CHEMIA ORGANICZNA
Teorię należy przygotować wg wykładów lub z podręcznika  Chemia dla inżynierów
POLIMERY
Polimeryzacją nazywamy reakcję łączenia się pewnej liczby cząsteczek niektórych związków
organicznych w duże cząsteczki - makromolekuły. Cząsteczki mające zdolność do takich reakcji
nazywamy monomerami, a powstajÄ…ce w wyniku reakcji makroczÄ…steczki - polimerami. MogÄ… siÄ™
one składać z kilku, kilkudziesięciu lub kilkuset tysięcy monomerów, mają zatem bardzo dużą masę
cząsteczkową. Umownie przyjęto zaliczać do tej klasy związki o masie cząsteczkowej przekraczającej
10 000 u.
Ze względu na mechanizm reakcji powstawania polimerów rozróżnia się:
- polimeryzacjÄ™ addycyjnÄ…
- polimeryzacjÄ™ kondensacyjnÄ…
Polimeryzacja addycyjna zachodzi gdy jednakowe czÄ…steczki proste Å‚Ä…czÄ… siÄ™ kolejno w
długie łańcuchy, przy czym nie wydziela się żaden produkt uboczny. Tego typu reakcji ulegają
cząsteczki związków organicznych posiadające wiązania wielokrotne np. C=C, Ca"C, C=O, a łączenie
ich zachodzi kosztem rozpadu wiązań wielokrotnych. Tak na przykład etylen, typowy związek zdolny
do polimeryzacji addycyjnej, przechodzi w polietylen w wyniku dodawania siÄ™ wielu czÄ…steczek i
łączenia się w długi łańcuch:
n H2C = CH2 (C2H4)n
Zdolność do takiej wielokrotnej reakcji uzyskuje się dzięki aktywacji etylenu. Aktywacja ta polega na
pękaniu wiązania podwójnego w cząsteczce etylenu
H
H
H
H
C C
*C C
*
H
H
H
H
Elektrony uwolnione w ten sposób z jednej wiążącej pary elektronowej w cząsteczce (oznaczone
gwiazdkami) stajÄ… siÄ™ zdolne do wiÄ…zania innych aktywowanych czÄ…steczek etylenu.
H H
H
H H
H
H
H
...
...
C C
CC
*C C +
* *C C
*
H
H H
H
H
H
H H
n CH2 = CH2 [ - CH2  CH2 - ] n
Powstały produkt nazywamy polietylenem.
Polimeryzacja kondensacyjna polega na łączeniu się jednakowych lub różnych cząsteczek
monomerów z równoczesnym wydzieleniem produktów ubocznych, np H2O, HCl lub innych.
Polimeryzacja tego typu może zachodzić tylko wtedy, gdy cząsteczka monomeru ma przynajmniej
dwie grupy funkcyjne. Rozróżnia się:
- homopolikondensację, gdy w reakcji bierze udział jeden rodzaj monomeru oraz
- heteropolikondensację, gdy monomery są różne.
Pod względem zachowania się podczas ogrzewania polimery można podzielić na:
- termoplastyczne
- duroplastyczne.
Polimery termoplastyczne można wielokrotnie podgrzewać, wskutek czego miękną i dają się
formować. Po oziębieniu sztywnieją dając twarde kształtki.
Polimery duroplastyczne ulegajÄ… po ogrzaniu nieodwracalnym przemianom i raz
ukształtowane zachowują po oziębieniu trwałą sztywność, nie ustępującą przy ponownym ogrzaniu.
Określone kształty można więc obrabiać tylko mechanicznie. Niektóre duroplasty mogą także
twardnieć bez uprzedniego podgrzania, a jedynie pod wpływem czynników chemicznych. Takie
tworzywa nazywajÄ… siÄ™ chemoutwardzalnymi.
W przyrodzie występuje wiele naturalnych polimerów. Należą do nich występujące
powszechnie białka, celuloza, skrobia. Znacznie większą rolę spełniają dziś w życiu gospodarczym i
technicznym syntetyczne polimery. Do ważniejszych z nich, otrzymanych na drodze polimeryzacji
addycyjnej należą:
Polietylen o wzorze [ -CH2 çÅ‚ CH2 -] n , którego polimeryzacjÄ™ omówiono już wczeÅ›niej. Jest
on tworzywem termoplastycznym stosowanym szeroko na folię do opakowań, izolację elektryczną,
artykuły użytku codziennego itd.
Polichlorek winylu (PCW) - powstaje przez polimeryzacjÄ™ chlorku winylu:
n CH2 = CHCl çÅ‚ [ çÅ‚ CH2 çÅ‚ CHCl çÅ‚ ] n
PCW jest materiałem termoplastycznym odpornym na działanie niektórych odczynników
chemicznych. Stosowany jest na płytki podłogowe (winidur), rury, izolacje elektryczne i różne
przedmioty użytku codziennego.
Politetrafluoroetylen (PTFE - teflon)
n CF2 = CF2 çÅ‚ [ çÅ‚ CF2 çÅ‚ CF2 çÅ‚ ] n
Charakteryzuje wysoką odpornością chemiczną, wyjątkowo małą zwilżalnością, bardzo
dobrymi własnościami dielektrycznymi i niskim współczynnikiem tarcia. Dzięki tak licznym zaletom
teflon ma szerokie zastosowanie. Jest typowym termoplastem, mięknie jednak dopiero przy ok. 285oC,
można go więc stosować również w wysokich temperaturach.
Polimetakrylan metylu
CH3COO CH3COO
CH2 C CH2 C
n
CH3 CH3 n
Znany jest jako szkło organiczne   plexi . Jest termoplastycznym, przez
roczystym ciałem
stałym, dającym się obrabiać mechanicznie i odpornym na działanie chemikaliów.
Polistyren
n
CH2 CH
CH
CH2
n
Jest termoplastycznym przez
roczystym tworzywem stosowanym do produkcji wyrobów
codziennego użytku, a w postaci spienionego polistyrenu jako materiał izolacyjny i dz
więkochłonny.
Do ważniejszych polimerów otrzymanych na drodze polimeryzacji kondensacyjnej należą:
Żywica mocznikowo-formaldehydowa należy do grupy aminoplastów, powstaje w wyniku
kondensacji mocznika i formaldehydu w środowisku zasadowym. Reakcja to jest przykładem
heteropolikondensacji.
H2N çÅ‚ CO çÅ‚ NH2 + 2HCHO çÅ‚ HO çÅ‚ CH2 çÅ‚ NH çÅ‚ CO çÅ‚ CH2OH (dimetylomocznik)
n HO çÅ‚ CH2 çÅ‚ NH çÅ‚ CO çÅ‚ CH2OH çÅ‚ [ çÅ‚ O çÅ‚ CH2 çÅ‚ NH çÅ‚ CO çÅ‚ CH2 çÅ‚ ]n + nH2O
Aminoplasty znalazły zastosowanie w produkcji laminatów, klejów, spoiw, przedmiotów
impregnujących oraz przedmiotów formowanych.
Przykładem homopolikondensacji może być poliestryfikacja hydroksykwasów, tj. kwasów,
które obok grupy karboksylowej mają w łańcuchu grupy hydroksylowe:
n HO çÅ‚ R çÅ‚ COOH çÅ‚ [ çÅ‚ R çÅ‚ COO çÅ‚ ]n + nH2O
Warto podkreślić, że żywice syntetyczne w tym również mocznikowo-formaldehydowe i
fenolowo-formaldehydowe znalazły szerokie zastosowanie w odlewnictwie jako spoiwa mas
formierskich i rdzeniowych. Obecnie, mając na uwadze względy ekologiczne, przy doborze
odpowiednich spoiw w technologiach odlewniczych zwraca się szczególną uwagę na rodzaj
stosowanych żywic i ich utwardzaczy. Istotnym bowiem jest, aby produkty wydzielające się w wyniku
wysokotemperaturowego rozkładu mas w procesie zalewania odlewów nie były toksyczne dla
otoczenia.
CZ
ŚĆ DOŚWIADCZALNA
Ćw.1. Wykrywanie grupy hydroksylowej w etanolu (reakcja jodoformowa Liebena)
Sprzęt: -probówki Odczynniki; -alkohol etylowy
- statyw -2M NaOH
-płyn Lugola (I2 w KI)
Opis ćwiczenia
Do około 1 cm3 rozcieńczonego alkoholu etylowego dodać taką samą ilość roztworu NaOH i płynu
Lugola do uzyskania jasnożółtego zabarwienia. Po ogrzaniu mieszaniny do 60o C, wytrąca się
jasnożółty osad jodoformu. Roztwór posiada charakterystyczny zapach środków dezynfekcyjnych
stosowanych w szpitalach.
2NaOH + I2 NaOI + NaI + H2O
O
+
H2O
CH3 CH2 OH NaOI CH3 C + NaI +
H
etanal
O
O
+ 3
CH3 C NaOI
I3C C + 3
NaI + 3
H2O
I
H
jodal
O
+ NaOH
I3C C
CHI3 + HCOONa
H
jodoform
Ćw. 2. Wykrywanie grupy aldehydowej.
2.1. Reakcja Tollensa (lustra srebrowego)
Sprzęt: - probówka Odczynniki: - 0,05 M AgNO3
- statyw - 2 M NH4OH
- zlewka - aldehyd (np. mrówkowy)
Opis ćwiczenia
Do czystej probówki wlać 1cm3 roztworu AgNO3 i ostrożnie tyle roztworu NH4OH, aż wytrącający się
osad ulegnie rozpuszczeniu. Do mieszaniny dodać 1cm3 roztworu aldehydu. Próbkę z zawartością
zanurzyć w zlewce z gorącą wodą. Na ściankach probówki osadza się błyszcząca warstwa
metalicznego srebra (lustro srebrowe). Zachodzą następujące reakcje:
AgNO3 + 2 NH4OH = [Ag(NH3)2] OH + HNO3 + H2O
O
O
++
2 2
[Ag(NH3)2]OH Ag + 4NH3
R + H2O
C R
C
H
O H
2.2. Reakcja Fehlinga
Odczynnik Fehlinga zawiera jon Cu2+ w postaci związku kompleksowego, który powstaje ze
zmieszania roztworów Fehlinga I i II. Reaguje on z aldehydami w reakcji redoksowej, gdzie jony Cu2+
redukujÄ… siÄ™ do Cu+, zaÅ› aldehyd utlenia siÄ™ do kwasu.
O
O
R
C ++
2 H2O
+2 Cu(OH)2 CuOH
R
C
H
O H
2CuOH Cu2O + H2O
Sprzęt: - probówki Odczynniki: - roztwór Fehlinga I (roztwór CuSO4)
- statyw - roztwór Fehlinga II (alkaliczny roztwór winianu
sodowo-potasowego)
- roztwór zawierający aldehyd (np. mrówkowy)
Opis ćwiczenia
Do probówki wlać po1cm3 roztworów Fehlinga I i II i dodać 1 cm3 badanego roztworu
aldehydu. Roztwór ostrożnie ogrzać do wrzenia. W razie obecności grupy aldehydowej z roztworu
wydziela siÄ™ ceglasty osad Cu2O.
Ćw. 3. Wykrywanie grupy ketonowej
3.1. Reakcja jodoformowa Gunninga
Sprzęt: - probówka Odczynniki: - 2 M NH4OH
- statyw - płyn Lugola
- keton (np. aceton)
Opis ćwiczenia
Do 1 cm3 roztworu NH4OH dodać 0,5 cm3 ketonu i kroplami dodawać płynu Lugola do
pojawienia się żółtego osadu jodoformu.
CH3  CO CH3 + I2 + 4NH4OH = CHI3 + CH3COONH4 + NH4I + 3H2O
Reakcja ta służy do wykrywania ketonów zawierających grupę CH3CO.
3.2. Reakcja Legala
Sprzęt: - probówka Odczynniki: - 2 M NaOH
- statyw - nitroprusydek sodu
- keton (np. aceton)
Opis ćwiczenia
Do 1cm3 wodnego roztworu ketonu dodać kilka kropli świeżo sporządzonego 5% roztworu
nitroprusydku sodu i kilka kropli roztworu NaOH. Rubinowo czerwona barwa roztworu po pewnym
czasie przechodzi w żółtą. Roztwór po zakwaszeniu stężonym CH3COOH przyjmuje zabarwienie
purpurowe lub niebieskie.
Ćw. 4. Wykrywanie grupy karboksylowej
Sprzęt: - probówka Odczynniki: - kwas octowy
- statyw - alkohol etylowy bezwodny
- H2SO4 stężony
Opis ćwiczenia
W probówce ogrzewać mieszaninę składającą się z 1cm3 kwasu octowego CH3COOH , 1 cm3
alkoholu etylowego C2H5OH i i kilku kropli stężonego kwasu siarkowego(VI). Otrzymany ester posiada
charakterystyczny zapach owoców. Zachodzi reakcja
CH3COOH + C2H5OH = CH3COOC2H5 + H2O
Ćw. 5. Otrzymywanie żywicy mocznikowo formaldehydowej
Sprzęt: - parowniczka Odczynniki: - mocznik
- szkiełko zegarkowe - formalina
- bagietka - KMnO4 roztwór nasycony
Opis ćwiczenia
Do parowniczki wlać 2 cm3 formaliny i dodać 2g mocznika. Ogrzewać do rozpuszczenia
mocznika, a następnie dodać kilka kropli nasyconego roztworu KMnO4 i mieszać. Płynną masę wylać
na szkiełko zegarkowe. Po ostygnięciu masa plastyczna zestala się.
PYTANIA KONTROLNE
1. Budowa związków organicznych
2. Podział związków organicznych
3. Omówić wiązanie występujące w pierścieniu aromatycznym
4. Wymienić węglowodory aromatyczne zawierające 2 lub więcej pierścieni
5. Jakie znasz alkohole wielowodorotlenowe?
6. Co to sÄ… fenole?
7. Jak otrzymuje siÄ™ aldehydy?
8. Co to sÄ… etery i jak powstajÄ…?
9. Kwasy karboksylowe i ich pochodne
10. Na czy polega reakcja estryfikacji?
11. Na czym polega polimeryzacja addycyjna? kondensacyjna?
12. Napisać kilka przykładów polimeryzacji addycyjnej.
13. Co to sÄ… termoplasty? durplasty?
Sprawozdanie z ćwiczeń
2005/06 Nazwisko, imiÄ™ Zaliczenie
Wydz.
Temat: CHEMIA ORGANICZNA. POLIMERY.
Nr
Tytuł ćwiczenia Reakcje Obserwacje, wnioski
ćw.
1
2.1
2.2
3.1
3.2
4
5