פולמרים 1

1. פולימרים סינטטיים נושאי השיעור פולמרים 1 • מושגי בסיס • פילמור בסיפוח סרטונים במצגת פולימרים – חומרים כבקשתך, יוטיוב פִלמור ניילון- סרטון

2. פולימרים כבקשתך - סרטון צפו בסרטון "פולימרים חומרים כבקשתך" וענו על השאלות הבאות: אילו חפצים העשויים מפולימרים מוזכרים בסרטון? מהו המקור לחומרי הגלם בתעשיית הפולימרים? א. מהן שתי הבעיות שנוצרו כתוצאה מריבוי החפצים העשויים מפלסטיק?ב. האם אפשר לפתור בעיות אלו? מה הן ההצעות לפתרון המוזכרות בסרטון. פולימרים – חומרים כבקשתך, יוטיוב

3. מקרומולקולות - המרכיב העיקרי של חומרים פלסטיים הגדרות: מקרומולקולה - מולקולת ענק שבה מאות או אלפי אטומים קשורים זה לזה בקשר קוולנטי. מולקולת השרשרת בנויה מיחידות (-קב’ אטומים) החוזרות על עצמן וקשורות בקשר קוולנטי. פולימר - הוא חומר המורכב ממקרומולקולות רבות. פולימר מיוונית: רב-יחידות. פלסטיק - הוא פולימר סינטטי מעובד יחד עם תוספים שונים. (מיוונית: עיבוד, עיצוב צורה) רוב המוצרים הפלסטיים הנפוצים מופקים ממספר מצומצם של סוגי פולימרים. המגוון העצום של התכונות מושג על ידי שיטות עיבוד שונות ועל ידי תוספים שונים. באיור מצויר מודל המתאר שלוש שרשרות מתוך שרשרות רבות בחומר הנקרא פולימר.

4. מינוח של פולימרים פילמור- התהליך בו נוצרים פולימרים. • בתהליך הפילמור מתחברות מולקולות קטנות, מונומרים,זו לזו. • שם הפולימר יכול להינתן לפי שיטת המינוח כמו בחומרים אורגניים או לפי השם המסחרי. • השם השיטתי יהיה: פולי(שם מונומר) • דוגמאות: שם שיטתי: שם מסחרי: המונומר:פולי(אתֶן) - פוליאתילן CH2=CH2פולי(פרופֶן) - פוליפרופילן CH2=CHCH3פולי(כלורואתֶן) - פוליוניל כלורי CH2=CHCl מודל המייצג חלק שרשרת של מולקולת פוליאתילן

5. פילמור ניילון , סרטון ושאלות צפו בסרטון הבא המדגים את תהליך הפלמור של ניילון. א. מה מייצג אטב אחד? ב. מה מייצגת שרשרת האטבים? ג. הסבירו כיצד נוצר חוט הניילון. פִלמור ניילון- סרטון

6. פילמור ניילון , סרטון ותשובות לשאלות צפו בסרטון הבא המדגים את תהליך הפלמור של ניילון. א. מה מייצג אטב אחד? ב. מה מייצגת שרשרת האטבים? ג. הסבירו כיצד נוצר חוט הניילון. פִלמור ניילון- סרטון תשובות: א. אטב אחד מייצג מונומר. ב. שרשרת האטבים מייצגת מולקולת שרשרת אחת בחומר הנקרא פולימר. ג. הסרטון מציג הכנת חוט ניילון. לכוס זכוכית מכניסים תמיסה נוזלית בה מומס מונומר X ומעליה מוסיפים תמיסה נוזלית אחרת בה מומס מונומר Y. שתי התמיסות לא מתערבבות זו בזו לכן רק בשטח המגע בין שתי התמיסות מתחברות מולקולות X למולקולות Y ליצירת קרום ניילון דק. כאשר מושכים באיטיות את את הקרום שוב נפגשות שכבות הנוזלים ונוצר קרום חדש המתחבר לקודם וחוזר חלילה. באופן זה נוצר חוט ניילון.

7. מולקולות הפולימר כל מולקולה בפולימר יכולה להכיל מאות, אלפים ומאות אלפים של אטומים. השרשרות יכולות להיות מפותלות בפיתולים שונים אקראיים. מולקולות הפולימר מתקפלות בצורות שונות. מולקולה אחת לעולם אינה "רואה" בשלמות את המולקולות שלידה. לפולימרים מסות מולריות גבוהות. הן יכולות להגיע למיליוני גרם למול. לשרשרות באותו הפולימר אורכים שונים. המולקולות בפולימר מפותלות בפיתולים אקראיים כמו ספגטי Xandert / MorqueFile

8. שפת הכימיה דרך הכתיבה בפרק פולימרים:נוסחת פולימר: [-CH2-CH2-]n או H-[CH2-CH2]n-Hיחידה חוזרת: החלק שחוזר על עצמו בשרשרת הפולימר (יש להקפיד על כתיבת הקווים- הקשרים בקצוות) [-CH2-CH2-] או [-CH2-]קטע פולימר: מכיל יותר מיחידה חוזרת אחת (יש להקפיד על כתיבת הקווים-קשרים בקצוות)-CH2-CH2-CH2-CH2-תהליך פילמור: קבלת הפולימר מן המונומרים:nCH2=CHCH3 ------> [-CH2-CH(CH3)-]n

9. סיפוח דחיסה השרשרת הבודדת - תהליכי פילמור בתהליך הפילמור מתחברות מולקולות קטנות (מונומרים) זו לזו. קיימים שני סוגי פילמור: סיפוח ודחיסה. תהליכי פילמור למונומרים שתי קבוצות פונקציונליות. הפילמור מתרחש בתגובות דחיסה: היווצרות קשר קוולנטי בין המונומרים אגב יציאת מולקולות קטנות, לרוב מים. למונומרים קשר כפול C=C. הפילמור מתרחש אגב סיפוח: פתיחת הקשר הכפול ויצירת קשר קוולנטי בין המונומרים.

10. C C C C C C C C C C C C C C C C I. פילמור דרך סיפוח המונומרים בעלי הקשר הכפול מסתפחים זה לזה לקבלת מולקולות ארוכות שרשרת.(האיור הבא אינו מתאר את מנגנון התגובה) הקשר הכפול נפתח ונוצר קשר קוולנטי יחיד בין מונומר אחד לאחר nCH2=CH2 -----> [-CH2-CH2-]n

11. א. יצירת פוליאתילן (PE) נמוך צפיפות, שאלה 1 התנאים: לחץ גבוה - 1000 אטמ’, טמפרטורה - 3000 צלזיוס. במנגנון רדיקלי- עם יזם מהסוג ROOR אשר בחימום מתפרק לשני רדיקלים. כל אחד משני הרדיקלים מתחיליצירת שרשרת. היזם - חומר המתחיל את תהליך הפילמור ונשאר קשור בקצה השרשרת. היזם קובע את מנגנון התגובה. מתקבלות שרשרות מסועפותבצורות שונות ובאורכים שונים. שאלה 1: כיצד תשפיע כמות היזם על תהליך הפילמור ועל מבנה הפולימר? גרגרי פוליאתילן נמוך צפיפות

12. תשובה לשאלה 1 כיצד תשפיע כמות היזם על תהליך הפילמור ועל הפולימר? תשובה: ככל שכמות היזם גדלה, הפולימר המתקבל יהיה בעל שרשרות קצרות ומסועפות יותר. מולקולות היזם מתחילות את פילמור השרשרת. מולקולות יזם רבות המוכנסות לכמות נתונה של חומר, תתחלנה בו בזמן מספר גדול של שרשרות, לכן תהליך הפילמור מהיר! מאחר שכמות המונומרים מוגבלת, כל שרשרת שתיווצר תהיה קצרה יותר. קצוות שרשרת מתחברים לשרשרות אחרות אגב יצירת סיעופים. אורך השרשרות ומידת הסיעוף משפיעים על תכונות הפולימר. כשהשרשרות קצרות ומסועפות יש יותר קצוות בעלי מידת פיתול גבוהה יותר, הסיעופים אינם מאפשרים לשרשרות להתקרב זו לזו ולכן השרשרות נארזות טוב פחות וצפיפותן יורדת.

13. C=C זרז יצירת פולימר גבה צפיפות (HD) התנאים: לחץ - 3 אטמ’, טמפרטורה - 700 צלזיוס. בנוכחות זרז זיגלר-נאטא (תערובת מוצקה המכילה אלומיניום תלת-אתיל וטיטניום ארבע-כלורי או חומרים דומים). הפילמור, התחברות המונומרים, נעשה על שטח הפנים של הזרז. אפשר לשלוט על אורך השרשרת בעזרת תוספת חומר כמו H2גז. אטומי המימן מסיימים את הפילמור. מתקבל פולימר לא מסועף ששרשרותיו נארזות בצפיפות גבוהה יותר, בהתפלגות קטנה יותר של אורכי שרשרת.

14. שאלה 2 מדוע לא מוסיפים גם יזם כאשר מפלמרים פוליאתילן בנוכחות הזרז זיגלר-נאטא?

15. שאלה 2 מדוע לא מוסיפים גם יזם כאשר מפלמרים פוליאתילן בנוכחות הזרז זיגלר-נאטא? תשובה: יזם מתחיל את פילמור השרשרות בכל התערובת, לא על שטח הפנים של הזרז. עובדה זו תמנע את יצירת מרבית השרשרות על שטח הפנים של הזרז. לא יתקבל פולימר גבה צפיפות כמבוקש.

16. שאלה 3 נסחו את התהליך לקבלת הפולימרים הבאים: א. פולי וניל כלוריד (PVC) מהמונומר: CH2=CHCl ב. פוליפרופילן (PP) מהמונומר: פרופן- CH2=CH-CH3. ג. פוליסטירן (PS) מהמונומר*: * הסבר על מבנה הטבעת – בנזן, ראו בשקופית האחרונה. רמז: כדי לעבור לכתיבת קטע פולימר או יחידה חוזרת, תחילה ציירו את הקשר הכפול. את המתמירים שמחוברים לפחמנים כתבו אנכית מעל ומתחת לקשר בדרך הבאה: אח"כ בטלו את הקשר הכפול והוסיפו שני קשרים יחידים, אחד לכל פחמן.

17. שאלה 3 נסחו את התהליך לקבלת הפולימרים הבאים: א. פולי וניל כלוריד (PVC) מהמונומר: CH2=CHCl ב. פוליפרופילן (PP) מהמונומר: פרופן- CH2=CH-CH3. ג. פוליסטירן (PS) מהמונומר*: תשובה: (בשתי דרכי כתיבה שונות) א. ג. ב. nCH2=CHCH3 --------> [-CH2-CH(CH3)-]n nCH2=CH-C6H5 --------> [-CH2-CH(C6H5)-]n nCH2=CHCl--------> [-CH2-CHCl-]n

18. שאלה 4 לפניכם שלושה קטעים מייצגים של כמה פולימרים. כתבו את המונומרים שהם בנויים מהם. רמז: תחילה זהו את היחידה החוזרת ואח"כ הוסיפו את הקשר הכפול.

19. שאלה 4 לפניכם שלושה קטעים מייצגים של כמה פולימרים. כתבו את המונומרים שהם בנויים מהם. תשובה: או CH2=CH-CH2-CH3 CH2=CHF CH2=CH2

20. תנאי הפילמור והתכונות של פוליפרופילן [-CH2-CH-]n CH3 פילמור רדיקלי, בלאזרז, ייתן שרשרות מסועפות ומפותלות באריזה שאינה מסודרת. נוצר חומר רך בעל שימוש מוגבל. פילמור בנוכחות זרזי זיגלר נאטא, יהיה בלא סיעופים, ויתקבל חומר גבישי יותר וחזק. הקב’ הבולטות משִדרת הפולימר תפנינה לצד אחד. כדי להתרחק זו מזו תיצורנה מבנה סלילי ישר הנארז היטב. שרשרות פוליפרופילן הנבדלות במיקום הקבוצה המתילית. בשרשרת הראשונה הקבוצות פונות לאותו צד, באחרת לצדדים שונים לסירוגין. לפולימרים השונים תכונות שונות.

21. n CH2=CH-CH=CH2 ----> [-CH2-CH=CH-CH2-]n בוטדיאן 4,1 פולי בוטדיאן פילמור בוטדיאן סיפוח 1-2 או 1-4 בוטדיאן הוא מונומר המכיל ארבעהפחמנים ושני קשרים כפולים מצומדים (בין שני הקשרים הכפולים קיים קשר יחיד). הוא יכול לעבור פילמור סיפוח בשתי דרכים: פילמור 1-2 הוא פילמור סיפוח לאחד הקשרים. מתקבלת פולימר בעל קבוצה צדדית ובה קשר כפול. פילמור 1-4 הוא פילמור סיפוח לאחד הקשרים הכפולים גם כן, אך בעקבותיו הקשר הכפול שנותר עובר למרכז המונומר. כל יחידת המונומר נכנסת לשדרת הפולימר. מתקבל פולימר בעל קשר כפול בשרשרת הפולימר. בוטדיאן 2,1 פולי בוטדיאן

22. סיכום – פולימרים של סיפוח מאפיינים של פולימרים המתקבלים בסיפוח: בתהליך הסיפוח מגיבים רק מונומרים בעלי קשר כפול אחד לפחות. לפולימרים הנוצרים בסיפוח, יש הרכב אטומים ביחידה החוזרת הזהה להרכב האטומים במונומר. לרוב, עמוד השִדרה של הפולימרים מכיל אטומי פחמן בלבד. סיפוח של המונומרים נעשה בזה אחר זה עד גמר המונומרים. נהוג לכנות את תהליך יצירתם, פילמור בשרשרת.

23. שאלה 5 נתונים שלושה מונומרים: CH2=CHCl (I) (II) CF2=CF2 (III) CH2=C(CH3)COOCH3 רשמו קטע פולימר המתקבל מהם. רמז: תחילה רשמו את הקשר הכפול במרכז ואת המתמירים של הפחמנים המחוברים אליו מעל ומתחת למישור הקשר.

24. שאלה 5 נתונים שלושה מונומרים: CH2=CHCl (I) (II) CF2=CF2 (III) CH2=C(CH3)COOCH3 נסחו עבורם את תהליך הפילמור. רמז: תחילה רשמו את הקשר הכפול במרכז ואת המתמירים של הפחמנים המחוברים אליו מעל ומתחת למישור הקשר. תשובה: (I) מתקבל פולי וניל כלוריד (II) מתקבל טפלון (III) מתקבל פולי מתיל מתאקרילט

25. מעט על בנזן הבנזן הבנזן היא מולקולה טבעתית שנוסחתה המולקולרית C6H6. במולקולה זו קיימת תופעה הנקראת אל-איתור, הדומה לתופעה הקיימת בגרפיט. כל אטום פחמן בטבעת קשור בקשר קוולנטי לשני אטומי פחמן שכנים ולעוד אטום מימן. נוסף על כך, לכל אטום פחמן יש אלקטרון אחד לא מאותר שיכול לעבור מפחמן לפחמן בטבעת. אפשר לייצג את הבנזן בכמה דרכים: מבנה הטבעת: הטבעתמישורית וקשיחה, אורכי הקשר בין הפחמנים שווים זה לזה ואורכם הוא בין קשר כפול לקשר יחיד. אפשר למצוא טבעות בנזן במבנה של פולימרים רבים כקבוצות צדדיות או כחלק מעמוד השדרה של שרשרות הפולימר. דוגמה: פוליסטירן הוא פולימר המתקבל מן המונומר: נוסחה המבליטה את תופעת האל-איתור. האלקטרונים עוברים מפחמן לפחמן בטבעת נוסחה המבליטה מצב של קשרים כפולים לסירוגין שמתחלפים

26. סיכום • פולימר - הוא חומר המורכב ממקרומולקולות רבות. • יש שתי שיטות להכנת פולימרים – סיפוח ודחיסה. • פולימרים של סיפוח מכינים ממונומרים בעלי קשר כפול. • לרוב, פולימר סיפוח יכיל עמוד שדרה המורכב מאטומי פחמן בלבד. • לפולימרים השונים בכל שיטות הפילמור יש שרשרות בעלות אורך שונה. מושגים חשובים: מקרומולקולה, מונומר, פולימר, יחידה חוזרת, פלסטיק, פילמור בסיפוח, יזם, זרז זיגלר נאטא, פולימר גבה /נמוך צפיפות