(Πηγή: Βιβλίο Μαθητή, Χημεία Β΄ ΓΕΛ, §5.4 Πολυμερή - πλαστικά. Οι εκφωνήσεις των παρακάτω ερωτήσεων/ασκήσεων προέρχονται από το ενιαίο μπλοκ ασκήσεων του Κεφαλαίου 5 (σελ. 155-159) και ανατέθηκαν σε αυτό το υποκεφάλαιο με βάση τη θεματική τους συνάφεια.)
Ποιες ενώσεις λέγονται μεγαλομοριακές;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ο γενικός ορισμός μεγαλομορίων/πολυμερών.
Λύση:
Απάντηση: Μεγαλομοριακές (μακρομοριακές) ενώσεις είναι αυτές που αποτελούνται από πολύ μεγάλα μόρια, φτιαγμένα από επαναλαμβανόμενες δομικές υπομονάδες — τα πολυμερή.
Τι είναι οι δομικές μονάδες των μεγαλομοριακών ενώσεων;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ο όρος για την επαναλαμβανόμενη υπομονάδα ενός πολυμερούς.
Λύση:
Απάντηση: Οι δομικές μονάδες (μονομερή) είναι οι μικρότερες, επαναλαμβανόμενες μοριακές μονάδες από τις οποίες αποτελείται ένα πολυμερές, ενωμένες μέσω αντιδράσεων πολυμερισμού.
Δώστε παραδείγματα βαμβακιού, μαλλιού και Nylon από άποψη δομής.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ο τύπος πολυμερούς (βιολογικό/συνθετικό, προσθήκης/συμπύκνωσης) κάθε υλικού.
Λύση:
Απάντηση: Το βαμβάκι είναι κυτταρίνη (πολυσακχαρίτης), το μαλλί είναι πρωτεΐνη (φυσικό πολυαμίδιο) και το Nylon είναι συνθετικό πολυαμίδιο — όλα είναι πολυμερή συμπύκνωσης, αλλά διαφορετικής χημικής κατηγορίας μονομερούς.
Τι είναι τα πολυαμίδια;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ο ορισμός μιας συγκεκριμένης κατηγορίας πολυμερών συμπύκνωσης.
Λύση:
Απάντηση: Πολυαμίδια είναι τα πολυμερή συμπύκνωσης στα οποία οι μονομερείς μονάδες συνδέονται με τον αμιδικό δεσμό (–CO–NH–)· παραδείγματα είναι οι πρωτεΐνες και το Nylon.
Δώστε ένα παράδειγμα πολυεστέρα και των εφαρμογών του.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ονομαστικό παράδειγμα πολυεστέρα από τη θεωρία, με χρήσεις του.
Λύση:
Απάντηση: Ο πολυαιθυλενοτερεφθαλικός εστέρας (Dacron, Terylene) — χρησιμοποιείται κυρίως ως συνθετική υφάνσιμη ίνα (υφάσματα).
Τι περιλαμβάνει ο όρος πλαστικά;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται η έκταση/οριοθέτηση του όρου σύμφωνα με τη θεωρία.
Λύση:
Απάντηση: Ο όρος πλαστικά αφορά μία μεγάλη κατηγορία πολυμερών, η οποία διακρίνεται από τα συνθετικά ελαστικά και τις συνθετικές υφάνσιμες ίνες.
Δώστε από δύο παραδείγματα πολυμερών προσθήκης.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητούνται παραδείγματα πολυμερών που παράγονται με αντίδραση προσθήκης, όχι συμπύκνωσης.
Λύση:
Απάντηση: Π.χ. πολυαιθυλένιο και πολυπροπυλένιο (ή εναλλακτικά PVC και Teflon).
Τι είναι ο συμπολυμερισμός; Δώστε ένα παράδειγμα.
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ο ορισμός πολυμερισμού με περισσότερα από ένα είδη μονομερούς.
Λύση:
Απάντηση: Συμπολυμερισμός είναι η αντίδραση πολυμερισμού με δύο ή περισσότερα διαφορετικά μονομερή. Παράδειγμα: ο συμπολυμερισμός βινυλοχλωριδίου (CH2=CHCl) και βινυλιδενοχλωριδίου (CH2=CCl2), που δίνει υλικό συσκευασίας τροφίμων.
Τι είναι ο βακελίτης και ποια η κύρια ιδιότητά του;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ζητείται ταυτότητα και βασικό χαρακτηριστικό ενός συγκεκριμένου πολυμερούς.
Λύση:
Απάντηση: Ο βακελίτης είναι ρητίνη (πολυμερές) φαινόλης-φορμαλδεΰδης, με πολύ υψηλό σημείο τήξης· κύρια ιδιότητά του είναι ότι είναι ηλεκτρικά μονωτικό.
Παρακάτω δίνονται τα εμπορικά ονόματα ορισμένων πολύ γνωστών πολυμερών (πλαστικών). Δώστε τα αντίστοιχα μονομερή. α. PVC β. Στυρόλιο γ. Πολυπροπυλένιο δ. Teflon ε. Orlon στ. Plexiglas
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανατρέχουμε στη θεωρία των πολυμερών προσθήκης, όπου κάθε εμπορικό όνομα αντιστοιχεί σε συγκεκριμένο μονομερές αλκένιο/παράγωγο.
Λύση:
Απάντηση: α. CH2=CHCl· β. CH2=CH-C6H5· γ. CH3CH=CH2· δ. CF2=CF2· ε. CH2=CHCN· στ. CH2=C(CH3)COOCH3.
Πρόσεξε:
Τα πολυμερή συμπύκνωσης τα οποία προκύπτουν από δύο ή περισσότερα μονομερή λέγονται: α. ετεροπολυμερή β. ομοπολυμερή γ. συμπολυμερή δ. ελαστομερή ε. πλαστικά
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ελέγχουμε τον ορισμό: πολυμερή από περισσότερα του ενός είδη μονομερούς λέγονται συμπολυμερή.
Λύση:
Απάντηση: γ. συμπολυμερή
Το μόριο που θα αποσπασθεί κατά τη συμπύκνωση των HOCH$_2$CH$_2$OH και C$_2$H$_5$OOC-C$_6$H$_5$-COOC$_2$H$_5$ (διαιθυλεστέρας τερεφθαλικού οξέος) είναι: α. H$_2$O β. CH$_3$OH γ. CH$_3$CH$_2$OH δ. C$_6$H$_6$
Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρόκειται για αντίδραση μετεστεροποίησης: η αιθυλενογλυκόλη αντικαθιστά την αιθανόλη στον εστέρα, οπότε αποσπάται η ελεύθερη αλκοόλη του αρχικού εστέρα.
Λύση:
Απάντηση: γ. CH3CH2OH
⚠️ υπό επαλήθευση
Πρόσεξε:
Υπάρχουν ανάμεσα στα άλλα και δύο πολυπροπυλένια. Το ένα είναι μαλακό, με χαμηλό σημείο τήξης και μικρή αντοχή. Το άλλο είναι μεγάλης αντοχής και υψηλού σημείου τήξης. Σε ποιο από τα δύο πιστεύετε ότι τα μόριά του είναι πιο «τακτικά» συνδεδεμένα ή πιο κρυσταλλικά;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Μεγαλύτερη τάξη/κρυσταλλικότητα στη διάταξη των μορίων επιτρέπει ισχυρότερες διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, άρα υψηλότερο σ.τ. και μεγαλύτερη αντοχή.
Λύση:
Ενδεικτική απάντηση: Το ανθεκτικό, υψηλού σημείου τήξης πολυπροπυλένιο είναι αυτό με τα πιο «τακτικά» συνδεδεμένα (πιο κρυσταλλικά) μόριά.
Πρόσεξε:
Στα πολυμερή προσθήκης η σχετική μοριακή μάζα του πολυμερούς είναι ακριβώς ...... ...... της M$_r$ του ........ .
Σκέψη / Μεθοδολογία: Στα πολυμερή προσθήκης δεν αποβάλλεται κανένα άτομο κατά την ένωση των μονομερών, άρα η Mr του πολυμερούς είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της Mr του μονομερούς.
Λύση:
Απάντηση: Πολλαπλάσιο (ακέραιο) της Mr του μονομερούς.
Ένα πολυμερές έχει την παρακάτω δομή: ~A–A–A–A–A–A~ | | | | | | A A A A A A θα το χαρακτηρίζατε σαν: α. γραμμικό β. διακλαδισμένο γ. δικτυωτό
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η κύρια αλυσίδα φέρει πλευρικές ομάδες σε κάθε άτομο, χωρίς όμως να συνδέεται με άλλες αλυσίδες — αυτό είναι διακλαδισμένη, όχι δικτυωτή, δομή.
Λύση:
Απάντηση: β. διακλαδισμένο
Τι είναι σωστότερο να ορίζεται ως βαθμός πολυμερισμού (ν ή i): ο αριθμός των μονομερών που αποτελούν το πολυμερές ή ο αριθμός των μονομερών που αποτελούν μία αλυσίδα του πολυμερούς;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο βαθμός πολυμερισμού αναφέρεται σε μία αλυσίδα, όχι στο σύνολο του δείγματος (που θα περιείχε αναρίθμητες αλυσίδες).
Λύση:
Απάντηση: Το δεύτερο: ο αριθμός των μονομερών που αποτελούν μία (μεμονωμένη) αλυσίδα του πολυμερούς.
Τα υλικά τα οποία επανακτούν το αρχικό τους σχήμα μετά από μία παραμόρφωση λέγονται: α. πλαστικά β. ελαστομερή γ. θερμοπλαστικά δ. ίνες
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ικανότητα επαναφοράς στο αρχικό σχήμα μετά από παραμόρφωση είναι εξ ορισμού η ελαστικότητα.
Λύση:
Απάντηση: β. ελαστομερή
Ποια είναι η σχετική μοριακή μάζα του PVC, αν ένα μόριο του πολυμερούς αποτελείται από 2 500 μόρια του μονομερούς;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Στα πολυμερή προσθήκης η Mr του πολυμερούς είναι ίση με τον βαθμό πολυμερισμού επί την Mr του μονομερούς.
Λύση:
Απάντηση: Mr(PVC) ≈ 156.250.
Η αντίδραση RCO-OH + H-NHR' \rightarrow ROC-NHR' + H$_2$O είναι μία αντίδραση: α. πολυμερισμού β. συμπύκνωσης γ. εστεροποίησης δ. προσθήκης
Σκέψη / Μεθοδολογία: Παρατηρούμε ένωση καρβοξυλικού οξέος με αμίνη, με ταυτόχρονη αποβολή H2O — αυτό είναι γενικά μία αντίδραση συμπύκνωσης (ειδικά, σχηματισμού αμιδίου).
Λύση:
Απάντηση: β. συμπύκνωσης
Πρόσεξε:
Στην παραπάνω αντίδραση και κυρίως στη φάση του πολυμερισμού απομακρύνεται κατάλληλα το νερό. Αυτό γίνεται: α. Για να παράγεται άνυδρο προϊόν. β. Για να μη διασπάται το προϊόν. γ. Για να επιταχύνεται η αντίδραση λόγω αύξησης της συγκέντρωσης των αντιδρώντων. δ. Για να μετατοπίζεται η ισορροπία προς τα «δεξιά».
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η αντίδραση συμπύκνωσης είναι αντιστρεπτή (ισορροπία). Κατά την αρχή Le Chatelier, η απομάκρυνση ενός προϊόντος (H2O) μετατοπίζει την ισορροπία προς την παραγωγή περισσότερου προϊόντος.
Λύση:
Απάντηση: δ. Για να μετατοπίζεται η ισορροπία προς τα «δεξιά».
Πρόσεξε:
Το μονομερές του $(-CH_2-CH=CH-CH_2-)_ν$ είναι: α. CH$_3$CH=CHCH$_3$ β. CH=CH$_2$CH$_2$CH$_3$ γ. CH$_2$=CH-CH=CH$_2$
Σκέψη / Μεθοδολογία: Η επαναλαμβανόμενη μονάδα του πολυμερούς έχει 4 άτομα C με έναν διπλό δεσμό στη μέση — αυτό προκύπτει από πολυμερισμό ενός διενίου (δύο διπλούς δεσμούς) με «κατανάλωση» του ενός διπλού δεσμού σε κάθε άκρο.
Λύση:
Απάντηση: γ. CH2=CH-CH=CH2 (1,3-βουταδιένιο)
Πρόσεξε:
Ποια είναι η σχετική μοριακή μάζα πολυμερούς που αποτελείται από 2000 μόρια του μονομερούς CH$_2$=CH-CH=CH$_2$;
Σκέψη / Μεθοδολογία: Υπολογίζουμε πρώτα την Mr του μονομερούς (βουταδιένιο, C4H6) και μετά πολλαπλασιάζουμε επί τον βαθμό πολυμερισμού.
Λύση:
Απάντηση: Mr(πολυμερούς) ≈ 108.000.