Роль і місце фізичних методів дослідження при вивченні деяких розділів хімії високомолекулярних

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Роль і місце фізичних методів дослідження при вивченні деяких розділів хімії високомолекулярних сполук у школі і у вузі

Зміст
Введення
Глава 1. Фізичні методи дослідження в хімії
1.1 Хімічні та фізичні властивості молекул і речовин
1.2 Класифікація фізичних методів дослідження в хімії
1.2.1 Спектроскопічні методи
1.2.2 Лазерна спектроскопія
1.2.3. Дифракційні методи
1.2.4 Оптичні методи
1.2.5 Мас - спектрометрія і спектроскопія електронів
1.2.6 Спектроскопічні інтерференції
1.2.7 Діелькометрія і магнетохімія
1.2.8 Інтеграція різних фізичних методів
Глава 2. ФМІ в дослідженні ВМС
2.1 Метод вивчення релаксації напруги
2.2 Метод визначення динамічних механічних характеристик еластомерів
2.3 Вимірювання напруги при деформації
2.4 Міцність і модуль пружності при згині
2.5 Випробування на міцність при ударі
2. 6 Світлова (оптична) мікроскопія
2.7 Електронна мікроскопія
2.8. Рентгеноструктурний аналіз
2.9 Електронографія
2.10 Дослідження полімерів методом УФ-спектроскопії
2.11. Оптичні випробування
2.12 Інфрачервона спектроскопія (FTIR)
Глава 3. Експериментальна частина
3.1 Мої уроки
Урок 1. Тема урок. Поняття про високомолекулярних з'єднаннях
Урок 2. Тема. Синтетичні волокна
Урок 3. Тема. Розпізнавання пластмас і хімічних волокон
3.1.1 Констатуючий зріз знань
3.2 Викладення матеріалу в КБГУ
3.2.1 Вступне заняття на тему: «Полімери»
3.2.2 Закріплення знань матеріалами лекції
3.2.3 Завершальний контроль знань по темі
3.3 Семінарське заняття. Рішення задач

3.4 Контрольний зріз знань (1 рейтингова точка) Тести

Обговорення результатів. Висновки
Література

Введення
Актуальність роботи полягає в тому, що і в шкільному та у вузівських курсах хімії дуже великий відсоток теоретичних знань про структуру і властивості високомолекулярних з'єднань. І це має місце при тому, що фізичні методи дослідження при їх оптимальному використанні при вивченні курсу могли б вельми істотно підвищити ефективність викладання і максимально наблизити знання студентів і школярів до реальної структури досліджуваних речовин. Фізичні методи дослідження, що включаються в зміст курсу хімії ВМС, не тільки дають уявлення про методи їх використання, а й значно розширюють загальний кругозір учнів. Необхідність такого використання ФМІ випливає ще й з міждисциплінарної сутності проблеми вивчення фізики і хімії високомолекулярних сполук.
Гіпотеза роботи - ми припустили, що збільшення відносного вкладу відомостей про фізичних методах дослідження у відповідні розділи хімії ВМС як у ВНЗ, так і школі дозволить оптимізувати зміст і підвищити якість навчально-виховної роботи.
Мета роботи - теоретичний пошук та експериментальні дослідження ролі і місця фізичних методів дослідження при вивченні деяких розділів хімії високомолекулярних сполук у школі і у ВНЗ.
Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:
1. Провести аналітичний огляд літературних даних по сучасних фізичних методів дослідження полімерів.
2. Проаналізувати методичні матеріали преподаваної теми «Високомолекулярні сполуки».
3. Враховуючи досліджуваний матеріал розробити різні підходи до проведення занять по даній темі в шкільному та вузівському курсі.
4. Оцінити ефективність розроблених методичних підходів після проведення уроків за результатами підсумкового тестування.
Об'єкт дослідження - навчально-виховний процес, реалізований в середній школі і на університету.
Предмет дослідження - вибір відповідних форм організації занять, що забезпечують використання ФМІ при вивченні дисципліни «Хімія високомолекулярних сполук».
Новизна роботи - вперше поставлено завдання увелічеія обсягу відомостей про ФМІ у змісті курсу «Хімія високомолекулярних соедінеій» крім спеціальної дисципліни «Фізичні методи дослідження»
Практична значимість - Робота проводилася в рамках циклу досліджень, які ведуться на кафедрах хімії високомолекулярних сполук та педагогіки і психології і відразу безпосередньо впроваджена в навчальну дисципліну.

Глава 1. Фізичні методи дослідження в хімії
Найважливішою особливістю сучасної хімії є використання нових фізико-хімічних та фізичних методів дослідження. Поряд з класичними характеристиками речовин такими, як елементний склад, щільність, температура плавлення і кипіння, показник заломлення, активно використовуються структурні методи (рентгеноструктурний аналіз, електронографа, Нейтронографія), спектроскопічні методи в широкому діапазоні довжин хвиль електромагнітного випромінювання (до нових методів можна віднести радіоспектроскопія і лазерну спектроскопію). Важливе значення в хімії мають мас-спектрометрія та інші методи.
1.1 Хімічні та фізичні властивості молекул і речовин
В основі визначення хімічних властивостей знаходиться молекулярна та структурна формули речовин і реакційна здатність. Узагальнення хімічного експерименту дозволило створити теорію хімічної будови. Ця теорія істотно збагатила науку про речовини, якою користуються в багатьох інших галузях знань.
Багато хто з хімічних властивостей прямо або побічно пов'язані з фізичними властивостями. Існують довідники, в яких наводяться всі ці різноманітні фізичні властивості. Ці властивості важливі самі по собі як характеристики речовини і для вивчення взаємозалежності самих цих властивостей. Так, відомо відмінність атомної структури алмазу і графіту, а також їх механічних властивостей.
Важливо відзначити, що, на жаль, теорія хімічної будови дає якісну або в кращому випадку напівкількісний картину з'єднання атомів у молекулі. Фізичні величини мають певні числові характеристики. Тому ми можемо в плані визначення хімічної будови говорити про відповідність або кореляції фізичних величин і характеристик хімічної будови.
Особливе значення фізичні методи мають для цілей визначення складу речовин, тобто для аналітичної хімії. Це особливий розділ застосування фізичних методів у хімії. Часто важко розділити дослідження складу та повної ідентифікації речовини. Більшою мірою у статті розглядають питання ідентифікації та особливостей хімічної будови речовин на основі фізичних методів. У силу особливостей фізичних взаємодій з речовиною немає єдиного методу, який дозволяв би визначати всі або дуже велике число фізичних величин. Можна говорити про спеціалізацію у використанні фізичних методів дослідження.
1.2 Класифікація фізичних методів дослідження в хімії
Класифікація методів не може бути абсолютно суворої, оскільки не завжди вдається виділити специфічні властивості, що визначаються даним методом. Але в цілому, можливо, оцінити найбільш важливі характеристики методів дослідження [1].
1.2.1 Спектроскопічні методи
У більшості цих методів вимірюють залежність інтенсивності випромінювання I, що пройшов через речовину або розсіяне речовиною, від частоти v, т.е.определяют функцію I (v).
Найбільше поширення для ідентифікації речовин отримали коливальні та електронні спектри, лазерна спектроскопія, а також спектри ядерного магнітного резонансу.
У коливальної спектроскопії важливо мати повний інтервал частот від дуже низьких, характерних для крутильних коливань, до високих значень. Частоти коливальних спектрів використовуються також для розрахунку силових полів молекул, тобто для визначення різного типу сил взаємодії атомів в молекулі. Так звані силові постійні для значного числа груп атомів мають властивість переносимості, тобто сталістю в рядах подібних за будовою молекул.
Електронна спектроскопія є дуже чутливим і зручним методом для визначення спектрів поглинання, пропускання і віддзеркалення, вивчення кінетики реакції, що супроводжуються спектральними змінами. У звичайних умовах спектри мають дифузний характер, що обмежує їх застосування речовинами, що мають хромофорні групи. Ці спектри дозволяють встановлювати наявність тих чи інших груп у молекулі, тобто здійснювати груповий аналіз, вивчати вплив замісників на електронні спектри та будова молекул, досліджувати таутомерію та інші перетворення.
Метод ядерного магнітного резонансу (ЯМР) заснований на взаємодії зовнішнього магнітного поля з ядрами для яких спінове квантове число дорівнює ½, а також для ряду ядер зі спінові квантовим числом, більшим ½. Одні й ті ж ядра атомів у різних середовищах в молекулі показують різні сигнали ЯМР. Відмінність такого сигналу ЯМР від сигналу стандартного речовини дозволяє визначити так званий хімічний зсув, який обумовлений хімічною будовою досліджуваного речовини. У методиках ЯМР є багато можливостей визначати хімічної речовини. У методах ЯМР є багато можливостей визначати хімічну будову речовин, конформації молекул, ефекти взаємного впливу, внутрішньомолекулярні перетворення і т.п.
1.2.2 Лазерна спектроскопія
Лазерна спектроскопія дозволяє дослідити речовини на атомно-молекулярному рівні з високою чутливістю, вибірковістю, спектральним і тимчасовим дозволом. У залежності від типу взаємодії світла з досліджуваним речовиною, методи лазерної спектроскопії поділяють на лінійні, засновані на одноквантових лінійному взаємодії і нелінійні, засновані на нелінійному одноквантових або Багатоквантові взаємодії. У спектральних приладах використовують лазери з перебудовуваною частотою - від далекої ІЧ області до вакуумного УФ, що забезпечує збудження майже будь-яких квантових переходів атомів і молекул. Перебудовуються лазери з вузькою смугою випромінювання, зокрема, інжекційні лазери в ІЧ області і лазери на барвниках у видимій області (а в поєднанні з нелінійним перетворенням частоти - у ближній УФ та ближній ІЧ областях) дають можливість вимірювати справжню форму спектра поглинання зразка без будь- якого впливу спектрального інструменту. Використання лазерів, підвищує чутливість всіх відомих методів спектроскопії (абсорбційних, флуоресценції і т.д.) як для атомів, так і для молекул. На основі таких лазерів були розроблені принципово нові високочутливі методи: внутрірезонаторними лазерної спектроскопії, когерентного антистоксовой комбінаційного розсіювання, резонансної фотоіонізаційні лазерної спектроскопії. Останній метод заснований на резонансному порушенні частки імпульсним лазерним випромінюванням, частота якого точно налаштована на частоту резонансного переходу, і подальшої іонізації збудженої частки шляхом поглинання одного або декількох фотонів з додаткового лазерного імпульсу. При достатній інтенсивності лазерних імпульсів ефективність резонансної фотоіонізації близька до 100%, така ж ефективність реєстрації іона електронним помножувачем. Це забезпечує високу чутливість методу і можливість детектування слідів елементів у зразках на рівні 10 -10 -10 -12% у звичайних експериментах, а в спеціальних - на рівні одиночних часток. Висока інтенсивність випромінювання дозволяє здійснювати нелінійна взаємодія світла з атомами й молекулами, за рахунок чого значна частина часток переведена в збуджений стан, а також стають вірогідними заборонені одноквантових і Багатоквантові резонансні переходи між рівнями атомів і молекул, неспостережний при слабкій інтенсивності світла.
Застосування лазерів у спектроскопії різко підвищило можливість традиційних методів, крім того, дозволило створити методи, засновані на принципово нових фізичних принципах. Чутливість спектроскопічних методів доведена до граничного рівня, обмеженого реєстрацією одиничних атомів і молекул. Методи лазерної спектроскопії використовуються в лазерній хімії, лазерному поділі ізотопів.
Голографія (від грецького holos - весь, повний, grapho - пишу) - спосіб запису і відновлення хвильового поля, заснований на реєстрації інтерференційної картини, яка утворена хвилею, відображеної предметом, висвітлюваною джерелом світла (предметна хвиля), та когерентної з нею хвилею, що йде безпосередньо від джерела світла (опорна хвиля). Зареєстрована інтерференційна картина називається голограмою.
Голограма, освітлена опорною хвилею, створює таке ж амплітудно-фазовий просторовий розподіл хвильового поля, яке створювала при записі предметна хвиля. Таким чином, голограма, за рахунок дифракції опорної хвилі на записаній в ній інтерференційної картини, перетворить опорну хвилю в копію предметної.



1.2.3 Дифракційні методи
У дифракційних методах використовуються хвильові властивості випромінювання і потоку частинок електронів і нейтронів. Хвильові властивості рентгенівських променів були відкриті в 1912 році німецьким фізиком Лауе. Він заклав основи рентгеноструктурного аналізу. У 1927 році експериментально підтверджено явище дифракції електронів. Пізніше відкрита дифракція нейтронів.
Найбільш широке застосування в хімії знайшли два методи:
1. Рентгеноструктурний аналіз, який дозволяє визначати координати атомів в тривимірному просторі кристалічних речовин від найпростіших сполук типу NaCI до складних білків.
2. Газова електронографа, за допомогою якої визначають геометрію вільних молекул в газах, тобто молекул, не схильних до впливу сусідніх молекул, як це має місце в кристалах [1-4].
1.2.4 Оптичні методи
Суть методу грунтується на взаємодії речовини з середовищем, а в якості середовища мають електромагнітні хвилі оптичного діапазону. У результаті взаємодії відбувається зміна властивостей речовин, що вступили в реакцію.
Застосовується два загальних способу вимірювання:
1) На око
2) Інструментальний метод
При взаємодії речовини з електромагнітними хвилями можна зафіксувати наступні зміни:
- Кут заломлення, який обумовлений поляризацією молекул речовини
- Поглинання світла речовиною
- Електрична провідність, яка може змінюватися і т. д.
Діапазон е. \ м хвиль l = 100 - 100 `000 м
J = з / l [гц] V = 1 / l [см -1]
Для оптичних методів аналізу притаманні такі характеристики, як коефіцієнт заломлення, оптична щільність і т.д.

L = k ּ c

Електромагнітне
випромінювання
Ультрофиолетовое
Візуальний
(Видимий)
Інфрачервоний
λ = 100 - 100000нм
100 - 360
380 - 760
760 - 100000
Весь спектр володіє різними властивостями.
Є методи, що грунтуються на поглинанні світла речовиною. Поглинати світло можуть молекули і іони.
1) колориметрія
2) фотоколориметрія
3) спектрофотометрія (використовує весь діапазон) отримують спектр речовини
Також може поглинатися атомами речовини - атомноабсоркціонний метод.
Речовини, що перебувають у стані плазми (висока t), можуть самі випромінювати світло.
Атомно-емісійний спектральний аналіз - практично найпоширеніший експресний високочутливий метод ідентифікації та кількісного визначення малих вмісту елементів. Важливим достоїнством методу в порівнянні з іншими оптичними спектральними, а також багатьма хімічними та фізико-хімічними методами аналізу є можливість одночасного кількісного визначення великої кількості елементів у широкому інтервалі концентрацій з прийнятною точністю при використанні малої маси проби.
Достоїнствами методу атомно-флуоресцентного аналізу є порівняно низький рівень фону, висока селективність вимірювань, малі спектральні перешкоди, що дозволяє детектувати слабкі аналітичні сигнали і відповідно дуже малі абсолютні кількості елементів. До недоліків методу атомно-абсорбційної і певною мірою атомно-флуоресцентної спектрометрії слід віднести затруднительность одночасного визначення декількох елементів.
З точки зору можливості визначення ультрамалих абсолютних вмісту елементів-домішок (# 10-11-10-12 г) з оптичних атомно-спектральних методів заслуговують особливої ​​уваги нові атомно-флуоресцентні та атомно-іонізаційні методи з порушенням і іонізацією атомів з допомогою лазерів на барвниках, а також деякі сучасні варіанти оптичних атомно-емісійного та атомно-абсорбційного методів аналізу. Останнім часом широкого поширення набув атомно-емісійний аналіз з порушенням спектрів в високостабільних індуктивно-зв'язаною плазмі (ІСП-АЕС). Сучасні аналізатори на основі цього методу зазвичай включають поліхроматор з гратами ешелле і приймачі з зарядовим зв'язком. Така оптична схема дозволяє одночасно реєструвати всі спектральні лінії в ультрафіолетовому та видимому діапазонах. Програмне забезпечення сучасних ІСП-АЕС-аналізаторів здатне автоматично розраховувати концентрацію елементів, що визначаються за інтенсивністю їх спектральних ліній з корекцією фону і можливих спектральних накладень. Відповідно такі аналізатори відрізняються високою точністю і продуктивністю.
Полум'яна фотометрія заснована на випромінюванні (емісійний метод) світловий енергії елементів у полум'ї.
При фотометрії полум'я аналізований розчин стисненим повітрям або киснем у вигляді аерозолю вводять в полум'я газового пальника. При наявності в розчині іонів легковозбуждаемих елементів полум'я забарвлюється внаслідок характерних випромінювань, які фіксуються фотоелементом. Виникає фотострум вимірюється чутливим гальванометром.

Рис. 1. Схема емісійного полум'яного фотометра:
1 - компресор; 2 - стакан з аналізованих розчином; З - розпилювач; 4 - вентиль, регулюючий подачу газу; 5 - манометр; б - промивалки; 7 - пальник; 8 - увігнуте дзеркало, 9 лінза; 10 - світлофільтр (монохрому тор) ; 11-фотоелемент (фотопомножувач); 12 - підсилювач, 13 - стрілочний гальванометр.
1.2.5 Мас-спектрометрія і спектроскопія електронів
Ця група методів відрізняється від попередніх тим, що в результаті взаємодії будь-якого падаючого випромінювання або потоку частинок. Так, у мас-спектрометрії падаючим потоком може бути потік електронів, ультрафіолетове випромінювання, потік заряджених атомів або молекул, тобто іонів, які породжують потоки молекулярних іонів, що вийшли в результаті розпаду молекулярного іона.
Методом мас-спектрометрії визначають молекулярні маси, ідентифікують речовини, встановлюють хімічну будову речовин, вивчають теплоти випаровування і реакції, механізми хімічних реакцій, вимірюють потенціали іонізації і енергії розриву хімічних зв'язків.
Мас-спектрометрія є метод дослідження речовин, заснований на визначенні маси (точніше, величини т / г) і відносної кількості іонів, утворених з молекул, підданих іонізації. Прилади, що дозволяють отримати мас-спектри, називаються мас-спектрометрами.
Кожен мас-спектрометр незалежно від деталей конструкції складається з наступних основних елементів:
1) системи введення речовини в прилад;
2) джерела іонів, призначеного для отримання іонів з аналізованих речовин;
3) мас-аналізатора, призначеного для поділу іонів 2 по масам (вірніше, по відношенню маси до заряду - т / г);
4) детектора і реєструючого пристрою, призначеного для реєстрації кількості утворюються іонів різної маси;
5) вакуумної системи, яка забезпечує необхідний вакуум у приладі.
Схематичне зображення пристрою мас-спектрометра наведено на рис. 2. Перш за все досліджувану речовину треба іонізувати. Найбільш поширеним методом іонізації в органічній мас-спектрометрії є бомбардування речовини електронами в газовій фазі. Система введення речовини в прилад необхідна для перекладу досліджуваного з'єднання в газову фазу і безперервної подачі його з постійною швидкістю (так зване мономолекулярні натікання) на джерело іонів 1, де відбувається іонізація. У джерелі іонів в умовах глибокого вакууму (10-5-10-9 мм рт. Ст.) Електрони, що емітуються розпеченим катодом 2, отримують за рахунок прискорення між зарядженими пластинами певну енергію (зазвичай 70 еВ). Проходячи через розріджений газ, ці електрони зіштовхуються з молекулами досліджуваної речовини. Як тільки енергія електронів опиниться декілька вище потенціалу іонізаціі3 (9-12 еВ), стає можливим процес іонізації.

Рис 2. Схема пристрою однофокусні мас-спектрометра:
1 - джерело іонів; 2 - джерело електронів - катод, 3 - прискорювальні пластини; 4 - мас - аналізатор; 5 - магніт, 6 - щілина; 7 - колектор іонів; 8 - помножувач (посилення іонних струмів); 9 - комп'ютер
Наприклад, при цій енергії процес взаємодії електрона з молекулою метану можна зобразити так:
СН 4 + е - → СН 4 + 2е -
Іон СН 4 маса якого з точністю до одного електрона дорівнює молекулярній масі метану, називається молекулярною іоном (М +).
При енергіях бомбардують електронів порядку 30-100Ев відбувається не тільки іонізація, але і розрив хімічних зв'язків у бомбардований молекулі з утворенням позитивно заряджених іонів і нейтральних осколків.
Сукупність всіх процесів, що призводять до утворення іонів різного виду, називається диссоциативной іонізацією.
Таким чином, в результаті диссоциативной іонізації в джерелі іонів утворюються позитивні іони з різною масою. Всі ці іони виштовхуються електричним полем з камери, формуються в пучок і, прискорюючись різницею потенціалів в 2-4кВ, вилітають у мас-аналізатор 4, у якому тим або іншим способом діляться на групи або пучки іонів так, що в кожній з круп містяться тільки іони однієї і тієї ж маси.
Змінюючи напруженість магнітного поля H при постійному ускоряющем напрузі U, можна послідовно подавати на колектор реєструючого устрою 7 іони з тією чи іншою масою. Таким чином здійснюється розгортка спектру [3, 5-7].
1.2.6 Спектроскопічні інтерференції
З моменту початку використання індуктивно-зв'язаної плазми для елементного аналізу, цей метод іонізації розвинувся в найуспішніший з усіх використовуваних. На початку він використовувався як метод збудження в поєднанні з емісійної спектроскопією. В останні 15 років він широко використовується в якості джерела іонів для мас-спектрометрії. Певні технічні проблеми, пов'язані з відбором іонів із плазми, були успішно вирішені і комбінація джерела з індуктивно-зв'язаною плазмою і мас-спектрометра почала широко розповсюджуватися.
У індуктивно-зв'язаною плазмі іони генеруються при атмосферному тиску, у той час як мас-спектрометр працює при тиску менше ніж 10 -5 мБар. Між ІСП і МС використовується інтерфейс у вигляді "вузького горла", за допомогою якого витягуються іони з плазми і здійснюється перепад тисків. На початку розвитку ІСП / МС в каечтве інтерфейсу просто використовувалося витягнуте носиком отвір діаметром всього 50-70 мкм, охолоджуване водою. Проблема, пов'язана з такою конструкцією полягала в тому, що холодні прикордонні шари попереду конуса сприяли генерації великої кількості сторонніх іонів. Цю проблему вдалося подолати шляхом збільшення діаметра вхідного отвору до 1 мм, що відстрочувало прикордонні шари і іони безпосередньо входили в мас-спектрометр з плазми. Ця методика відома як безперервний відбір зразка і, отже, конус називається конус зразка.
 
Рис. 3. Спрощена схема мас-спектрометра високої роздільної здатності з індуктивно-зв'язаною плазмою:
1 - ІСП джерело іонів; 2 - інтерфейс з конусом зразка і скімерним конусом; 3 - передає і фокусуються оптика; 4 - фокусування пучка іонів і прискорення; 5 - вхідна щілина; 6 - електромагніт; 7 - електростатичний сектор; 8 - вихідна щілина; 9 - конверсійний дінод; 10 - електронний помножувач
Спектроскопічні інтерференції викликаються атомними або молекулярними іонами, що мають таку ж номінальну масу, що й ізотоп аналізованого елементу.
1.2.7 Діелькометрія і магнетохімія
У залежності від величин електричних дипольних моментів або магнітних характеристик речовин зовнішні електричне і відповідно магнітне поля змінюють поведінку речовини в цих полях у порівнянні з поведінкою у відсутності поля.
Вимірювання діелектричної проникності дозволяють визначити величину електричного дипольного моменту, який характеризує полярність молекул. Крім того, величина є джерелом структурної інформації при використанні адитивних схем.
Магнетохімічні дослідження дають можливість оцінювати за ступенем парамагнетизму число неспарених електронів, в атомах речовини. Діамагнетик виштовхуються магнітним полем і ступінь цього виштовхування обумовлена ​​електронною будовою молекул і речовини. Особливо показово відмінність молярних діамагнітних сприйнятливості, паралельних і перпендикулярних площині молекул бензолу, нафталіну та інших ароматичних вуглеводнів. Це доводить існування електронних струмів в площинах ароматичних молекул.
1.2.8 Інтеграція різних фізичних методів
Фізичні величини, одержувані різними фізичними методами, дають не тільки більш повний опис фізичного стану речовин, але і більш повний опис хімічної будови речовин. Так, якщо Рентгеноструктурне дослідження не дозволило визначити координати легких атомів водню, то метод ЯМР доповнює картину хімічної будови речовин.
Рентгенографія і Нейтронографія доповнюють одне одного тим, що у рентгеноструктурних дослідженнях визначають повний розподіл електронної щільності кристалічних речовин, а в нейтронографіческіх дослідженнях - положення ядер атомів таких речовин. При спільній обробці даних рентгенографії і нейтронографії знаходять розподіл електронної щільності в хімічних зв'язках. Цього досягають тим, що з повної електронної щільності атомів речовини віднімають електронну щільність атомних кістяків, положення яких обчислюють з даних нейтронографії.
Більш надійно і повно визначаються геометричні параметри молекул речовини в газовій фазі, якщо використовують одночасно дані газової електронографії, мікрохвильової спектроскопії, коливальної спектроскопії та результати квантово-хімічних розрахунків. Тільки спільне використання даних перерахованих методів дозволяє вирішити поставлену задачу.
Полярізуємость молекул в загальному випадку виражається трьома числами, які характеризують різну полярізуємость молекул у трьох напрямках тривимірного простору. Так, молекула хлорбензолу має три так званих головних значення для поляризуемости: найбільші уздовж кільця і ​​менші в перпендикулярному напрямку. Однак для того, щоб експериментально визначити ці значення, необхідно спільно опрацювати дані з вимірювань показника заломлення, вивчити ефект Керра, знайти електричний дипольний момент.
У зв'язку з настільки складними проблемами у використанні фізичних методів має місце спеціалізація вчених. Як і в медицині, що є дуже наочним прикладом, фахівці працюють у відносно вузьких областях, які вимагають дуже глибоких знань і експериментальних навичок. Практично кожен з фізичних методів є областю спеціалізації. Однак як фізик, так і хімік, повинні мати уявлення про можливості різних методів. Хімік повинен правильно формулювати завдання. Фізик повинен не тільки вирішувати її, а й знати, як його результати зіставляти з іншими методами.
Слід відзначити ще одну важливу обставину. У зв'язку зі складністю та дорожнечею устаткування і різними можливостями методу розповсюдження і широта використання фізичних методів істотно неоднакові. Найбільш широко використовуються методи коливальної спектроскопії, мас-спектроскопії, ультрафіолетової спектроскопії і ядерного магнітного резонансу. До більш огрначенним з використання в хімічних дослідженнях відносяться методи мікрохвильової спектроскопії, ядерного гамма-резонансу, ядерного квадрупольного резонансу, газової електронографії, фотоелектронної спектроскопії та ін
У такій складній ситуації допомагає кооперація вчених, яка дозволяє вирішувати виникаючі проблеми [7,8-11].

Глава 2. ФМІ в дослідженні ВМС
В даний час загальновідома вища роль полімерних матеріалів в різних галузях практичної діяльності людини. У зв'язку з цим залишається актуальною проблема вивчення існуючих та розробки нових оригінальних методів вивчення структури і властивостей полімерів. Незважаючи на велику кількість спеціальної літератури з питань вивчення, наприклад, фізико-механічних властивостей полімерів, відчувається дефіцит методичних розробок для широкого спектру дисциплін та спецкурсів, призначених для вивчення полімерів і пластмас різного призначення.
Наведений нижче матеріал призначений для студентів хімічного відділення, що спеціалізуються з органічної хімії та хімії та фізики високомолекулярних сполук, а також може бути корисний аспірантам, інженерам і науковим працівникам.
2.1 Метод вивчення релаксації напруги
Явище релаксації - це процес переходу з нерівноважного в рівноважний стан будь-якої фізико-хімічної системи в межах одного і того ж фазового (агрегатного) стану. Швидкість процесу релаксації залежить від молекулярної рухливості елементів структури системи. Релаксаційні процеси в полімерах слід розглядати як макроскопічне прояв їх молекулярної рухливості в широкому інтервалі температур. Для релаксаційних процесів характерне зменшення швидкості їх перебігу з плином часу. Поняття "релаксаційні властивості" охоплює весь комплекс питань, пов'язаних із залежністю механічної поведінки гуми від тимчасового режиму навантаження.
Розтягування є практично найбільш важливим видом деформації, застосовуваним для оцінки механічних властивостей полімеру. У розтягнутому зразку за умови незмінною деформації, е = const, спостерігаємо процес релаксації напруги. Вивчення релаксації напруги дозволяє отримати відомості про процеси, що характеризуються великими часом (т> і 1 с). Результати випробування, отримані цим методом, піддаються найбільш ясному фізичній тлумачення і мають безпосереднє практичне додаток до резинам, працюючим в статичних умовах деформування.
Для вивчення релаксації напруги використовується прилад, показаний на рис. 4, в якому досліджуваний зразок 4 прикріплюється до нерухомого верхньому затиску 3 та рухомого нижньому затиску 5. Верхній затиск пов'язаний з вимірювальним пристроєм, що складається зі сталевої пластини 2, закріпленої консольно, і індикатора часового типу 1. Розтягування зразка і фіксування заданої деформації здійснюється за допомогою пристрою 7, пов'язаного з нижнім затиском.
При проведенні експерименту жорстка пружина 6, розпрямляючись, задає потрібну деформацію і фіксує її. Розтягнутий зразок деформує сталеву пластину 2, по величині деформації якої можна вести відлік напруги.

Рис. 4. Принципова схема статичного релаксометр

Деформація зразка не залишається суворо постійною: вона трохи збільшується в міру того, як пружний елемент зміщується при релаксації напруги. Однак, якщо жорсткість пружини набагато більше, ніж жорсткість зразка, то релаксація напруги буде визначати сталість його деформації.
Термокамера має електричний обігрів. Температура в камері підтримується з точністю ± 0,5 ° за допомогою схеми, в якій включені ЛАТР, вольтметр для регулювання напруги в залежності від температури і потенціометр КВШ-503 [12].
2.2 Метод визначення динамічних механічних характеристик еластомерів
Серед різноманітних методів вивчення полімерів одне з важливих місць займають методи, пов'язані з дослідженням поведінки полімерів в змінних механічних полях. Ці методи дозволяють вивчати температурно-частотну залежність дійсної та уявної частин комплексного модуля пружності або податливості, що дає цінну інформацію про молекулярний рух у матеріалі і не може бути отримано іншими методами.
На температурної залежності коефіцієнта механічних втрат ж при постійній частоті зазвичай проявляються кілька максимумів, що свідчить про реалізацію в цих областях деяких релаксаційних механізмів. Так, наприклад, в області переходу з стеклообразного в високоеластіческое стан механічні втрати, що характеризують внутрішнє тертя в полімерах, проходять через максимум, і спостерігається різка зміна динамічного модуля пружності, пов'язане з рухом сегментів полімерних ланцюгів. Температурно-частотна область, в якій проявляється будь-якої релаксаційний процес, називається областю дисперсії, областю переходу або областю релаксації.
У полімерах реалізуються декілька переходів, обумовлених різними релаксаційним механізмами. Прояв цих переходів значно краще спостерігати при малих частотах дії зовнішніх сил. Низькотемпературні переходи зрушуються при зростанні частоти в бік високих температур і можуть перекриватися з іншими областями дисперсії.
Часто використовується метод вимушених нерезонансних коливань, гідністю якого є незалежність частоти впливу від температури і властивостей досліджуваного матеріалу.
Метод вимушених нерезонансних коливань може застосовуватися для визначення динамічних величин матеріалів з великими втратами.
Для дослідження динамічних величин еластомерів в ряду інших методик застосовується заснована на використанні приладу ДІП (динамічний випробувач полімерів) (рис. 6), що складається з наступних основних частин: електромотора 1, редуктора 2, вібратора 3, системи для вимірювання зусилля, прикладеного до зразка і його деформації (4-7), пристрої для кріплення зразків (10, 11), термо-і кріокамер 8, системи терморегулювання 9. Він дозволяє вивчати динамічні механічні властивості полімерів в широких темпера-но економічних-частотних діапазонах в режимі вимушених нерезонансних коливань [6]. Блок-схема приладу ДІП показана на рис. 5.

Рис. 5. Блок-схема динамічного релаксометр марки ДІП:

1 - електромотор, 2 - редуктор;
3 - вібратор; 4, 5 - тензодатчики;
6 - тензоусілітель; 7 - самописець;
8 - термокамера;
9 - терморегулюючий блок;
10 - зразок; 11 - навантажувальний шток
Перевагами цього методу є: можливість варіювання частоти в широких межах, незалежність частоти від температури і властивостей досліджуваного матеріалу, а також відсутність необхідності зміни розмірів зразків при знятті частотних залежностей. Недоліком цього методу є обмеженість діапазону охоплюються частот з боку його верхньої межі.
2.3 Вимірювання напруги при деформації
Залежності напруги-деформації при розтягуванні визначають наступним чином. Зразок, що має форму подвійної лопатки, розтягують з постійною швидкістю і реєструють прикладену навантаження і подовження. Після цього обчислюють напруги і деформації:

Універсальний зразок для випробувань ISO R527


Діаграма напруг
А: Межа пропорційності.
B: Межа плинності.
З: Межа міцності.
Х: Руйнування.
0-А: Область межі текучості, пружні властивості.
Після А: Пластичні властивості.
2.4 Міцність і модуль пружності при згині ISO 178 (DIN 53452, ASTM D790)
2.5  

Рис. 6. Сучасна установка для випробувань на вигин: "Флексометр"

Міцність на вигин є мірою, яка б показала, наскільки добре матеріал чинить опір вигину, або "яка жорсткість матеріалу". На відміну від навантаження при розтягуванні, при випробуваннях на згин всі сили діють в одному напрямку. Звичайний, вільно опертий стрижень навантажується в середині прольоту: тим самим створюється трьохточкове навантаження. На стандартній машині для випробувань навантажувальний наконечник тисне на зразок з постійною швидкістю 2 мм / хв.
Для обчислення модуля пружності при згині за зареєстрованими даними будується крива залежності прогину від навантаження. Починаючи від вихідної лінійної частини кривої, використовують мінімум п'ять значень навантаження та прогину.
Модуль пружності при згині (відношення напруги до деформації) найбільш часто згадують при посиланні на пружні властивості. Модуль пружності при згині еквівалентний нахилу лінії, дотичної до кривої напруги / деформації, в тій частині цієї кривої, де пластик ще не деформувався.
Значення напруг і модуля пружності при згині вимірюються в МПа.

Випробування на вигин

2.5 Випробування на міцність при ударі
Поняття міцності при ударі
При стандартних випробуваннях, наприклад, випробуваннях на розтяг і вигин, матеріал поглинає енергію повільно. Реально матеріали дуже часто швидко поглинають енергію прикладеного зусилля, наприклад, зусилля від падаючих предметів, ударів, зіткнень, падінь і т.д. Метою випробувань на міцність при ударі є імітація таких умов.
Для дослідження властивостей певних зразків при заданих ударних напругах і для оцінки крихкості чи ударної в'язкості зразків застосовуються методи Изодом і Шарпі. Результати випробувань за цим методам не повинні використовуватися як джерело даних для проектних розрахунків компонентів. Інформація про типові властивості матеріалу може бути отримана за допомогою випробування різних типів досліджуваних зразків, приготованих у різних умовах, зі зміною радіуса надрізу і температури випробувань.
Випробування по обох методів проводяться на ударному маятниковому копрі. Зразок затискають в лещатах, а маятниковий копер з загартованої сталевий ударною поверхнею певного радіусу відпускають з заданої висоти, що викликає зріз зразка від різкого навантаження. Залишкова енергія маятникого копра піднімає його вгору. Різниця висоти падіння і висоти повернення визначає енергію, витрачену на руйнування випробуваного зразка. Ці випробування можуть проводитися при кімнатній температурі або при знижених температурах для визначення хладноломкости. Піддослідні зразки можуть бути різними за типом і розмірами надрізів.
Результати випробувань на удар падаючим вантажем, наприклад, за методом Гарднера чи вигнутій плитою, залежать від геометрії падаючого вантажу і опори. Їх можна використовувати тільки для визначення відносного ранжирування матеріалів. Результати випробувань на удар не можуть вважатися абсолютними, крім випадків, коли геометрія випробувального устаткування і зразка відповідають вимогам кінцевого застосування. Можна очікувати, що відносне ранжирування матеріалів за двома методом випробувань буде збігатися, якщо характер руйнування та швидкості удару однакові [12, 14-17].
Інтерпретація результатів випробувань на удар - порівняння методів ISO і ASTM
Ударні характеристики можуть значною мірою залежатиме від товщини зразка та орієнтації молекул. Різні товщини зразків, що використовуються в методах ISO і ASTM, можуть досить значно вплинути на значення міцності при ударі. Зміна товщини з 3 мм на 4 мм може навіть призвести до переходу характеру руйнувань від в'язкого до крихкого через вплив молекулярної маси і товщини зразка з надрізом при використанні методу Изодом, як це продемонстровано для полікарбонатних смол. На матеріали, вже показують крихкий характер руйнування при товщині 3 мм, наприклад, матеріали з мінеральними та скловолоконними наповнювачами, зміна товщини зразка не впливає. Такими ж властивостями володіють матеріали з модифікуючими добавками, що збільшують ударну міцність.

Вплив товщини і молекулярної маси зразка з надрізом на результати ударних випробувань полікарбонатних смол по Изодом

Ударна міцність по Изодом ISO 180 (ASTM D256)

Рис. 7 Лабораторний прилад для вимірювання ударної міцності по Изодом
Випробування зразків з надрізом на ударну міцність по Изодом стали стандартним методом для порівняння ударної міцності пластиків. Однак результати цього методу випробувань мало відповідають реакції формованого вироби на удар в реальній обстановці. Із-за різної чутливості матеріалів до надрізу цей метод випробувань дозволяє відбраковувати деякі матеріали. Незважаючи на те, що результати цих випробувань часто запитувалися як значимі заходи ударної міцності, ці випробування виявляють тенденцію до вимірювання чутливості матеріалу до надрізу, а не до здатності пластику витримувати удар. Результати цих випробувань широко використовуються як довідкові для порівняння ударних вязкостей матеріалів. Випробування зразків з надрізом на ударну міцність по Изодом найкраще застосовні для визначення ударної міцності виробів, що мають багато гострих кутів, наприклад ребер, що перетинаються стінок та інших місць концентрації напружень. При випробуваннях на ударну міцність по Изодом зразків без надрізу, застосовується та ж геометрія навантаження, за винятком того, що зразок не має надрізу (або затиснутий в лещатах у перевернутому положенні). Випробування цього типу завжди дають вищі результати в порівнянні з випробуваннями зразків з надрізом по Изодом через відсутність місця концентрації напружень.
Ударною міцністю зразків з надрізом за методом Изодом є енергія удару, витрачена на руйнування надрезанного зразка, поділена на вихідну площа поперечного перерізу зразка в місці надрізу. Цю міцність виражають у кілоджоулях на квадратний метр: кДж/м2. Зразок вертикально затискають в лещатах ударного копра.
Позначення ISO відображають тип зразка та тип надрізу:
ISO 180/1A позначає тип зразка 1 і тип надрізу А. Як можна побачити на малюнку нижче, зразок типу 1 має довжину 80 мм, висоту 10 мм і товщину 4 мм.
ISO 180/1O позначає той же зразок 1, але затиснутий у перевернутому положенні (вказується як "ненадрезанний").
Зразки, що використовуються за методом ASTM, мають подібні розміри: той же радіус округлення біля основи надрізу і ту ж висоту, але відрізняться по довжині - 63,5 мм і, що більш важливо, по товщині - 3,2 мм.
Результати випробувань по ISO визначають як енергію удару в джоулях, витрачену на руйнування випробуваного зразка, поділену на площу поперечного перерізу зразка в місці надрізу. Результат виражають у колоджоулях на квадратний метр: кДж/м2.
Результати випробувань за методом ASTM визначають як енергію удару в джоулях, поділену на довжину надрізу (тобто товщину зразка). Їх виражають в джоулях на метр: Дж / м. Практичний коефіцієнт перерахунку дорівнює 10: тобто 100 Дж / м дорівнює приблизно 10 кДж/м2.
Різна товщина зразків може відбитися на різних інтерпретаціях "ударної міцності", як показано окремо.


Зразки для вимірювання ударної міцності

Рис. 8. Метод вимірювання ударної міцності по Изодом
Ударна міцність по Шарпі ISO 179 (ASTM D256)
Основною відмінністю методів Шарпі і Изодом є спосіб установки випробуваного зразка. При випробуванні за методом Шарпі зразок не затискають, а вільно встановлюють на опору в горизонтальному положенні.
Позначення ISO відображають тип зразка та тип надрізу:
ISO 179/1C позначає зразок типу 2 і надріз типу CI;
ISO 179/2D позначає зразок типу 2, але ненадрезанний.



Зразки, що використовуються за методом DIN 53453, мають подібні розміри. Результати по обох методів ISO і DIN визначаються як енергія удару в джоулях, поглинена випробуваним зразком, поділена на площу поперечного перерізу зразка в місці надрізу. Ці результати виражаються в кілоджоулях на квадратний метр: кДж / м 2.
Методика вивчення радіотермолюмінесценціі (РТЛ) полімерів
Багато неорганічні і органічні речовини, піддані при низьких температурах (зазвичай при 77 К) проникаючої радіації, при подальшому розігріві починають світитися, тобто спектр їх висвічування знаходиться у видимій області.
Застосування методу РТЛ включає в себе три операції: опромінення досліджуваного зразка при низькій температурі, наступний плавний розігрів опроміненого зразка і одночасно з ним реєстрацію світіння. При опроміненні речовин відбувається стабілізація електронів і "дірок" у пастках, якими є дефекти їх структури. Рекомбінація зарядів приводить до люмінесценції опроміненого речовини. У залежності від способу активації зарядів розрізняються термо-, фото-та інші види люмінесценції. На температурної залежності інтенсивності РТЛ можуть бути один або декілька максимумів, що вказує на існування одного або декількох типів пасток в даному опроміненому речовині. Для неорганічних речовин ці максимуми в загальному випадку не пов'язані з їх молекулярною рухливістю.
Характерною особливістю РТЛ органічних речовин і в першу чергу полімерів, є те, що максимуми світіння на кривій РТЛ виявляються в тих інтервалах температур, де мають місце різні кінетичні і структурні переходи. За допомогою порівняння значень температур максимумів РТЛ та релаксаційних переходів, виявлених іншими методами (механічних і діелектричних втрат, термомеханічних кривих і ЯМР), було показано, що вони проявляються в областях розморожування рухливості різних кінетичних одиниць. Такий збіг максимумів свічення РТЛ з областями кінетичних і структурних переходів в полімерах дає підставу вважати, що акти рекомбінації зарядів здійснюються за рахунок розмороження теплового руху кінетичних одиниць, на яких знаходяться електронні пастки або центри світіння. При цьому час життя електрона в пастці буде визначатися часом релаксації кінетичної одиниці, на якій знаходяться стабілізовані електрони.
Для кожного полімеру характерна цілком певна крива висвічування. Положення максимумів РТЛ залежить від дози попереднього опромінення, зі збільшенням дози в результаті зшивання полімеру температура максимуму зміщується в бік високих температур. Для сумісних сумішей полімерів характерна наявність лише одного максимуму РТЛ при температурі склування суміші, причому його становище змінюється при зміні співвідношення компонентів. Криві РТЛ гетерогенних сумішей полімерів є суму кривих висвічування окремих компонентів, узятих в певному співвідношенні. Все це свідчить про те, що РТЛ опромінених полімерів в першу чергу визначається процесами молекулярного руху. Вивчаючи РТЛ полімерів, вдається визначити не тільки температури структурних і кінетичних переходів, а й отримати відомості про їх характер і про активаційних параметрах процесів молекулярного руху.
За допомогою методу РТЛ вдається надійно зареєструвати зміна температури склування навіть тоді, коли воно становить всього 2-3 градуси. До переваг методу РТЛ відноситься, безсумнівно, і те, що зразок полімеру може бути в будь-якому вигляді [14, 17].
2.6 Світлова (оптична) мікроскопія
Цей метод полягає в тому, що досліджуваний об'єкт розглядається в оптичному мікроскопі в минаючому чи відбитому світлі, і в площині зображення об'єктивної лінзи мікроскопа формується збільшене зображення предмета.
Звичайне спостереження полімерних зразків в оптичному мікроскопі «на просвіт» в неполяризованим світлі малоінформативні через малої різниці оптичних густин різних структурних елементів. Положення суттєво поліпшується при використанні поляризованого світла, оскільки кристалізація і орієнтація полімерів призводять до появи ефекту подвійного променезаломлення.
Довжина хвиль видимого світла становить 0,4 - 0,8 мкм. Тому оптичні методи дозволяють розрізняти структурні елементи розміром від кількох до багатьох сотень мікрон.
Метод оптичної мікроскопії зазвичай не вимагає спеціального препарування досліджуваних об'єктів. Найбільш зручні для вивчення в світлі, що зразки у вигляді тонких плівок або зрізів з масивних блоків.
Методи оптичної мікроскопії використовуються при дослідженні структурних утворень у кристалічних полімерах, для спостереження за структурними перетвореннями при кристалізації і дослідження кінетики цього процесу, контролю за макроскопічної структурою матеріалу, отриманого в різних технологічних умовах, а також спостереження за структурними перетвореннями під впливом різних взаємодій (деформаційних, теплових і т.п.).
2.7 Електронна мікроскопія
В електронних мікроскопах джерелом випромінювання служить катод, що випускає пучок електронів (електронний промінь). Переміщенню електронів в просторі відповідають коливання певної довжини хвилі, що залежить від ускоряющего напруги.
Як і в світловому мікроскопі, в електронному мікроскопі можна спостерігати збільшене зображення об'єкта, яке, однак, не можна розглядати як знімок, зроблений простим фотоапаратом. Для правильної інтерпретації електронно-мікроскопічних знімків (зображень) необхідно знати закони взаємодії електронів з досліджуваним речовиною.
Методом електронної мікроскопії досліджують дуже тонкі шари речовини порядку 1000А0 і менше. Це можуть бути дуже тонкі плівки або зрізи Структуру поверхні блокових матеріалів або поверхонь розлому досліджують за допомогою методу рекчік, тобто прозорих відбитків з поверхні досліджуваного зразка.
Виникнення контрасту на електронно-мікроскопічних знімках пов'язано з різною розсіює здатністю ядер різних атомів по відношенню до електронного пучка.
Атоми важких металів найбільш сильно розсіюють електрони, тому часто для збільшення контрасту полімерних об'єктів їх відтіняють важкими металами, такими, як хром, паладій, золото, платина і т.п.
Важливими обмеженням методу електронної мікроскопії є його статичний характер, обумовлений труднощами приготування зразків, і можливість суттєвих помилок у визначенні структури.

2.8 Рентгеноструктурний аналіз
Рентгеноструктурний аналіз заснований на використанні рентгенівського випромінювання, довжина хвиль якого лежить в інтервалі від 0,1 до 100А 0. На практиці для дослідження полімерів найбільш широко використовують антикатод рентгенівської трубки, виготовленої з міді. З випускається випромінювання нікелевим фільтром відбирається - Лінія з довжиною хвилі 1,54 А 0.
Теорія рентгеноструктурного аналізу заснована на гіпотезі Гюйгенса - Френеля. Відповідно до цієї гіпотези, точка, до якої доходить електромагнітне коливання, може в свою чергу розглядатися як центр випромінювання (рис. 9).
На ньому показано одномірна структура, на яку падає паралельний пучок променів S 0. Кожен вузол, показаний на схемі розглядається як джерело коливань, що створюють промені S. Ці промені інтерферують в площині екрана. При цьому існують такі точки на екрані, положення яких характеризується кутом між напрямком падаючого кута і відбиває площині, в яких інтенсивність інтерференції променів, дифрагованих у всіх вузлах структур, мінімальна.

Рис. 9. Схема відображення променів від одновимірної структури з періодом d.

Кут визначається за формулою Вульфа - Брегга:
(1)
де d - період одномірної структури (відстань між площинами);
довжина хвилі падаючого випромінювання;
n - цілі числа, що називаються порядком відображення (1,2,3 ...). Для тривимірної гратки з періодом ідентичності в кожному напрямку a, b і c повинні виконуватися три дифракційних умови:

(1.1)

де m, n, k цілі числа.
Однак три кути в просторі не можуть бути обрані довільно оскільки кути між довільною прямий і трьома взаємно перпендикулярними координатними осями a, b, c пов'язані геометричним рівнянням:
(1.2)
Рівняння (1.1) і (1.2) називаються рівняннями Лауе. Наведені формули дозволяють обчислити розміри періодів ідентичності d. Так, якщо використовується монохроматичні випромінювання з відомою довжиною хвилі і експериментально визначені кути , В яких максимальна інтенсивність розсіяного випромінювання, то d легко знаходиться за формулою Вульфа - Брегга.
Структурна упорядкованість розташування макромолекул та їх частин обумовлює існування кількох рівнів періодичності, якi характеризуються своїми розмірами (величиною періоду).
У полімерах розрізняють три основних види впорядкованості:
а) Малий період - це розміри елементарної кристалографічної решітки, тобто найменшого структурного елементу («цеглинки»), шляхом різних поєднань, на яких побудовані всі кристалічні тіла.
б) Крок спіралі характеризує періодичність вздовж ланцюга і має розміри близько кількох десятків A 0. Це специфічна характеристика макромолекули певного хімічної будови.
в) Великі періоди характеризуються розмірами в сотні A 0.
Рентгеноструктурний аналіз дозволяє отримувати велику інформацію про будову полімерів і його зміну в результаті теплових, механічних та інших впливів, про фазових перетвореннях і конформації макромолекул, про характер орієнтації кристалографічних і молекулярних осей в кристалографічної осередку і їх зміну в результаті зовнішніх впливів. Крім того, рентгеноструктурний метод дає можливість визначати середні розміри та розподіл за розмірами кристалів, ступінь дефектності кристалічної структури та багато іншого.
Якщо в матеріалі існують впорядковані частинки з характерними відстанями d (межплоскостное відстані) між ними, причому d порівнянно або більше довжини хвиль рентгенівського і випромінювання, то спостерігач бачить картину інтерференції дифрагованих променів, за якою можна судити про значення d.
Дифракція рентгенівських променів під малими кутами дає підставу для судження про величину великого періоду і його зміна при різних термомеханічних впливах, про стан (щільності) аморфних прошарків, а також дозволяє реєструвати виникнення дрібних тріщин у полімерах. Особлива цінність методів рентгеноструктурного аналізу полягає в тому, що вони не вимагають спеціального препарування об'єктів і дозволяють вивчати структуру полімерів та її перетворення безпосередньо під дією зовнішніх полів, зокрема теплових і механічних.
2.9 Електронографія
Електронографія - це метод дослідження будови речовини, заснований на дифракції електронів. Принципи електронографії практично нічим не відрізняються від основ рентгеноструктурного аналізу.
Електрони інтенсивно поглинаються речовиною, тому електронографіческіе дослідження проводяться в глибокому вакуумі на дуже тонких шарах речовинах (10 -7 - 10 -6 см).
Довжина хвилі електронів значно менше довжини хвилі рентгенівських променів, тому метод електронографії дозволяє отримувати інформацію про впорядкованості структури полімеру на значно більш дрібних ділянках зразка. У цьому полягає певна перевага електронографіческого методу перед рентгеноструктуровим, однак, необхідно враховувати, що потік електронів може призводити до структурним перетворенням полімерів, зокрема руйнувати впорядкованості і іноді навіть викликати деструкцію макромолекул з освіту макрорадикалів.
Нейтронографія
Метод нейтронографії заснований на ефекті розсіювання потоку повільних нейтронів атомними ядрами речовини. Контраст з'являється внаслідок відмінності інтенсивності розсіювання монохроматичного потоку нейтронів на ядрах різної маси, причому істотно, що на відміну від рентгенівських променів і електронів потік нейтронів не несе електричного заряду і, отже, інтенсивність їх розсіювання визначається тільки масою ядра. Практично застосування методу нейтронографії грунтується на порівнянні інтенсивності розсіювання на ядрах водню і дейтерію при дослідженні системи, що містить деяку кількість дейтерированного молекул в середовищі водородосодержащіх ланцюгів, або навпаки. Контраст у цьому випадку особливо великий через дворазового зміни розсіює маси. Джерелом потоку нейтронів зазвичай є ядерні реактори. Довжина хвилі потоку залежить від енергії нейтронів, області температури 20-1000С відповідають значення , Рівні 1,6 - 1,8 A 0. Використовуючи «холодні» нейтрони, отримують пучки з довжинами хвиль до 10 A 0.
В даний час Нейтронографія застосовується для оцінки розміру макромолекул у твердому стеклообразном полімері.
2.10 Дослідження полімерів методом уф-спектроскопії
Ультрафіолетова (УФ) спектроскопія охоплює короткохвильову область оптичного діапазону і з одного боку примикає до видимої області спектра, а з іншого - до рентгенівської. Довжини хвиль УФ і видимій областей прийнято виражати в нанометрах (нм). Весь УФ-спектр ділять на ближній з довжиною хвилі 400-300 нм, дальній - 300-200 нм і вакуумний з довжиною хвилі 200-50 нм.
В УФ-спектроскопії використовують і спектри випромінювання, і спектри поглинання. При дослідженні полімерів користуються в основному спектрами поглинання.
При дії світла УФ та видимого діапазонів довжин хвиль відбувається збудження електронних оболонок молекул речовини, що обумовлено переходом валентних електронів, а також неспарених електронів з основного стану в збуджений з більш високою енергією. Це супроводжується появою смуг поглинання в спектрі при довжинах хвиль, що відповідають різниці енергій порушеної і збудженому рівнів. Кожному електронному рівнем молекули відповідає набір коливально-обертальних рівнів. Так як енергія збудження електронних оболонок молекули значно більше енергії збудження її коливань, то перехід електронів зазвичай супроводжується зміною коливально-обертального стану молекули. Тому молекулярно-електронні спектри рідин і твердих тіл, які складаються з широких смуг.
Виборче поглинання в УФ і видимих ​​областях спектру характерно для ненасичених сполук. Їх поглинання визначається наявністю в ненасичених зв'язків легко збудливих п-електронів. Групи атомів, відповідальні за виборче поглинання, називають хромофорами.
Положення смуг поглинання хромофорів і їх інтенсивність можуть значно змінюватися в залежності від природи груп атомів, приєднаних до молекули, яка містить хромофор, і не мають власного поглинання. Такі групи називаються ауксохромамі.
Як і більшість насичених сполук, що не містять кратних зв'язків, полімери прозорі в в ближній УФ і видимій областях спектру (поліолефіни, полімери сополімери хлор-і фторпроізводних етилену, полівініловий спирт і т.д.). Полімери складних ефірів акрилових кислот (поліакрилат, поліметілакрілат), полівінілові складні ефіри (полівінілацеталі і т.п.), а також полімерні ефіри карбонових кислот, що містять карбонільних хромоформ, поглинають на кордоні вакуумної УФ-області (близько 200 нм). Полімери, що містять карбоксильний хромоформ або бензольні кільця, поглинають у значній частині УФ-області. Спектри полімерів в УФ-області, як правило, невиразні і не мають практичного застосування для дослідження структури.
УФ-спектри широко використовуються також для досліджень донорно-акцепторної взаємодії у радикальній полімеризації. Відзначено, що в спектрах молекулярних комплексів донорно-акцепторного типу можуть спостерігатися смуги поглинання, характерні для вільних донора (Д) і акцептора (А), а також смуги «переносу заряду», відповідні різним збудженим станам Д і А. Коефіцієнт поглинання для вільних донорів і акцепторів модно обчислити з оптичної щільності розчинів відомої концентрації чистих компонентів; в більшості випадків тільки частина донора або акцептора входять до складу комплексу навіть у присутності великого надлишку іншого компоненту.
УФ-спектроскопія дозволяє досліджувати тверді полімери (плівки, порошки, таблетки, одержувані з тонкоподрібненою домішки полімеру і броміду калію) та їх розчини.
При дослідженні розчинів використовують розчинники, що поглинають світло в області довжин хвиль менше 200 нм, наприклад, граничні вуглеводні (гексан, гептан), циклогексан. Можна використовувати хлороформ етилацетат, дихлоретан, етилацетат, які поглинають в області менше 250 нм, а також воду, спирти, та інші сполуки, прозорі для того діапазону УФ-випромінювання, який зазвичай використовують в аналітичних цілях. Вибір розчинника обмежується розчинністю полімерів і також можливістю спотворення спектрів внаслідок реакцій комплексоутворення та асоціацій між розчиненим речовиною і розчинником.
Існує два основних типи приладів для УФ-спектроскопічних досліджень - однопроменевий і двулучевой, кожен з яких має свої переваги і недоліки. Однопроменевий прилад, що вимірює оптичну щільність по окремих точках, в поєднанні з вимірювальною системою за схемою врівноваженого моста є найкращим приладом для точних кількісних вимірів, однак робота на ньому трудомістка і довгострокова. Двопроменевий реєструючий прилад дозволяє отримувати хороші спектри для якісного вивчення, однак для кількісних цілей він менш точний, ніж однопроменевий.
Однопроменеві спектрофотометри СФ-26 і СФ-16 призначені для вимірювання пропускання і оптичної щільності розчинів і твердих речовин в діапазоні 186-1100 нм. Спектрофотометр СФ-26 поставляється в двох варіантах - основному і додатковому, що включає цифровий вольтметр Щ1213, який використовується замість стрілочного приладу для більш об'єктивного вимірювання пропускання (оптичної щільності). Однопроменевий спектрофотометр СФ-46 з вбудованою мікропроцесорної системою призначений для вимірювання пропускання, оптичної щільності рідких і твердих речовин в області 190-1100 нм. Диспергирующим елементом служить дифракційна решітка зі змінним кроком і криволінійним штрихом.
Реєструючі двопроменеві спектрофотометри СФ-10, СФ-14, СФ-16 призначені для вимірювання пропускання і оптичної щільності прозорих і каламутних середовищ і коефіцієнтів дифузного відбиття твердих і порошкоподібних речовин у видимій області спектру (від 400 до 750 нм). Спектрофотометри складаються з освітлювача, подвійного призмового монохроматора, фотометра поляризаційного типу, пребагато підсилювальної частини і записуючого механізму [17, 19-23].
2.11 Оптичні випробування
Каламутність і світлопропускання ASTM D1003
Мутність викликається розсіюванням світла в матеріалі і може бути наслідком впливу молекулярної структури, ступеня кристалізації яких сторонніх включень на поверхні або усередині зразка полімеру. Мутність властива тільки напівпрозорим або прозорим матеріалами і не відноситься до непрозорих матеріалів. Мутність іноді вважають протилежністю до глянцю, який, власне, може бути поглинанням падаючого пучка світла. Однак відповідно до методу випробування на мутність, фактично вимірюють поглинання, пропускання та відхилення променя світла напівпрозорим матеріалом.
Зразок поміщають на шляху вузького пучка світла таким чином, що частина світла проходить через зразок, а інша частина не зустрічає перешкоди. Обидві частини пучка проходять в сферу, оснащену фотодетектором.
Можна визначити дві величини:
Загальну інтенсивність пучка світла;
Кількість світла, відхиленого більш ніж на 2,5 ° від вихідного пучка.
За цими двома величинами можна вичислити наступні два значення:
Каламутності, або відсотка подає світла, розсіяного більш ніж на 2,5 ° і коефіцієнта світлопропускання, або відсотка падаючого світла, який пропускається через зразок.
Глянець DIN 67530, ASTM D523
Глянець пов'язаний зі здатністю поверхні відображати більше світла в деякому напрямку в порівнянні з іншими напрямками. Глянець можна виміряти за допомогою глянцемера. Яскраве світло відбивається від зразка під кутом, а яскравість відбитого світла вимірюється фотодетектором. Найбільш часто використовують кут 60 °. Більш блискучі матеріали можна вимірювати під кутом 20 °, а матові поверхні - під кутом 85 °. Глянцемер калібрують за допомогою еталона з чорного скла, що має значення глянцю 100.
Пластики мають менші значення - вони суворо залежать від способу формування.

Рис. 10. Метод вимірювання глянцю

У методах випробувань каламутності і глянцю вимірюють, наскільки добре матеріал відображає або пропускає світло. Ці методи кількісно визначають класифікацію матеріалу, наприклад "прозорий" або "блискучий". Тоді як каламутність властива тільки прозорим або напівпрозорим матеріалами, глянець можна виміряти для будь-якого матеріалу. Обидва види випробувань на мутність і глянець є точними. Але вони часто використовуються для оцінки зовнішнього вигляду, який більш суб'єктивний. Кореляція між значеннями мутності і глянцю, а також те, як люди оцінюють "прозорість" або "блиск" пластику, є невизначеними [23-26, 34].
2.12 Інфрачервона спектроскопія (FTIR)
Дозволяє визначати хімічні структури та їх зміни в полімерах і добавках за рахунок передачі інформації або прямого відображення від поверхонь деталей, плівок, покриттів, ламінатів, помутнінь і забруднень поверхні. Її також можна використовувати для вивчення залишкової ненасиченості, зшивання, розвитку інгредієнтів, включень. Програмне забезпечення для порівняльних спектрів, включаючи піролізатние спектри, полегшує ідентифікацію полімерів та добавок.
Інфрачервона мікроспектроскопія дозволяє досліджувати невеликі плями, включення та інші дефекти або руйнування місцевого характеру. Деякі системи призначені для вбудованої ідентифікації пластмас, такі як, наприклад, Matrix PID від Bruker Optics (див. фото 'Matrix PID', люб'язно надане Bruker Optics)
• Жирні кислоти, їх солі, складні ефіри та аміди, використовувані як мастильних речовин або речовин, що поліпшують оброблюваність, термостабілізатора PVC, емульгатори ...
• Хвойні похідні: сосновий дьоготь, каніфоль, терпен, використовувані як речовин для підвищення клейкості або речовин, що поліпшують оброблюваність.
• вулканізовані рослинні масла або фактис, використовувані в каучукових рецептурах.
• Похідні фенолу, використовувані в якості антиоксидантів.
• Рідкий деполімеризований натуральний каучук, який використовується як зшивається полімерного пластифікатора.
• бітумів соєва олія, що використовується в якості пластифікатора ...

Рисунок 11: Matrix PID
FTIR може поєднуватися з піролізом, що спрощує приготування зразка, або ж з гельпронікающей хроматографією, яка дозволяє пролити світло на розвиток хімічних структур [28-32].

Глава 3. Експериментальна частина
3.1 Мої уроки
Урок 1. Тема урок. Поняття про високомолекулярних з'єднаннях
Мета уроку: Систематизувати та поглибити знання учнів про високомолекулярних речовинах.
Завдання: 1. ввести поняття - мономер, полімер, ступінь полімеризації, структурна ланка, середня молекулярна маса. 2. Ознайомити з різними структурами полімерів (лінійної, розгалуженої та ін.) 3. навчити доводити вплив будови полімерів на їх властивості. Учні повинні дізнатися сутність реакцій полімеризації і поліконденсації, вміти записувати рівняння хімічних реакцій.
Матеріали та обладнання: моделі молекул етилену, пропілену, хлорвінілу, стиролу; виставка виробів із пластмас і полімерів.
Тип уроку: комбінований, з елементами бесіди та лекції.
Хід уроку
1.Організаціоний момент, тобто вітання, перевірка присутніх (1-2 хв.).
I. Опитування домашнього завдання та підготовка до сприйняття нового матеріалу (10-12 хв.).
Фронтальна бесіда.
Питання:
Які вуглеводні ви знаєте?
Відповідь: У органічної хімії розрізняють граничні вуглеводні (алкани), ненасичені (алкени, Алкадієни і алкіни) і ароматичні вуглеводні.
2.Які вуглеводні називаються неграничними і як їх поділяють? Напишіть загальні формули ненасичених вуглеводнів?
Відповідь. Неграничними називаються вуглеводні, молекули яких містять кратні (подвійні або потрійні) зв'язку. Загальна формула вуглеводнів, що містять одну подвійну зв'язок (алкенів) - CnH 2n. Загальна формула вуглеводнів з двома подвійними зв'язками (дієнів) - CnH 2n-2. Таку ж формулу мають УВ з одного потрійним зв'язком (алкіни).
3. Які з вуглеводнів здатні вступати в реакцію полімеризації?
Відповідь: В реакції полімеризації здатні вступати алкени, дієнові вуглеводні, алкіни. З ароматичних вуглеводнів стирол бере участь в реакціях полімеризації.
4. Чому саме з цих вуглеводнів можна отримати полімери?
Відповідь: Неграничні вуглеводні вступають у реакцію полімеризації з-за наявності у них в молекулах кратних зв'язків, які розриваються внаслідок з'єднання молекул один з одним.
Участь стиролу в реакції полімеризації пояснюється тим, що в бічному ланцюзі його молекул міститься неграничні радикал вініл.
II. Вивчення нового матеріалу (20-25 хв.).
Полімери - високомолекулярні з'єднання, речовини з великою молекулярною масою (від декількох тисяч до декількох мільйонів), в яких атоми, з'єднані хімічними зв'язками, утворюють лінійні або розгалужені ланцюги, а також просторові тривимірні структури. До полімерам відносяться численні природні сполуки: білки, нуклеїнові кислоти, целюлоза, крохмаль, каучук та інші органічні речовини. Велика кількість полімерів отримують синтетичним шляхом на основі найпростіших сполук елементів природного походження шляхом реакцій полімеризації, поліконденсації, і хімічних перетворень.
1.Значення високомолекулярних сполук.
2.Основні поняття (наприклад, реакцій полімеризації етилену):
мономер, полімер, структурна ланка, ступінь полімеризації.
3. Геометрична структура чи форма макромолекули полімери:
лінійна, розгалужена, просторова.

4. Характеристика молекулярної маси полімеру.
5. Властивості полімерів:
висока механічна міцність, не мають певної температури плавлення і кипіння, відсутність летючості, в'язкість розчинів, нерозчинність у воді.
6. Способи отримання (синтезу) полімерів:
а) Реакція полімеризації, б) Реакція поліконденсації
1. Полімеризація - це процес утворення високомолекулярних з'єднань по ланцюговому механізму без виділення низькомолекулярного з'єднання.
2. Поліприєднання - це процес утворення високомолекулярних з'єднань по ступінчастому механізму без виділення низькомолекулярних продуктів.
3. поліконденсація - це отримання високомолекулярної сполуки за ступінчастому механізму з виділенням низькомолекулярного продукту.

7. Екологічні проблеми, пов'язані з полімерами.
Синтетичні полімери мають певні переваги в порівнянні з іншими матеріалами (наприклад, деревиною або сталлю), тому вони знаходять широке практичне застосування. Однак ліквідація відходів, що містять синтетичні полімери, представляє надзвичайно серйозну екологічну проблему. Наприклад, при спалюванні полівінілхлориду на сміттєспалювальних заводах можуть утворюватися діоксини і виділятися важкі метали. Крім того, синтетичні полімери мають низьку термостійкість, при нагріванні вони розкладаються з утворенням токсичних продуктів. Деякі синтетичні полімери виділяють шкідливі для здоров'я пари (особливо фенолформальдегідні смоли, які використовуються в якості в'яжучих речовин в деревинно-стружкових плитах і покриттях).
Чи знаєте ви що ...
1. Складність повторного використання гуми зі старих шин пов'язана з тим, що вона вулканізованої.
Американські вчені виявили в гарячих джерелах Йеллоустонського національного парку бактерії, які здатні перетравлювати сірчані містки в вулканізованої гумі. Виходить сира гума, яка у кількості до 20% можна вводити в масу для виготовлення нових шин.
2. Застосування відслужив шинам своє автомобільних шин знайшла австралійська фірма «Марвел-Лінк». Там зі старих шин роблять гумовий порошок, який можна використовувати трьома способами. По-перше, порошок зі старої гуми можна в кількості до 50% додавати в нову гуму при виготовленні нових шин. По-друге, після спеціальної обробки такий порошок сильно поглинає нафту і може використовуватися для збору нафти, розлитої при різних аваріях, в тому числі і з поверхні води. По-третє, гумовим порошком можна засипати міські звалища, адже зараз для цього витрачається цінний будматеріал - великий кар'єрний пісок.
8.Загальна висновок по уроку.
III. Закріплення знань з пройденої теми (5 хв.).
1.Заданіе на будинок.
Записи в зошиті, вправи 1-3.
2. Фронтальна бесіда.
а) Чому структурною ланкою поліетилену вважають - CH 2 - CH 2 -, а не - CH 2 -?
б) Широко поширений полімер поліхлорвініл (полівінілхлорид) має будову:

Знайдіть структурна ланка полімеру і визначте структурну формулу мономера.
в) Поліетилен з молекулярної масою близько 500 являє собою в'язку рідину. Обчисліть ступенем полімеризації такого поліетилену.
Урок 2. Тема. Синтетичні волокна
Мета уроку: 1. Узагальнити і поглибити знання учнів про волокнах, їх класифікації, будову, властивості. Ввести поняття синтетичних волокон.
Навчити записувати в загальному вигляді рівняння отримання синтетичних волокон 3. Навчити учнів порівнювати, узагальнювати, висловлювати судження про властивості речовин на основі їх будови.
Тип уроку: лекція.
Хід уроку
I. Підготовка до сприйняття нового матеріалу.
Фронтальна бесіда.
1. Як класифікують волокна?
2. Які ви знаєте волокна? Які їх властивості? Де вони застосовуються?
II. Вивчення нового матеріалу.
1. Коротко про класифікацію волокон.
Демонстрація: «Колекція волокон», «Зразки синтетичних волокон».
2. Синтетичне волокно - лавсан: пояснити його назву, сировина, властивості та застосування.
3. Синтетичне волокно - капрон: сировина, властивості та застосування.
III. Закріплення нових знань.
1.Заданіе на будинок.
Записи в зошиті, вправи 1-2, підготовка до практичної роботи.
Для практичної роботи перекреслити таблицю, тільки написати поліетилен, полівінілхлорид, фенол-формальдегідні смоли, капрон, полістирол. Для волокон - таблиця, виписати бавовна, шерсть, лавсан, капрон.
2.Фронтальная розмова:
Самостійна робота за картками (на 10 хв.) З одного питання.
Картка № 1. Широко поширений полімер поліхлорвініл (полівінілхлорид) має будову:

Знайдіть структурна ланка полімеру і визначення структурну формулу мономера.
Картка № 2. Якими ознаками повинні характеризуватися речовини, що вступають в реакції: а) полімеризації; б) поліконденсації? Наведіть приклади.
Картка № 3. Опишіть властивості поліетилену і поліпропілену. Де вони застосовуються?
Урок 3. Тема. Розпізнавання пластмас і хімічних волокон.
Тип уроку: Практична робота
Мета уроку: 1. Закріпити і поглибити знання учнів про пластмасах та хімічних волокнах. 2.Научіть вмінню визначати пластмаси і хімічні волокна, дотримуватися правил з техніки безпеки при роботі з органічними речовинами.
Хід уроку
I. Підготовка до виконання практичної роботи.
1. Бесіда вчителя про правила з техніки безпеки при роботі з органічними речовинами. 2. Порядок виконання роботи (бесіда).
II. Проведення практичної роботи.
Для проведення практичної роботи використовувати, свої таблиці і практичну роботу, в підручнику для 11 класу [1].
Розпізнавання пластмас слід почати із зовнішнього огляду, а потім перейти до дослідження їхнього ставлення до нагрівання і горінню. Потім випробовують дію на них розчинників.
Розпізнавання волокон починають з їх спалювання. При цьому простежують, з якою швидкістю відбувається горіння, досліджують запах продуктів розкладання, властивості залишку, що утворюється після горіння. Потім перевіряють дію на волокна кислот, лугів і розчинників.
Наприклад, в окремих пакетах під номерами розкладені різні пластмаси: № 1 - полівінілхлорид; № 2 - поліетилен; № 3 - полістирол; № 4 - фенол-формальдегідні пластмаса; № 5-капрон. В інших пакетах під номерами - зразки волокон: № 1 - шерсть; № 2 - бавовна; № 3 - віскоза, № 4 - ацетатне волокно; № 5 - лавсан. Учні беруть з кожного пакету зразки волокон і пластмас і досліджують їх (по продуктах спалювання, дії кислот, лугів і т. д.). Після визначення даного зразка вони ставлять відповідний номер у своїй таблиці.
2. Приведення в порядок свого робочого місця. Висновки по роботі, необхідні записи.
III. Закріплення знань, умінь, навичок.
Підготовка до наступної теми. [34, 36].
3.1.1 Констатуючий зріз знань
В якості зрізу було проведено письмове опитування на наступні питання:
1. Що таке полімери?
2. Що таке мономер?
3. Що таке ступінь полімеризації?
4. Що ви розумієте під словом полімеризація?
5. Дайте визначення поліконденсації.
6. Відмінність полімеризації від поліконденсації.
7. У чому відмінність термопластів від термореакторов?
8. Що ви знаєте про полімери?
9. Які вироби з полімерів вам знайомі?
Результати відповідей як виявилося не так вже і погані, деякі отримали позитивні оцінки.
Оцінка
2
3
4
5
Кількість учнів
4
12
7
3
3.2 Викладення матеріалу в університеті
3.2.1 Вступне заняття на тему: «Полімери»
Плановані результати навчання: знати основні поняття хімії високомолекулярних речовин (мономер, полімер, структурна ланка, ступінь полімеризації, лінійна, розгалужена та просторова структури), вплив будови на властивості полімерів. Знати сутність реакцій полімеризації і поліконденсації.
Короткий зміст теми. Високомолекулярні сполуки, тобто з'єднання з великою молекулярною масою називаються полімерами. Низькомолекулярне речовина, з якого синтезують полімер, називається мономером; багаторазово повторюються в макромолекулі групи атомів - структурними ланками.
Напишемо рівняння реакції полімеризації пропілену:
n CH 2 = CH ® (-CH 2-CH-) n
| |
CH 3 CH 3
Молекула мономера і структурна ланка макромолекули однакові за складом, але різні за будовою. У молекулі пропілену є подвійний зв'язок, в структурному ланці поліпропілену вона відсутня.
Число n у формулі полімеру показує, скільки молекул мономера сполучається в макромолекулу (скільки разів повторюється структурна ланка). Воно називається ступенем полімеризації.
Макромолекули полімерів можуть мати різну геометричну форму:
а) лінійну, коли структурні ланки з'єднані у довгі ланцюги послідовно одне за іншим (поліетилен, поліпропілен);
б) розгалужену (крохмаль);
в) просторову, коли лінійні молекули сполучені між собою хімічними зв'язками (в вулканізованої каучуку-гумі).
Геометрична форма полімерів істотно позначається на їхніх властивостях.
Поняття молекулярна маса для полімерів має деякі особливості. У процесі полімеризації в макромолекули з'єднується різне число молекул мономеру в залежності від того, коли станеться обрив зростаючої полімерного ланцюга. Внаслідок цього утворюються макромолекули різної довжини і, отже, різної маси. Тому зазвичай вказується для такої речовини молекулярна маса - це лише її середнє значення, від якого маса окремих молекул істотно відхиляється в ту або іншу сторону.
Важливою властивістю полімерів є їх висока механічна міцність, що в поєднанні з легкістю, хімічної стійкістю і зумовлюють їх широке застосування.
ВМС синтезують переважно двома способами - полімеризацією і поліконденсацією низькомолекулярних речовин.
Реакція полімеризації - це процес послідовного з'єднання однакових молекул (мономерів) з більш великими.
Вступати в такі реакції можуть сполуки, в молекулах яких міститься подвійний зв'язок. При розриві такого зв'язку в молекулі звільняються два валентності для з'єднання з іншими молекулами, що необхідно для освіти ВМС.
Процес іде поступово, через утворення вільних радикалів. Щоб почалося утворення вільних радикалів, до мономер додають ініціатор - нестійке з'єднання, здатне розпадатися на вільні радикали R. Коли вільний радикал стикається з молекулою мономеру, його електрон діє на p-зв'язок і утворює пару з одним з її електронів; так встановлюється ковалентний зв'язок радикала з молекулою мономеру. Другий електрон p-зв'язку залишається вільним, в результаті чого вся частка стає радикалом:


·
·
·
·
R · + CH 2 CH ® R: CH 2: CH ·
| |
XX

Утворився вільний радикал подібним же чином діє на іншу молекулу мономеру, приєднуючи її е собі, в результаті чого з'являється новий радикал:


·
·
·
·
R: CH 2: CH 2 · + CH 2 CH ® R: CH 2: CH: CH 2: CH ·
| | | |
XXXX
Таке послідовне приєднання молекул під час ланцюгову реакцію продовжується до тих пір, поки не станеться обрив ланцюга.
Реакція поліконденсації - це процес утворення високомолекулярних речовин з низькомолекулярних, що йде з відщепленням побічного низькомолекулярного продукту (найчастіше води).

Реакція здійснюється за рахунок наявності в молекулах вихідних речовин не менше двох функціональних група атомів.
Наприклад, так утворюються пептиди:
У реакцію поліконденсації можуть вступати не тільки речовини з різними функціональними групами в молекулі, але і речовини з однаковими функціональними групами. Наприклад, поліконденсація дикарбонової кислоти з двохатомних спиртом:


OOOO
\ \ | | | | | |
C-(CH 2) n-C-O-(CH 2) m-O-C-(CH 2) n-C-... + NH 2 O.
/
HO
Фізичні властивості полімерів сильно залежать від ступеня полімеризації. Крім того, вони залежать від і від того, як з'єднуються один з одним молекули мономера.
Високомолекулярні сполуки, на відміну від низькомолекулярних речовин, можуть бути тільки в двох агрегатних станах: твердому і рідкому. Полімер з твердого стану переходить у рідкий в інтервалі температур. Це пояснюється наявністю в полімері макромолекул з різною молекулярною масою.
Більшість полімерів у воді не розчиняються. Лінійні та розгалужені полімери в органічних розчинниках набухають, а просторові - не розчиняються і плавляться без розкладання. При тривалій дії на полімер кисню повітря, води, світла і температури в структурі полімеру відбуваються зміни: полімер «старіє» - великі макромолекули розриваються. Для запобігання цьому процесу або за необхідності його уповільнення потрібно додавати різні речовини: антиокислювачі, фотостабілізатори і т.д.
Класифікація полімерів (за походженням):
1. природні (каучук, бавовна, льон, білки і т.д.)
2. синтетичні (отримані за допомогою синтезу).
Полімери за будовою поділяються на:
- Органічні;
- Неорганічні.
Органічними називають ті полімери, ланцюг яких складається з атомів вуглецю С. Якщо ж беруть участь інші атоми, їх називають неорганічними.
У залежності від атомів, що беруть участь в ланцюзі поділяють на:
- Карбоцепні;
- Гетероцепні.
Також йде класифікація по температурі:
-Термопластичні (багаторазово переробляються: поліетилен, поліпропілен, полістирол);
-Термореактивні (вторинна переробка неможлива: фенолформальдегідні полімери).
У залежності від кінцевої форми полімери також ділять на:
1. пластики (скла, пластмас)
2. волокна (поліамідні волокна, тканини)
3. рідкі смоли (епоксидні смоли, рідкі цвяхи)
4. еластомери (гумові вироби, підошва).
Хімічне перетворення полімерів - реакції, що призводять до зміни складу, будови або ступеня полімеризації макромолекул. У залежності від ступеня полімеризації хімічні перетворення полімерів умовно ділять на типи:
1. реакції в основних або бічних ланцюгах макромолекул, що не приводять до зміни їх довжини, тобто до ступеня полімеризації. До них відносяться полімераналогічние перетворення і внутрімолекулярні реакції;
2. реакції, що призводять до з'єднання макромолекул один з одним або з низькомолекулярними речовинами з утворенням просторової сітчастої структури, що супроводжуються збільшенням ступеня полімеризації;
3. реакції деструкції, що супроводжуються розривом макромолекул, тобто зменшенням ступеня полімеризації.
Умовність цього поділу полягає в тому, що в реальних випадках кожен із зазначених трьох типів реакції в чистому вигляді зустрічається порівняно рідко. Найчастіше полімераналогічние перетворення супроводжуються часткової деструкцією макромолекул та зшиванням макроланцюга.
Сьогодні немає жодної галузі народного господарства, де б не використовувалися пластмаси. Вони настільки увійшли в наше життя, що ми не можемо без них обійтися пластмаси з успіхом замінюють багато матеріалів, в тому числі і метали. Проте виробництво пластмас у ряді випадків викликає екологічні проблеми. Вони не піддаються розпаду в природі і тому забруднюють грунт, водойми. В даний час стоїть гостре питання про переробку відходів з полімерних матеріалів - поліетилену, пропилену, поліхлорвінілу.
У реакцію полімеризації можуть вступати не тільки однакові мономери, але і різні. Така реакція називається сополимеризацией (спільна полімеризація), а утворений продукт - сополімер. Ці реакції дозволяють отримати високомолекулярні з'єднання з поліпшеними фізико-хімічними властивостями. [34, 37, 40].
3.2.2 Закріплення знань матеріалами лекції
1. Мономер - це:
а) ділянка ланцюга макромолекули;
б) низькомолекулярне речовина, з якого синтезують полімер; b
в) багаторазово повторювана в макромолекулі група атомів.
2. Молекулярна маса полімеру - це:
а) середня величина, оскільки маси окремих молекул різні; b
б) наближена величина; в) постійна величина.
3. Полімеризація - це:
а) процес з'єднання великих молекул;
б) процес утворення високомолекулярних сполук з низькомолекулярних без виділення побічних продуктів; b
в) процес утворення високомолекулярних сполук з вуглекислого газу і води.
4. Найбільш міцні полімери:
а) розгалужені, б) лінійні; в) просторові; b
5. На першій стадії реакції полімеризації відбувається:
а) зародження ланцюга; b б) утворення макромолекули;
в) утворення димеру.
3.2.3 Завершальний контроль знань по темі
В якості завершального контролю знань був проведений контрольний зріз.
1. Якими загальними фізичними властивостями володіють полімери? Чому полімери не мають постійної температури кипіння?
2. Які вам відомі способи отримання полімерів? Чим вони відрізняються між собою?
3. Наведіть приклади термопластичних і термореактивних полімерів. У чому їх основна відмінність?
4. Чим відрізняється реакція кополімеризації від реакцій: а) полімеризації, б) поліконденсації?
РЕЗУЛЬТАТИ: школі було приділено менше часу, але ефект був більш помітним: покращилося ставлення до предмета, ступінь його засвоюваності (якість знань і успішність), діти перестали боятися приступати до поліпшення об'єктивно-складного матеріалу.
3.3 Семінарське заняття
Рішення задач
1. Вуглеводень А, який легший за повітря, приєднує в присутності хлориду ртуті (II) хлороводень і перетворюється при цьому в речовину В, яке за певних умовах утворює речовину С, що має той же якісний і кількісний склад, але набагато більшу відносну молекулярну масу. Наведіть формули речовин А, В, С. Напишіть рівняння реакцій.
Відповідь: A - C 2 H 2,, B - CH 2 = CHCl, C - (-CH 2-CHCl-) n.
2. Складіть рівняння реакції полімеризації вуглеводнів C 4 H 8 з розгалуженим вуглецевим скелетом.
Відповідь: n (CH 3) 2 C = CH 2 → (-CH 2-C (CH 3) 2 -) n.
3. Напишіть рівняння між бутадієном і стиролом, що приводить до утворення полімеру регулярного будови.
Відповідь: nC 6 H 5 CH = CH 2 + nH 2 C = CH-CH = CH 2 → (-CH 2-CH (C 6 H 5)-CH 2-CH =
= CH-CH 2 -) n.
4. Виходячи з неорганічних речовин, отримаєте полімер з чотирма атомами вуглецю в елементарній ланці.
Відповідь: CaO → CaC 2 → C 2 H 2 → HC º C-CH = CH 2 → H 2 C = CH-CH =
= CH 2 → (-CH 2 CH = CHCH 2 -) n.
5. Запропонуйте способи отримання з етанолу двох полімерів з різним числом атомів вуглецю в елементарній ланці.
Відповідь: 1) C 2 H 5 OH → C 2 H 4 → (-CH 2-CH 2 -) n;
2) C 2 H 5 OH → H 2 C = CH-CH = CH 2 → (-CH 2-CH = CH-CH 2 -) n.

6. Органічне скло являє собою полімер метилового спирту метакрилової кислоти - найпростішої ненасичених карбонових кислот з розгалуженим скелетом. Напишіть рівняння реакції утворення оргскла.
Відповідь: nCH 2 = -COOCH 3
7. Яку масу каучуку можна отримати з 100 кг. 96%-ного етанолу, якщо вихід реакції Лебедєва становить 60%, а реакції полімеризації - 80%?
Відповідь: 27 кг. каучуку.
8. Визначте середню ступінь полімеризації у зразку бутадиенового каучуку, середня молярна маса якого дорівнює 100000 г / моль. Зобразіть структуру мономерного ланки.
Відповідь: 1850.
9. Порівняйте масові частки вуглецю в полімері і мономере, якщо полімер отриманий в результаті реакції: а) полімеризації;
б) поліконденсації з виділенням води. Відповідь мотивуйте.
Відповідь: а) масові частки однакові;
б) у полімері масова частка вуглецю більше.
10. Визначте будову непредельного вуглеводню з відкритим ланцюгом вуглецевих атомів, на повне каталітичне гідрування 1,62 м. якого було потрібно 1,34 л. водню (н.у.). Вихідний вуглеводень широко використовується в промисловості для виробництва каучуку.
Відповідь: бутадієн-1, 3.
11. До 1,12 л. безбарвного газу (н.у.), отриманого з карбіду кальцію, приєднали хлороводень, що утворився при дії концентрованої сірчаної кислоти на 2,93 м. кухонної солі. Продукт приєднання хлороводню полимеризоваться з утворенням 2,2 р. полімеру. Який полімер був отриманий? Який вихід перетворення мономеру в полімер (у% від теоретичного)?
Відповідь: 70,4% полівінілхлориду.
12. Визначте середню ступінь полімеризації у зразку природного каучуку, середня молярна маса якого дорівнює 200 000 г / моль. Зобразіть структуру мономерного ланки.
Рішення:
Природний каучук являє собою поліізопрен, в якому більшість ланок знаходиться в цис-конфігурації. Отримання каучуку з ізопрену можна представити як 1,4-приєднання:
.
Кожне мономерні ланки має молекулярну формулу С 5 Н 8 і молярну масу 68 г / моль. В одній молекулі полімеру в середньому міститься 200 000 / 68 = 2940 мономерних ланок.
Відповідь: Ступінь полімеризації - 2940.
13. 28,2 р. фенолу нагріли з надлишком формальдегіду в присутності кислоти. При цьому утворилося 5,116 г води. Визначте середню молярну масу отриманого високомолекулярного продукту реакції, вважаючи, що поліконденсація протікає тільки лінійно і фенол повністю вступає в реакцію.
Рішення:
Рівняння лінійної поліконденсації фенолу і формальдегіду можна записати наступним чином:

OH

n + (n +1) CH 2 O

OH OH OH
CH 2 CH 2
+ (N-1) H 2 O
n-2
Згідно цього рівняння відношення кількостей води і фенолу дорівнює (n-1) / n, що дозволяє знайти значення n. Кількість речовин
v (C 6 H 5 OH) = = 28,2 / 94 = 0,300 моль, v (H 2 O) = 5,116 / 18 = 0,2842 моль.
v (H 2 O) / v (C 6 H 5 OH) = 0,2842 / 0,300 = (n-1) / n,

звідки п = 19. Молярна маса продукту конденсації дорівнює:

M = M (C 6 H 4 OH) +17. M (CH 2 C 6 H 3 OH) + M (CH 2 C 6 H 4 OH) =
= 93 +17. 106 +107 = 2002 р / моль.
Відповідь: 2002 г / моль.
14. Скільки тонн 2-метил-1 ,3-бутадієну можна отримати з 180 тонн 2-метил-бутану, якщо вихід продукту становить у масових частках 0,89, або 89%, в порівнянні з теоретичним?
Рішення:


Відповідь: 151,3 m 2-метил-1 ,3-бутадієну.
15. Скільки за обсягом 1,3-бутадієну можна отримати з 800 л. розчину містить у масових частках 0,96, або 96% етилового спирту ( г / см 3)?
Рішення:

Відповідь: 149,6 м 3 бутадієну.
16. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:


Відповідь:
1)

2)
полівінілхлорид
17. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення і назвіть продукти реакції:

Відповідь:
1)
2)
3)
3)
4)

18. При полімеризації 140г ізобутилену в присутності сірчаної кислоти був отриманий діізобутілен. Непрореагіровавшіх изобутилен відігнали, а на діізобутілен подіяли бромом, причому було витрачено 120г брому. Визначте відсоток виходу діізобутілена.
Відповідь: 60%.
19. Визначте середню ступінь полімеризації у зразку хлоропренового каучуку, середня молярна маса якого дорівнює 120 000 г / моль. Зобразіть структуру мономерного ланки цього полімеру.
Рішення. Хлоропрен за будовою нагадує ізопрен, маючи атом хлору на місці метильної групи ізопрену. Полімеризація хлоропрену в положення 1,4 дає полімер:
n CH 2 = C-CH = CH 2 →-CH 2-C = CH-CH 2 -
| |
Cl Cl n
хлоропрен

хлоропреновий каучук

Структура мономерного ланки:

-СН 2-С = СН-СН 2 -

|

Сl
Молярна маса М (C 4 H 5 Cl) = 88,5 г / моль. Середня ступінь полімеризації n = M (каучуку) / М (мономеру) = 120000: 88,5 = 1356.
Відповідь. n = 1356 [39-42].

3.4 Контрольний зріз знань (1 рейтингова точка) Тести

1) До природних високомолекулярних сполук належить:
а. поліетилен
б. глюкоза
в. сахароза
р. клітковина (+)
2) Білкові молекули з амінокислот утворюються за реакцією.
а. заміщення
б. поліконденсації (+)
в. полімеризації
р. розкладання
3) Якому класу синтетичних високомолекулярних сполук споріднені в хімічному відношенні білки?
а. поліолефіну
б. полікарбонату
в. поліаміду (+)
р. поліефіру
д. поліуретанів
4) Процес з'єднання однакових молекул у більш великі молекули:
а. поліконденсація
б. ізомеризація
в. полімеризація (+)
р. гідратація
5). Структурним ланкою поліетилену є:
а. CH 3-CH = CH 2
б. -CH 2-CH 2 - (+)
в. -CH-CH 2 -
|
СН 3
р. СH 2 = CH 2
6). Поліетилен отримують, використовуючи реакцію
а. полімеризації (+)
б. поліконденсації
в. гідрування
р. ізомеризації
7). Елементарним ланкою бутадиенового каучуку є:
а.-CH 2-CH = CH-CH 2 - (+)
б. CH 2 = CH-CH = CH 2
в. -CH 2-CH 2-CH 2-CH 2 -
р.-CH 2-CH 2 -
8). Елементарне ланка-CH 2-CH 2 - мається на макромолекулах:
а. бутадиенового каучуку
б. поліетилену (+)
в. поліпропілену
р. бутадіенстірольного каучуку
9). Високомолекулярні сполуки одержують у результаті:
а. гідролізу і етерифікації
б. етерифікації та поліконденсації
в. полімеризації і поліконденсації (+)
р. полімеризації і гідролізу
10). До біополімеру відносяться:
а. білки (+)
б. капрон
в. натуральний каучук (+)
р. полістирол
д. сахароза
11). Структурний ланка поліпропілену:
а. CH 3-CH = CH 2
б. -CH 2-CH 2 -
в. -CH-CH 2 - (+)
СН 3
г.CH 2 = CH 2
12). Поліетилен отримують реакцією полімеризації:
а. бутену
б. етану
в. ізопропіл
р. етена (+)
13). Елементарне ланка-CH 2-CH = CH-CH 2 - мається на макромолекулах:
а. поліетилену
б. бутадиенового каучуку (+)
в. бутадіенстірольного каучуку
г полістиролу
14). Каучук отримують, використовуючи реакцію
а. етерифікації
б. дегидрирование
в. «Срібного дзеркала»
р. полімеризації (+)
д. поліконденсації
15). Формула мономеру для отримання поліпропілену
а. CH 3-CH = CH 2 (+)
б. CH 2 = CH 2
в. -CH-CH 2
СН 3
г.CH 2 = CH-CH = CH 2
16). Які полімери мають термопластичність:
а. полістирол (+)
б. фенолформальдегидная смола
в. Карболіт
р. поліетилен (+)
17). Мономер для отримання поліетилену:
а. CF 2 = CF 2
б. CН 2 = CH-СН 3
в.CH 2 = CH 2 (+)
р.-CH 2-CH 2 -
18). У результаті реакції поліконденсації може утворитися:
а. поліпропілен
б. полістирол
в. бутадіенстірольний каучук
р. фенолформальдегидная смола (+)
19). Первинні спирти можуть використовуватися:
а. в процесі крекінгу
б. в реакціях полімеризації (+)
в. для одержання складних ефірів
р. для синтезу вуглеводів
20). Як називається процес отримання гуми з каучуку при нагріванні з сіркою:
а. поліконденсація
б. вулканізація (+)
в. окислення
р. гідрування
21). Полімер, що має наступну будову
Н СН 3
\ /
С = С
/ \
   - СН 2 СН 2 - n
Змішали з надлишком сірки і нагріли. Продукт реакції називається:
а. гума
б. стирол
в. ебоніт (+)
р. ізопреновий каучук
22). Для того щоб почалася реакція полімеризації, до мономер додають пероксид водню. Яку роль виконує пероксид водню?
а. каталізатора
б. інгібітора
в. ініціатора (+)
р. індикатора
23). Сировиною для промислового виробництва ацетатного волокна служить:
а. целюлоза (+)
б. натуральний каучук
в. лавсан
р. полівінілхлорид
24). Полімеризацією, якої речовини отримують волокно капрон:
а. ацетилену
б. вінілхлориду
в. капролактаму (+)
р. 6-аміногексановой кислоти
25). Яке з даних речовин є поліефірним волокном:
а. целюлоза
б. лавсан (+)
в. ацетатне
р. бавовняне
26). До яких волокнах відноситься віскозне волокно:
а. рослинного походження
б. синтетичним
в. тваринного походження
р. штучним (+)
27). У чому розчиняється натуральний шовк:
а. NaOH (10%) (+)
б. NaOH (5%)
в. HCl
р. ацетоні
28). Яку реакцію дають продукти розкладання бавовни:
а. забарвлюються в жовтий колір
б. забарвлюють синю лакмусовий папірець у червоний колір (+)
в. набухають
р. знебарвлюють розчин KMnO 4
29). У чому не розчиняється целулоїд:
а. бензолі (+)
б. фенолу
в. HNO 3
р. діхлоретане (+)
30). Сополимеризацией яких речовин отримують бутадіенстірольний каучук:
а. стиролу і метилметакрилату
б. фенолу і формальдегіду
в.1 ,3-бутадієну і стиролу (+)
р. етиленгліколю і терефталевой кислоти
31). Вкажіть назву високомолекулярних речовин природного походження:
а) крохмаль +
б) поліетилен
в) глюкоза
г) целюлоза +
32). Яке волокно містить амідну зв'язок:
а) лавсан
б) ацетатне +
в) капрон
г) бавовняне
33). Натуральний каучук являє собою:
а) цис-форму полібутадієн
б) транс-форму поліізопрену
в) транс-форму полібутадієн
г)) цис-форму полиизопрена +
34). Чому дорівнює ступінь полімеризації поліпропілену з середньою мо лярной масою 100000 г / моль?
а) 2300
б) 2375
в) 2381 +
г) 2392
35). Які з перерахованих волокон відносяться до хімічних?
а) бавовняне
б) віскозне +
в) лавсан +
г) вовняне
36). Які дві речовини з перерахованих нижче взаємодіють між собою з утворенням мономеру, використовуваного для одержання волокна лавсан:
а) етиленгліколь +
б) гліцерин
в) бензойна кислота
г) терефталева кислота +
37). До синтетичних волокон належать:
а) лляне
б) лавсан +
в) капрон +
г) ацетатне
38). Вкажіть масову частку хлору в полівінілхлориді (%):
а) 55,8
б) 56,8 +
в) 57,0
г) 58,8
39). Який каучук називають дівініловим:
а) ізопреновий стереорегулярних будови
б) ізопреновий з транс-формою макромолекул +
в) бутадієновий стереорегулярних будови
г) бутадієновий нерегулярного будови +
40). Волокно капрон являє собою:
а) продукт реакції полімеризації амінокапронової кислоти
б) продукт реакції кополімеризації етиленгліколю і терефталевой кислоти
в) продукт реакції поліконденсації 6 - аміногексановой кислоти +
г) продукт реакції поліконденсації γ-амінокапронової кислоти
41). Який каучук виходить при полімеризації 2 - хлорбутадиен-1,3?
а) дівініловий
б) ізопреновий
в) хлоропреновий +
г) бутадієновий
42). Охарактеризуйте процес вулканізації каучуку
а) підвищує міцність каучуку +
б) є ​​хімічним процесом +
в) є фізичною процесом
г) для цієї мети використовується сірка +
43). Для одержання штучного волокна целюлозу:
а) взаємодією з хлором
б) взаємодією з хлороводородом
в) обробляють азотною кислотою
г) обробляють оцтовим ангідридом +
44). Скільки ізопреновий ланок повинна містити макромолекула натурального каучуку при молярної масі, що дорівнює одному мільйону?
а) 16700
б) 15700
в) 14700 +
г) 14800
45). Середня відносна молекулярна маса целюлози дорівнює 586602. Розрахуйте ступінь поліконденсації макромолекули:
а) 3550
б) 3601
в) 3621 +
г) 3653 [37-41].

Обговорення результатів. Висновки
В експерименті брали участь учні 11 класів МОУ СЗШ-ліцей № 4 і студенти 4 курсу спеціальності «Хімія» і (вибіркова сукупність становила 40 школярів і 31 студент).
В експериментальних класах при розкритті теми «Високомолекулярні сполуки» були проведені розроблені лекції та уроки, наведені в розділі III.
Для констатації результату після проведення розроблених занять були проведені контрольні роботи, які наведені в розділі III. Результати експерименту в школі наведені в діаграмах, відображають зміни якості знань і успішності в контрольному (11 б) і експериментальному (11 а) класах.

Діагностику знань студентів проводили на рейтинговому контрольному заході з використанням спеціально розроблених тестів по темі проведених експериментальних занять.
Розроблена лекція була прочитана на 4 курсі спеціальності «Хімія» з дисципліни «Високомолекулярні сполуки», де 1 група була експериментальною, а 2 контрольної. Перше, що звертає на себе увагу при аналізі зміни якості знань - це більш висока успішність студентів експериментальної групи в порівнянні з контрольною. У таблиці 1 представлені результати засвоєння матеріалів з теми «».
Таблиця 1.
Група
Число опитаних студентів
Відсоток баллірованних оцінок
Середній бал
Відмінно
Добре
Удов-но
Незадовільно-но
Експеримен-
тальна
25
23,7
38
31,5
1,0
4,2
Контрольна
21
7,2
34,3
26,7
22,6
3,27
Як видно з таблиці, в експериментальній групі невстигаючих студентів не було, в той час як в контрольній групі відсоток незадовільних оцінок порівняно високий - 22,6%. Показовим є і розкид оцінок за балами: переважна кількість студентів експериментальної групи мають оцінки в діапазоні «відмінно-добре», у той час як в контрольній - велика частина оцінок падає на діапазон «задовільно-незадовільно».
Таким чином, можна зробити висновок, що збільшення відносного вкладу відомостей про фізичних методах дослідження у відповідні розділи хімії ВМС як у ВНЗ, так і школі дозволить оптимізувати зміст і підвищити якість навчально-виховної роботи. запропонована в роботі гіпотеза, що своє подтверждненіе в результаті наших досліджень.

Висновки

1. Показана можливість встановлення і використання зв'язків з ФМІ при проведенні занять з курсу «Високомолеклярние з'єднання» за допомогою проведення уроків-лекцій;
2. Розв'язано задачу наповнення дисципліни «Високомолекулярні сполуки» знаннями про сучасні методи фізичних дослідження полімерів шляхом використання завдань, завдань, тестів;
3. Проведено апробацію розроблених методик у школі-гімназії № 4 та на хімічному факультеті університету;
4. Оцінено рівень сформованості знань при вивченні тем за розробленими методичними підходами;
5. Виявлено, що вивчення хімії високомолекулярних сполук із застосуванням знань про сучасні фізичних методах дослідження дозволяє помітно підвищити рівень знань, наукової культури, впевненості у своїх здібностях студентів і школярів.

Література
1. Пилипенко А.Т., П'ятницький І.В. Аналітична хімія. У двох книгах: кн .. 1 - М.: Хімія, 1990. -480с.
2. Пилипенко А.Т., П'ятницький І.В. Аналітична хімія. У двох книгах: кн .. 2 - М.: Хімія, 1990. -480с.
3. Васильєв В.П. Аналітична хімія. У 2 ч. Ч. 2. Фізико - хімічні методи аналізу: Учеб. для Хімко - технол. спец. вузів. - М.: Вищ. шк., 1989. - 384с.
4. Шишловський А. А. Прикладна фізична оптика. М.: Физматгиз, 1961. - 811 с.
5. Оптичні спектральні прилади. Л.: Енергія, 1975. - 136 с.
6. Толмачов Ю.А. Нові спектральні прилади. Принципи роботи. Л.: ЛДУ, 1976. - 126 с.
7. І. Р. Шен. Нелінійна оптика. М.: Наука, 1989.
8. . В. Демтредер. Лазерна спектроскопія. М.: Наука 1985.
9. Юінг Г. Інструментальні методи хімічного аналізу / Пер. з англ. М.: Світ, 1989.
10. Булатов М.І., Калінкін І.П. Практичний посібник з фотометричним методам аналізу-5-е вид., Перероб .- Л.: Хімія, 1986. - 432 с.
11. Булатов М.І., Калінкін І.П. Практичний посібник з фотоколориметричним і спектрофотометричних методів аналізу, вид. 4-е, пров. і доп., Л., «Хіімя», 1976,-376с.
12. Фізичні основи спектрального аналізу. Райхбаум Л.Д., М.: Наука, 1980.
13. Рабек Я. Експериментальні методи в хімії полімерів.: В 2-х частинах. - М.: Світ, 1983. - 384 с., 480 с.
14. В.В. Кірєєв. Високомолекулярні сполуки. М. Вища школа, 1992.
15. Миколаїв А.Ф. Технологія пластичних масс. - Л.: Хімія, 1977. 368 с.
16. Калінчев Е.Л., Саковцева М.Б. Властивості і переробка термопластів: Довідкова допомога. - Л.: Хімія, 1983. 288 с.
17. Тагер А.А. Фізикохімія полімерів. - М.: Хімія, 1978. 544 з.
18. Шур А.М. Високомолекулярні сполуки. - М.: Вища школа, 1981. 656 з.
19. Тугов І.І., Кострикіна Г.І. Хімія і фізика полімерів. - М.: Хімія, 1989. 432 с.
20. Папков С. П. Фізико-хімічні основи переробки розчинів полімерів. - М.: Хімія, 1971.
21. Козлов П. В., Фізико-хімія ефіроцеллюлозних плівок, Вид. «Мистецтво», 1948.
22. Козлов Л. В., Брагінський Г. І., Хімія і технологія полімерних плівок, Вид. «Мистецтво», 1965.
23. Чесунов В. М., Васенін Р. М., Високомол. соед., А9, 2067 (1967).
24. Козлов Л. В., Брагінський Г. І., Хімія і технологія полімерних плівок, Вид. «Мистецтво», 1965.
25. Підгородецький Є. К., Технологія виробництва плівок з високомолекулярних сполук, Вид. «Мистецтво», 1953.
26. Ultradur S. Plasty a kauc. - 1997. - V.34, № 10. - Р.315.
27. Mapleston P. Glass filled PBTs have improved surface finish, reduced warpage. Mod. Plast. Int. - 1997. - V.27, № 3. - Р.78.
28. Tashi M., Maiti SN, Misra A., Mittal RK Polim. Compos. - 1994. - V.15, № 5. - Р.349-358.
29. Сhu J., Sullivan JL Reciclabiliti of a glass fiber poly (butylenetere-phthalate) composite. Polym. Compos .. - 1996. - V.17, № 3. - Р.523-531.
30. Шляпников Ю.А., Кірюшкін С.Г., Марьин А.П. Антиокислювальна стабілізація полімерів. - М.: Хімія, 1986. - 256 с.
31. Белламі Л. Інфрачервоні спектри складних молекул ІЛ, М.; 1963. С. 18.
32. Наканісі К. Інфрачервоні спектри та будова органічних сполук. "Світ", М., 1965, с. 93.
33. Гурвич Я.А., Кумок С.Т. Проміжні продукти, органічні барвники та хімікати для полімерних матеріалів. - М.: Вищ. шк., 1989. - 304 с.
34. Рудзітіс Г. Є., Фельдман Ф. Г. Хімія: Органічна хімія. Основи загальної хімії (Узагальнення та поглиблення знань): Учеб. Для 11 класса.-М.: Освіта, 2004 .- 160с.
35. Рудзітіс Г. Є., Фельдман Ф. Г. Хімія: 10-й клас.: Учеб. Для загаль. установ. - М.: ТОВ «Видавництво АСТ»: ТОВ «Видавництво АСстрель», 2004 .- 159с.
36. Хомченко Г.П. Посібник з хімії для вступників до вузів .- 3-е вид. Испр. І доп. М.: ТОВ Видавництво Нова Хвиля », Видавець Умеренков, 2004 .- 464с.
37. Гузей Л.С. та ін Хімія, 11 клас / Л.С. Гузей, Р.П. Суровцева, Г.Г. Лисова - М.: "Дрофа", 1999. -240c.
38. Патап В. М., Татарінчік С. М., Аверіна О. В. Завдання і вправа з органічної хімії. - М.: «Хімія», 1997. - 144с.
39. Мовсумзаде Е.М. та ін Хімія в питаннях і відповідях з використанням ЕВМ. / Е.М. Мовсумзаде, Г.А. Аббасова, Т.Г. Захарочкіна. - М.: Вищ. школа, 1991. - 191с.
40. Кузьменко Н.Е., Єрьомін В.В. Хімія. 2400 завдань для школярів і вступників у вузи .- М.: Дрофа, 1999 .- 560 с.
41. Ісидором В.А. Екологічна хімія: Навчальний посібник для вузів. - СПб: Хіміздат, 2001. - 304 с.
42. Селезньов А.В. Деякі уявлення про властивості полівінілхлориду і матеріалів на його основі / / Екологія і промисловість Росії .- 2001 .- № 11 .- с. 35-37.
43. Микитюк А.Д. Узагальнення відомостей про реакції полімеризації / / Хімія в школі .- 2002 .- № 4 .- с. 56-62.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Педагогіка | Магістерська робота
243.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Роль і місце фізичних методів дослідження при вивченні деяких розділів хімії високомолекулярних 2
Формування екологічної культури учнів при вивченні хімії
Використання вимірювань і рішення задач на місцевості при вивченні деяких тем шкільного курсу геометрії
Застосування сучасних комп`ютерних технологій при вивченні хімії
Особливості відбору предметного змісту при вивченні хімії в середній школі
Розвиток екологічного мислення на уроках хімії при вивченні теми Амінокислоти
Розвиток мотивації школярів при вивченні хімії в умовах переходу до профільного навчання
Реалізація варіативного підходу при вивченні теми Солі амонію на уроках хімії
Проблемно-розвиваючий експеримент при вивченні властивостей гідросульфіта натрію на уроках хімії
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru