ .‬חשב את המסה המולרית הממוצעת של הפולימר‪.‬‬
‫ז‪ .‬כמה פעמים נמצאת היחידה החוזרת בשרשרת ממוצעת? (מהי דרגת הפילמור?)‬
‫*תזכורת‪ :‬היחידה החוזרת של הפולימר‪–[O-CH2CH2CH2O-CO-(CH2)4-CO]- :‬‬
‫‪24‬‬
‫שאלה מבגרות קיץ ‪1986‬‬
‫שאלה ‪2‬ה'‪-‬ז'‪:‬‬
‫כדי למצוא מסה מולרית ממוצעת של שרשרות הפולימר‪ ,‬נלקח ממנו מדגם של ‪ 10‬גרם‪,‬‬
‫ונערכה לו הידרוליזה מלאה‪ .‬בדיקה של תוצרי ההידרוליזה הצביעה על הימצאות של‬
‫‪ 1.47x10-3‬מול אטומי כלור‪.‬‬
‫ה‪ .‬כמה מולים של שרשרות היו במדגם שנלקח?‬
‫ו‪ .‬חשב את המסה המולרית הממוצעת של הפולימר‪.‬‬
‫ז‪ .‬כמה פעמים נמצאת היחידה החוזרת בשרשרת ממוצעת? (מהי דרגת הפילמור?)‬
‫*תזכורת‪ :‬היחידה החוזרת של הפולימר‪–[O-CH2CH2CH2O-CO-(CH2)4-CO]- :‬‬
‫תשובה‪:‬‬
‫ה‪ .‬בכל קצה שרשרת יש אטום כלור ‪ Cl‬אחד‪ ,‬לכן מספר מולי השרשרות כמספר מולי הכלור‪,‬‬
‫והוא‪ 1.47x10-3 :‬מול (‪ 0.0047‬מול)‪.‬‬
‫ו‪.‬‬
‫‪10 / 0.00147 = 6802.7 gr/mol‬‬
‫‪Mw = m / n ‬‬
‫ז‪ .‬מסה מולרית של יחידה חוזרת היא‪186 gr/mol :‬‬
‫מספר הפעמים הממוצע של היחידה החוזרת בשרשרת (‪ )DP‬הוא‪6802.7/186 = :‬‬
‫‪36.57‬‬
‫‪25‬‬
‫סיכום‬
‫יש שתי שיטות להכנת פולימרים‪ :‬סיפוח ודחיסה‪.‬‬
‫מכינים פולימרים של דחיסה ממונומרים בעלי שתי קבוצות פונקציונליות שיכולים ליצור‬
‫קשרים אסטריים או אמידיים‪.‬‬
‫לפולימרים השונים בכל שיטות הפילמור יש שרשרות בעלות אורך שונה‪.‬‬
‫לכל פולימר מייחסים אורך שרשרות ממוצע‪ ,‬דרגת פילמור (מספר מונומרים לשרשרת)‬
‫ממוצעת ומסה מולרית ממוצעת‪.‬‬
‫מושגים חשובים‪:‬‬
‫פילמור בדחיסה‪ ,‬פוליאסטר‪ ,‬פוליאמיד‪ ,‬הידרוליזה של קשר אסטרי ואמידי‪ ,‬דרגת‬
‫פילמור )‪ , (DP‬מסה מולרית ממוצעת‪ ,‬קופולימר אקראי‪.‬‬
‫‪26‬‬