Каучук - природный полимер

Аннотация к уроку

Современный этап развития образовательной системы в нашей стране ориентирован на реализацию программы информатизации образования. И это не случайно, ведь все новинки технологического прогресса с особым восторгом встречают именно дети. Появляется прекрасная возможность использовать любознательность и высокую познавательную активность школьников для целенаправленного развития их личности. Применение новых информационных технологий в учебном процессе позволяет направить интеллектуальный потенциал учащихся на развитие и формирование предметных и надпредметных компетенций. Урок построен на исследовательских методах анализа, сравнения и обобщения. Именно на уроках под руководством учителя школьники могут научиться использовать компьютерные технологии в образовательных целях для всестороннего развития своего интеллекта. Учащиеся могут овладеть способами получения информации для решения учебных, а впоследствии производственных задач. Они могут приобрести навыки, которые позволят продолжать образование в течение всей жизни.

Тема урока: Каучук – природный полимер

Тип урока:

Урок комбинированный

Цели:

Обучающие: Познакомиться с составом, строением и свойствами натурального каучука, опираясь на понятие о диеновых углеводородах. Показать сущность процесса вулканизации, отличие каучука от резины.

Развивающие: Формировать предметную, коммуникативную компетенции;

развивать навыки исследовательской деятельности, умения анализировать, обобщать и делать выводы.

Воспитывающие: Формировать умения устанавливать причинно – следственные связи. Воспитывать чувство патриотизма и гордости за развитие русской науки, русских ученных будущего страны.

Практикум к уроку:

разложение каучука при нагревании и испытание продуктов разложения; б) растворимость каучука и резины в органических растворителях, в) отношение каучука и резины к нагреванию, г) непредельный характер каучука

Ход урока

1. Орг. момент.

2. Вступление учителя. (Слайд 1)

1493 год

Через Атлантику идет

Вторая экспедиция.

Колумб опять ее ведет

Безбрежными границами

Знакомство цивилизованного мира с каучуком (слайд 2)

«Бегут индейцы к берегу

И европейцы видят:

Они играют с шариком,

И шарик этот скачет.

Любого-млад иль старенький-такое озадачит».

Итак, тема сегодняшнего урока «Каучук – природный полимер» (слайд 3)

Какова же цель нашего урока?

Выстроите логическую последовательность из предложенных фраз (слайд 4)

новое

интерес

исследование строения и состава

получение искусственным путем (слайд 5)

применение

Девиз к уроку:

«Древо науки всеми корнями связано с практикой». (слайд 6)

Человек знает семь чудес света: (слайд 7)

• Египетские пирамиды;

• висячие сады Семирамиды в Вавилоне;

• храм Артемиды в Эфесе;

• статуя Зевса в Олимпии;

• Мавзолей в Галикарнасе;

• Родосский Колосс;

• Александрийский маяк.

Еще одним чудом можно назвать открытие и использование каучука и резины.

Историю открытия каучука представляет первый ученик. (Презентация)

У островов Гаити во время путешествия (1493) испанский адмирал Христофор Колумб увидел туземцев, игравших плотным мячом. Мяч был изготовлен из сплошной твердой массы, но при встрече с препятствиями, отскакивал от них, как живой. Такие мячи индейцы делали из смолы, которую называли «каучу» (от слов каа – дерево и о-чу - плакать). Если сделать надрезы на стволе гевеи, то начинают выделяться капли жидкости – латекс. Если собрать латекс и нагреть, то эта жидкость превращается в темную тяжелую и упругую массу – каучук. Латексом индейцы Южной Америки шпаклевали каноэ, жгли в факелах. Колумб привез несколько кусков удивительного вещества (каучука) на родину, но в те времена он никого не заинтересовал.

Сколько нужно каучука сейчас? Учитель сообщает некоторые сведения.

Долгое время спрос на каучук был мизерный. Даже в 1830 г. во всем мире использовали всего 25 т каучука. А сегодня? Чтобы современный автомобиль вышел из ворот завода, нужно 250 кг каучука; на каждый самолет в среднем уходит 600 кг, а на оборудование крупного военного корабля - почти 70 т каучука.

Давайте, опытным путем исследуем состав каучука, проведем анализ свойств выданных образцов каучука и резины На столах у вас имеются все необходимые оборудование и реактивы для выполнения опытов. В конце работы сделайте вывод.

Слово предоставляется 1 группе.

Нужно было решить вопрос (1 вопрос): каков состав и строение каучука?

Для изучения каучука химики использовали старый метод – сухую перегонку, при которой вещество разлагалось, образовавшиеся продукты собирали, а потом исследовали. Нагревая каучук, английский химик Гревиль Уильямс в 1861-1862 г.г. выделил кипящий при 32 ⁰С продукт, названный им изопреном. Он определил и состав изопрена – С₅Н₈. Спустя 22 года английский химик Уильям Огест Тильден установил структурную формулу изопрена. Он оказался непредельным соединением с двумя сопряженными двойными связями в молекуле. Формула записывается на интерактивной доске.

Изопрен (2-метилбутадиен-1,3)

Французский химик Гюстав Бушард задумал получить каучук из продуктов, выделенных при сухой перегонке. Он подействовал на изопрен соляной кислотой и получил массу, похожую на каучук, т.е. «… обладала эластичностью и другими качествами природного каучука. Она не растворялась в спирте, набухала в эфире и сероуглероде и растворялась в них так же, как природный каучук», - это было записано в дневнике ученого. Теперь ученый был убежден: натуральный каучук состоит из молекул изопрена.

Другой ученик сообщает выводы своей работы, доказывающие непредельность каучука

Учитель. Был другой, не менее сложный вопрос (2 вопрос): как соединяются между собой молекулы изопрена при образовании огромной молекулы натурального каучука?

К тому времени уже были известны некоторые реакции соединения друг с другом многих одинаковых молекул. Такие реакции назвали полимеризацией. Вероятно, в такую же реакцию вступает и изопрен. Но как это происходит, химики не знали. При полимеризации изопрена образуются очень длинные цепи, состоящие из одинаковых элементарных звеньев – остатков молекул изопрена.

(слайд 8)

Учитель: Посмотрите внимательно на эту формулу. Элементарное звено (мер) отличается от исходного мономера характером связей. В каждом из них вместо двух двойных связей имеется только одна. Это означает, что при полимеризации изопрена две двойные связи рвутся, а рождается новая двойная связь – в середине молекулы. Ее «рождение» - результат соединения двух неспаренных электронов друг с другом. Это все стало известно гораздо позже. А на рубеже XIX и XX вв. перед химиками стояло больше вопросов, чем ответов.

Лабораторный опыт: Свойства каучука и резины. Учащиеся на одинаковых образцах каучука и резины исследуют их эластичность и прочность. Что прочнее: каучук или резина? Почему каучук обладает такими свойствами? Это объясняется составом и строением каучука.

ученик рассказывает об изобретении резины. (слайд 9, 10)

Американский изобретатель Чарлз Гудьир обнаружил, что нагретый в присутствии серы каучук не размягчался, а приобретал высокую эластичность. Такой каучук легко деформировался под действием небольших нагрузок и легко восстанавливал свою форму после их снятия. Это произошло в 1839 г., а в 1844 г. изобретатель запатентовал полученный им вулканизированный каучук, который уже не был обычным каучуком. Это был новый продукт - кожеподобный материал – резина (от лат. rezina - смола). Превращение каучука в резину назвали вулканизацией. Почему? Дело в том, что жар и сера – главные факторы отвержения каучука – согласно мифологии были атрибутами бога Вулкана. Резина содержит около 5% серы. Если содержание серы увеличить до 30 - 40% и выше, то такой каучук становится твердым, приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом.

С появлением резины начала развиваться электропромышленность - резина прекрасный изолятор. Появилось производство пневматических покрышек для велосипедов и автомобилей. Резина эластична; в природе не существует веществ, которые, подобно вулканизированным каучукам. В 1860 г. в России открылось первое предприятие резиновой промышленности. Требовалось все больше каучука. Основным поставщиком каучука оставалась Бразилия. Каучук стал вскоре дороже серебра.

Учащиеся сообщают о результатах своей работы (таблица)(слайд 11,12)

Свойства	Каучук	Резина
1. Эластичность
2. Растворимость в бензине
3. Отношение к нагреванию

И все же каучука не хватало. Была и другая проблема: каучуковые деревья росли в экваториальном поясе, а некоторые государства и Россия в том числе, могли лишиться покупки каучука. Кроме этого натуральный каучук не всегда удовлетворял промышленность: он растворялся в масле, в нефтепродуктах, имел плохую термостойкость и быстро терял свои качества. Так возникла необходимость в получении каучука синтетическим способом.

Историю синтеза дивинилового каучука представляет четвертый ученик.

Впервые синтетический изопрен был получен в 1897 г. русским химиком В. Н. Ипатьевым. Спустя несколько лет изопрен синтезировали и другие химики. Но все это было сложно и дорого и такой каучук был низкого качества. Начался поиск других мономерных продуктов, которые бы смогли заменить изопрен при получении синтетического каучука. Ближайшим «родственником» изопрена оказался дивинил (бутадиен –1,3)

Н₂С = СН - СН = СН₂ формула записывается на интерактивной доске (слайд 13)

Он отличается от изопрена только тем, что отсутствует метильная группа. Впервые дивинил был получен в 1862 г. французским химиком Ж. Каванту при пропускании через нагретую железную трубку смеси пентиловых спиртов (смесь, известная под названием «сивушные масла»). Через четыре года П. Бертло получил дивинил в тех же условиях из смеси этилена с ацетиленом. В 1878 г. русский химик- технолог А. А. Летний выделил дивинил из продуктов пиролиза нефти (он назвал его кротониленом) и установил его состав – С₄Н₈. В 1902 г. В. Н. Ипатьев получил его из этилового спирта в присутствии алюминиевой пыли и оксида алюминия. В 1926 г. Высший совет народного хозяйства объявил международный конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука (СК) для создания сырьевой базы резиновой промышленности. Последний срок представлений (и одновременно 2 кг образца СК) был назначен на 1 января 1928 г.

Продолжение истории дивинилового каучука. Пятый ученик.

С. В.Лебедев отозвался на призыв правительства и организовал группу исследователей из семи человек. Первый успех в работе определился в середине 1927 г. И только 30 декабря 1927 г. 2 кг дивинилового каучука с описанием способа получения С.В. Лебедева было отправлено на конкурсную комиссию. В 1931 г. на опытном заводе был получен первый СК полимеризацией дивинила, который синтезировали из этилового спирта. Эту реакцию успешно осуществил русский химик академик С. В. Лебедев. Ученому удалось при получении дивинила одновременно осуществить два процесса: каталитическую дегидрогенизацию (отнятие водорода) и дегидратацию воды (отнятию воды) этилового спирта:

При этом дивинил получался в достаточном количестве, чтобы использовать его в качестве мономера для получения СК.

Шестой ученик рассказывает об успехе русской науки. (слайд 14)

Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в 1932 г. в г. Ярославле. Вскоре такие же заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Только через несколько лет подобные заводы начали строить в Германии, а в годы второй мировой войны – в США. Знаменитый американский изобретатель Томас Эдисон заявил в то время: «Я не верю, что Советскому Союзу в 1931 г. удалось получить синтетический каучук. Это сплошной вымысел. Мой собственный опыт и опыт других показывает, что вряд ли процесс синтеза каучука вообще когда – либо увенчается успехом». Увенчался! В 1933 году 22 машины с резиновыми покрышками из отечественного синтетического каучука преодолели 6 тыс. км в автопробеге Москва – пустыня Каракум – Москва. И ни у одной из них не возникло проблем с покрышками! При въезде в столицу москвичи чуть ли не на руках несли эти тяжелые грузовые автомашины марки ЗИС-5. В Александро – Невской лавре в Санкт-Петербурге академику С. В. Лебедеву установлен гранитный памятник с барельефным портретом ученого и надписью: «Сергей Васильевич Лебедев – изобретатель синтетического каучука».

Седьмой ученик рассказывает о применения каучуков.

В 1990 г. в мире потреблялось около 32 млн. т каучука, сегодня около 45 млн. т.

В наше время трудно представить, что в конце 20-хг.г. XX в. потребление каучука на одного человека в год (!) в нашей стране составляло 50 г, а один автомобиль приходился на три тысячи жителей. В настоящее время химикам известно более 25 тыс. видов искусственных каучуков. Подсчитано, что в наше время резина имеет свыше 40 тыс. различных применений в промышленности и быту.

Д/з § 14

Усовершенствование знаний (слайд 15)

Приложение

Опыт №1

Отношение каучука и резины к растворителям

Цель: сравнить растворимость каучука и резины в бензине.

В две пробирки налейте по 3-4 мл бензина. Поместите в 1-ю пробирку кусочки резины, а во вторую - кусочки каучука. Закройте пробирки пробками и оставьте до следующего занятия. Обратитесь к результатам аналогичного, ранее заготовленного опыта: каучук растворился, образуя вязкую жидкость, а кусочки резины слегка набухли, но не изменили своей формы.

Опыт №2

Отношение каучука и резины к нагреванию.

Цель: сравнить физические свойства каучука и резины.

В кипящую воду поместите на 5 мин тонкую полоску натурального каучука и такого же размера полоску резины. Вынув тигельными щипцами полоску каучука, быстро растяните ее. То же проделайте с полоской резины. Каучук сильно растягивается в результате размягчения, теряя при этом эластичность, а у резины не наблюдаются изменения.

Из предлагаемых опытов сделайте вывод. Резина характеризуется большей термической стойкостью и прочностью по сравнению с каучуком. Результаты опытов внесите в таблицу:

Свойства	Каучук	Резина
1. Эластичность
2. Растворимость в бензине
3. Отношение к нагреванию

Непредельный характер каучука

Цель: доказать с помощью качественных реакций ненасыщенный характер полимерной цепи каучука

Примечание. Заранее (не менее чем за сутки) растворите кусочки каучука в одном из органических растворителей.

В пробирки с раствором перманганата калия и бромной (йодной) водой добавьте по нескольку капель приготовленного заранее раствора каучука и встряхните. Наблюдайте изменения окраски.

Изменяет ли раствор каучука окраску раствора перманганата калия и бромной (йодной) воды? Почему?

Получение каучука из листьев фикуса

Цель: собрать сок из фикуса, выделить из него каучук в виде хлопьев, доказать ненасыщенность и эластичность выделенного материала.

Опыт №1

Сделайте надрез на листе фикуса и соберите млечный сок ваткой, смоченной раствором аммиака, в пробирку. В пробирку добавьте раствор уксусной кислоты и встряхните. Наблюдайте выделение хлопьев, которые представляют собой натуральный каучук.

На предметное стекло наненсите млечный сок из листьев фикуса и прогрейте. Образуется пленка натурального каучука.

Опыт №2.

Сок из листьев фикуса соберите в пробирку, добавьте немного дистиллированной воды и 0,5 г кристаллического сульфата кальция или сульфата аммония. После размешивания смеси и добавления к ней этанола на поверхности раствора образуются хлопья каучука. Для сбора каучука используйте стеклянную палочку, с помощью которой перенесите хлопья в пробирки с небольшими количествами разных растворителей: бензин и др. Что наблюдаете?

Опыт №3.

Один из растворов каучука разделите на две части и добавьте к одной из них раствор перманганата калия. Обесцвечивание раствора указывает на наличие кратных связей в молекулах выделенного образца вещества из сока фикуса.

Другую часть раствора каучука осторожно выпарьте на часовом стекле. После удаления растворителя на стекле остается пленка каучука, которую для демонстрации эластичности можно слегка растягивать. Сравните с пленкой, полученной в опыте 1.

Вопросы.

1. Что представляет собой сок фикуса? Что входит в его состав?

2. Растворяется ли выделенное из сока вещество в бензине?

3. Каково отношение выделенного из сока вещества к раствору перманганата калия? Что это доказывает?

4. Эластична ли пленка, полученная в опытах 1и 3?

5. Обобщите свои наблюдения о свойствах выделенного из сока фикуса вещества. К какому классу соединений его можно отнести?

Михайлова Эльвира Владимировна