Цели:
- Расширить знания учащихся о диеновых углеводородах
- Познакомить учащихся с различными видами каучуков
- Знать строение, свойства природного каучука
- Уметь записывать в общем, виде уравнения получения каучуков
- Познакомить учащихся с историей каучука, с проблемой синтеза каучука, с работами С.В.Лебедева
- Учить учащихся выделять главное, сравнивать, обобщать
- Дать наглядное представление о применении каучуков
Оборудование и реактивы:
коллекция «Каучуки», кусочки каучука, резина, линейки, спиртовки, бензол, раствор перманганата калия, детские резиновые игрушки, резиновые сапоги, калоши, шланги, медицинские грелки, жгуты, эбонитовые палочки, шарики, средства мультимедиа
План урока:
- Дело было…» или история открытия каучука
- «Из чего же, из чего же?» или строение каучуков
- «Спасибо Вам, Сергей Васильевич!»
- .«Какие же они разные! …» или классификация каучуков
- Свойства каучуков. Отличие каучука от резины
- «Исчезнет резина – заглохнет жизнь» или применение каучуков
В ходе лекции и на этапе первичного закрепления знаний по данной теме учащиеся работают с тетрадью на печатной основе, разработанной непосредственно к данному уроку Приложение1, а также в ходе урока используется презентация Приложение2
Ход урока
1. «Дело было…» или история открытия каучука
Давайте прочитаем древний медицинский трактат:
«Оно оказывает значительное целебное воздействие, укрепляет желудок, останавливает рвоту, возбуждает аппетит и очищает кровь; способствует кровообращению, благотворно влияет на легкие, дает избавление от кашля, смягчает боли в боку и уменьшает страдания больных чахоткой, ослабляет зубную боль и укрепляет десны, воспаленные от цинги».
Угадайте, что это за всесильное лекарство? И не пытайтесь – не догадаетесь, потому что это вообще не лекарство, а… КАУЧУК. Просто в то время, когда был написан этот трактат, об этом загадочном материале почти ничего не знали, а он не переставал удивлять людей.
Первым, кто очень удивился, был испанский адмирал знаменитый Христофор Колумб. Во время своего путешествия он остановился у острова Гаити и увидел, как индейцы играли в мяч. Вот этот-то мяч и удивил адмирала. На его родине тоже играли в мяч, но делали его из кожи и наполняли обрезками ткани и шерстью. Такой мяч не очень-то прыгал. А этот!!! Он был черный, большой, тяжелый. Но, ударяясь о землю, довольно высоко подскакивал в воздух. «Словно живой», - подумал Колумб. Откуда взялся этот мяч и материал из которого он сделан мореплавателю так и не удалось узнать.
Итак, происхождение вещества было окутано тайной. Позднее секрет был раскрыт. Это вещество оказалось соком, добываемым местными жителями из надрезов коры деревьев, который быстро твердел на воздухе. Это дерево Гевея. Когда на нем делают надрез, то оно как бы плачет. Поэтому сок и называют КАУЧУК от «КАУ» - дерево и «УЧУ» - плакать.
Индейцы использовали это вещество по-разному. Делали из него непромокаемые сапоги, посуду.
Каучук не сразу получил признание у европейцев. Они сначала просто не знали, что с ним делать. Одним из первых нашел применения каучуку английский химик Джозеф Пристли. Он приспособился стирать карандашные заметки шариком каучука.
В Вене в 1821 году открылась первая фабрика по производству изделий из каучука.
В Англии, когда в городах начали вводить газовое освещение, на газовых заводах скопилось довольно много продуктов сухой перегонки каменного угля. Шотландский химик Макинтош закупил их, чтобы использовать для изготовления непромокаемой одежды. Он растворял в этих продуктах каучук, а затем покрывал таким раствором ткани. С того времени плащ из непромокаемой ткани носит название «макинтош»
Однако вскоре пришлось убедиться, что при всей своей полезности изготовленная таким образом одежда имеет существенные недостатки, при низкой температуре ткань становится жесткой и ломкой, а при нагревании наоборот, делается липкой.
Стало ясно, что у нового материала есть огромные недостатки, и фабрики по производству изделий из него придется закрыть.
Имя человека, который спас каучук, Чарльз Гудьир. Этот одержимый изобретатель решил вылечить каучук. Для этого он смешивал его с любыми попадавшимися под руку предметами: солью, сахаром, перцем, речным песком. Результата никакого. В ход пошли орехи, сыр.. Не подошло. Не помогли и чернила. А тут еще кончились деньги. И тут помог случай. Последний кусок каучука и сера лежали рядом всю ночь около печки. Получилась известная всем резина – она была эластичной и прочной при различных температурах, не твердела при умеренном холоде и не расползалась на жаре. Ясно, что открыт, был новый процесс. Но как его назвать? Поскольку жар и сера были главными атрибутами римского бога огня Вулкана, процесс назвали вулканизацией.
Резина содержит около 5% серы. Если содержание серы увеличить до 40% и более, то каучук становится твердым приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом.
2. «Из чего же, из чего же?» или строение каучука
Каучук относится к группе веществ, называемых ПОЛИМЕРАМИ. Дословно этот термин можно перевести как «много сигметов» или «много звеньев» (молекула полимеров напоминает бусы)
Французский ученый Гюстав Бушард определил, что природный каучук представляет собой полимер, длинные цепочки которого состоит из множества звеньев 2-метилбутадиена-1,3 (изопрен)
Сначала за счет разрыва двойных связей происходит соединения двух молекул изопрена
При этом свободные валентности средних углеродных атомов смыкаются и образуют двойные связи в середине молекул, ставшими уже теперь звеньями растущей цепи.
Обратите внимание, что в молекуле каучука есть двойная связь, поэтому при определенных условиях она может «раскрыться», т.е. образуется свободная связь, которая готова вступить во взаимодействие с каким-нибудь другим веществом.
Сначала представим, что у вас не одна нитка бус, а много. Если мы их в беспорядке бросим на стол, то получим просто гору бус. Но это также и самая простейшая модель строения реального полимера. Сейчас наши нитки не связаны между собой, им можно придать любую форму. Применительно к каучуку это свойство называют пластичностью. (таким свойством обладают пластилин, глина).
Но если каучук вступит во взаимодействие с серой, она «свяжет» между собой длинные молекулы, в результате чего свойства каучука сильно изменятся. Он потеряет свою пластичность и станет эластичным – будет легко менять свою форму под действием нагрузки, а после ее удаления опять примет свою первоначальную форму. Кроме того, материал приобретет прочность. Теперь он называется резиной.
Мы встречались уже с полимерами, например с полиэтиленом, макромолекулы которых представляют собой длинные цепи атомов. Однако они не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это особое свойство?
Молекулы каучука хотя и имеют линейное строение, но не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свернуты в клубки. При растягивании каучука такие молекулы распрямляются такие молекулы становятся длиннее.
3. «Спасибо Вам, Сергей Васильевич!»
Прошли годы… Изучили свойства каучука и обнаружили, что они удивительные. Каучук эластичен, устойчив к износу, гибок, прочен, непроницаем для воды и газов, электроизолятор. Резина еще прочнее. Такие важные технические свойства!
Хорошо бразильцам! У них растут гевеи. А как быть и как жить без каучука другим странам и народам? Давайте, думайте умные люди!
В 1926 году Высший совет народного хозяйства объявил конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука. Победу одержала советская наука. С.В.Лебедеву удалось при получении дивинила одновременно осуществить два процесса: каталитическую дегидрогенизацию и дегидратацию этилового спирта
При этом дивинил получается в достаточном количестве, чтобы использовать его в качестве мономера для получения синтетического каучука.
В 1932 году в нашей стране впервые в мире было организовано крупное промышленное производство синтетического каучука по методу С.В.Лебедева
Сама идея синтеза каучука в то время казалась абсурдной. Не случайно знаменитый изобретатель Эдисон, услышав о синтезе каучука, не поверил этому: « Я не верю, что удалось получить синтетический каучук . Все это сообщение сплошной вымысел. Мой собственный опыт и опыт других показывает, что вряд ли сам процесс синтеза каучука вообще когда-либо увенчается успехом. Промышленные масштабы обречены на крушение…»
4. «Какие же они разные! …» или классификация каучуков
В настоящее время химикам известно более 25 тысяч видов искусственных каучуков. Но промышленность освоила около сотни из них. Рассмотрим только самые главные
Натуральный каучук |
Изопреновый |
|
Синтетические каучуки |
Бутадиеновый Изопреновый
Хлоропреновый
Бутадиен-стирольный |
|
5. Свойства каучуков. Отличие каучука от резины
Лабораторная работа
1. эластичность каучука и резины;
2. растворимость каучука и резины в органических растворителях;
3. ненасыщенный характер каучука;
4. разложение каучуков
6. «Исчезнет резина – заглохнет жизнь» или применение каучуков
Из бетона люди строят несколько тысяч лет. Конечно, резине трудно с ним соревноваться в строительстве, но иногда она успешно его заменяет. Что же это за сооружения из резины? Надувные. У них много достоинств: они не боятся землетрясений, их можно устанавливать на воде, а в случае необходимости перенести в другое место. В Англии соорудили даже надувной театр. Пол часа работы насоса – и театр на 350 мест готов принять зрителей. Кончились гастроли, и театр переехал на другое место.
«Все болезни происходят от излишков в пище», - утверждали врачи Древнего Египта и советовали обязательно промывать кишечник. Именно они изобрели клизму, конструкция которой дошла до наших дней без изменений. Когда говорят о применении резины в медицине, то в первую очередь вспоминают это незатейливое приспособление. Но у резины есть и другие назначения. Вспомните резиновую грелку, эластичный кровоостанавливающий бинт или жгут. Первое в мире искусственное сердце заработало в нашей стане. Сердце в течении жизни перекачивает столько крови, сколько ее хватило бы для наполнения канала длинной 5 километров причем такой ширины и глубины, что по нему можно было пустить речной пароход. Значит материал, из которого надо делать детали сердца, не должен «уставать». Эту проблему помогла решить резина.
Как эвакуировать людей из горящего здания? Спасательный брезент – старое и испытанное средство, но ее должны растянуть и держать по крайней мере 15-20 сильных людей. Такой брезент можно заменить надувным резиновым баллоном
Когда на улице сыро мы сразу вспоминаем о резиновых вещах – одежде, обуви. Древние Египтяне вообще не знали обуви, и только фараоны как знак царского достоинства носили сандалии из тростника. А когда Чарльз Гудьир «вылечил» каучук по всему свету зашагали галоши. Ни нужны и в наш космический век. Ведь без валенок в сельской местности придется нелегко, а к ним нужны галоши. Рыболовам, охотникам никак не обойтись без болотных сапог. Для них есть даже сапоги переходящие в штаны и заканчивающиеся маленькой лодкой с сиденьем.
Современная автомобильная дорога – сооружение многослойное. Словно в насмешку дороги называют асфальтированными. Ведь «asphalos» по-гречески – вечный. А на самом едва проходит 7 – 10 лет, дорога покрывается трещинами. Кто главный враг дорог? Главный враг дорог – вода. Многие десятилетия асфальтобетон был беззащитен перед водой, пока в него не начали добавлять некоторое количество резины. Сейчас во всем мире при строительстве дорог используют вторичное сырье, каким являются отработавшие свой срок покрышки. Вместе с цементом, силикатом натрия и другими веществами резиновая крошка образует покрытие, которое надежней и прочнее асфальтированного. Устойчивость автомобиля в дождливую погоду на таком покрытии выше, чем на обычном, а тормозной путь машин сокращается наполовину.
Авиация делала еще только первые шаги, а конструкторы уже задумывались над созданием самолетов из резины. Немецкие инженеры создали «карманный самолет». Он сделан из каучка и нейлона и упакован в гильзу.. вместе с двигателем он внсит 140 кг, имеет длину 6 метров, размах крыльев 9 метров, скорость полета 80-90 км/ч. Такой самолет удобен для экспедиций в труднодоступных районах, при спасении людей терпящих бедствие в отдаленных о жилья местах. Специалисты считают, что надувные самолеты со временем станут такими же привычными, как автомобили.
Спустимся с небес на землю, вернее в воду, а еще вернее нырнем в ее глубины. В Древней Греции водолазы добывавшие рыбу, пурпурные раковины, устриц, медную руду, пользовались кожаными трубками, выходившими на поверхность воды. А чтобы предохранить от случайных ударов голову, надевали на нее железный шлем. Это снаряжение можно считать прообразом акваланга. А акваланг без резины не сделаешь! Костюм, ласты, маска. Много резиновых деталей и в скафандре.
7. Давайте повторим – работа с тетрадью на печатной основе приложение2
8. Домашнее задание п.14.