К каким органическим соединениям относятся каучуки

Урок 16. Натуральный каучук. Синтетические каучуки

Урок посвящён знакомству с природным и синтетическими каучуками: бутадиеновым, дивиниловым, изопреновым, хлоропреновым и бутадиен-стирольным, а также с производными каучука – резиной и эбонитом. Учащиеся узнают о способах их получения, особенностях строения и областях применения.

Вулканизация – нагревание каучука с серой, приводящее к сшивке полимерных цепей друг с другом и повышению прочности материала.

Каучук – эластичный полимер, продукт полимеризации диеновых углеводородов.

Латекс – сок дерева гевея.

Резина – эластичный материал, продукт вулканизации каучука с содержанием серы ниже 30%.

Сополимеризация – совместная полимеризация двух или более мономеров.

Стереорегулярность – упорядоченность цис- и транс-форм мономерных звеньев в полимерной цепи.

Эбонит – прочный и химически стойкий материал, продукт вулканизации каучука с содержанием серы выше 30%.

Эластичность – способность возвращаться в исходную форму после растяжения или сжатия.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

С каучуками или их производными, такими, как резина, мы сталкиваемся ежедневно. Данные полимеры отличаются тем, что способны после механических деформаций (растяжения или сжатия) возвращаться в свою исходную форму. Это свойство называется эластичностью. Кроме того, каучук и резина водо- и газонепроницаемы и не проводят электрический ток, что позволяет изделия из них использовать для защиты от воды и как изоляторы.

Природный каучук добывают из латекса – сока дерева гевея, которое широко распространено в Бразилии и странах Азии (Китае, Малайзии, Вьетнаме). По химическому строению каучук является продуктом полимеризации изопрена. Высокая его эластичность – следствие того, что мономерные звенья в полимерной цепи имеют только цис-форму. Если цис- и транс-формы звеньев в цепи расположены упорядоченно, то такой полимер называется стереорегулярным.

Практическое применение природного каучука ограничивается его чувствительностью к высоким и низким температурам. Преодолеть этот недостаток можно, используя процесс вулканизации. При нагревании с серой двойные связи в молекуле каучука разрушаются, а атомы серы соединяют отдельные цепи между собой. Полученное таким образом вещество называется резиной. Если количество серы, добавленной при вулканизации, превышает 30%, то вместо резины образуется эбонит – прочный, стойкий к действию агрессивных веществ материал.

Каучук также можно синтезировать промышленным путем. Этот процесс называется синтезом Лебедева. Обычно с его помощью получают дивиниловый каучук. Следует отличать дивиниловый и бутадиеновый каучуки. Мономером для их получения служит одно и то же вещество (бутадиен-1,3), но дивиниловый каучук стереорегулярен (и, следовательно, эластичен), а бутадиеновый каучук – нет. Управлять стереорегулярностью получаемых полимеров можно при помощи катализаторов.

Подвергать полимеризации можно не одно вещество, а несколько. Такой процесс называется сополимеризацией (т.е. совместной полимеризацией). Например, при сополимеризации бутадиена и стирола будет получен бутадиен-стирольный каучук.

Дивиниловый и изопреновый каучуки используются для производства автомобильных шин. Менее эластичный бутадиеновый – для создания предметов быта, одежды и обуви. Из устойчивого хлоропренового каучука изготавливают кабели и трубопроводы, а из бутадиен-стирольного – ленты транспортеров.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на вычисление степени полимеризации полимера

Условие задачи: Рассчитайте степень полимеризации хлоропренового каучука с молярной массой 35400 г/моль

Шаг первый: вычислим молярную массу хлоропрена.

Шаг второй: вспомним определение степени полимеризации.

Степень полимеризации – это число мономерных звеньев в полимерной цепи.

Значит, для вычисления степени полимеризации необходимо разделить молярную массу полимера на молярную массу мономерного звена, которая равна молярной массе мономера.

n = 35400 г/моль : 88.5 г/моль = 400.

Ответ: n = 400.

2. Решение задачи с вычислением выхода продукта реакции.

Условие задачи: Рассчитайте, сколько кг бутадиена необходимо взять, чтобы при его полимеризации с выходом 90% получить 234 кг дивинилового каучука.

Запишем уравнение реакции полимеризации:

Видно, что в этой реакции участвует одно исходное вещество и нет побочных продуктов. Значит, по закону сохранения массы теоретическая масса полученного каучука должна быть равна массе исходного бутадиена.

Обозначим исходную массу бутадиена за х:

Тогда теоретическая масса полученного каучука, равная ей, тоже х:

Подставим известные из условия величины и введённую нами переменную х в формулу для расчёта выхода продукта реакции:

Каучук. Виды и применение. Свойства и особенности

Каучук – эластомер натурального или синтетического происхождения, обладающий высокой степенью тягучести, диэлектрическими качествами и водонепроницаемостью. Он входит в состав резины, паронита и других материалов, широко применяемых в промышленности.

Где используется каучук

Невозможно представить современную промышленность без каучуков. Они входят в состав важных материалов, таких как:

Средства контрацепции.
Смолы.
Клей. .
Искусственная кожа.
Обувные подошвы и т.д.

Львиная доля всех каучуков применяется для производства резины. Помимо них в состав входит сажа, выполняющая роль наполнителя. Каучуки работают как связующее. Они приобретают определенную твердость, но при этом остаются эластичными. За счет этого после растягивания изделия принимают свою изначальную форму. В качестве наполнителя также могут использоваться мел, тальк и другие материалы. Чтобы сделать из тягучего каучука резину, необходимо провести процесс вулканизации. Его суть заключается в нагреве массы с добавлением серы. Атомы каучука в таких условиях перестраивают свою структуру, и исходный материал превращается в резину.

Практически во всех сферах использования каучука применяется технология его вулканизации. Только после этого он приобретает те качества, за которые так ценится. Причем конечные свойства материалов, которые производятся из каучука, зависят от количества серы, которая включается в массу при вулканизации. Если ее 1-5%, то он получится мягким и эластичным. Если же ее концентрацию довести до 30%, то материал станет твердым. Это будет уже не резина, а эбонит. Даже банальная обувная подошва является чаще всего жестким видом резины, которая получена благодаря включению каучука.

Если выполнить смешивание каучука с асбестом, то получится паронит. Это листовой материал, который применяется для изготовления прокладок для двигателей внутреннего сгорания. Такой материал обладает высокой температурной устойчивостью. При этом он сохраняет определенную мягкостью. Это позволяет его применять для уплотнения соединения, к примеру между головкой блока цилиндров и корпусом двигателя. Такая прокладка обладает отличной стойкостью к нагреву, при этом она в достаточной мере сжимается, чтобы заполнить все неровности, и предотвратить разгерметизацию.

Что такое натуральный каучук

Изначально под каучуком подразумевался исключительно натуральный материал, который получают путем переработки сока растений группы каучуковых. Порядка 60% этой продукции используется для изготовления автомобильных шин. Так как материал имеет растительное происхождение, он является дефицитным, поэтому имеет соответственно высокую стоимость.

Для природного необработанного каучука, так называемого сырого, характерно окисление на воздухе Он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего начинает медленно разлагаться. Этот процесс называется старением. Разложение каучука происходит в момент нагрева до температуры больше +200°С.

Выращивание деревьев и травы, дающей сок для производства природного каучука, ведется во Вьетнаме, Бразилии, Китае, а также Таиланде и Малайзии. В других странах этому препятствуют местные климатические особенности. В свое время на заре открытия каучука в 1751 году, материал стал крайне интересным для тогдашней промышленности. По результатам изучения каучука появилось достаточно много способов его использования. Как следствие страны, на территории которых можно было выращивать необходимые для его производства деревья, получили серьезный экономический толчок. Существовало даже такое понятие как «каучуковая лихорадка», когда люди вкладывали свои сбережения в выкуп земель с целью выращивания плантации с каучуковыми деревьями на новых территориях. Это сопровождалось большими рисками, отложенной перспективой получения урожая сока, но большой экономической выгодой. Нужно отметить, что с изобретением искусственных каучуков надобность в натуральном упала, но по прежнему существует.

Виды синтетического каучука

Более распространенным, чем натуральный, является синтетический каучук. В качестве сырья для его производства может использоваться уголь, нефть, природный газ. Это не один, а несколько видов материала, отличающихся между собой по ряду качеств, особенностях эксплуатации и прочим характеристикам. Одни виды синтетического каучука предназначены для производства резины, другие для узкоспециализированных задач.

Можно выделить такие виды искусственного каучука:

Изопрен. .
Бутадиеновый.
Бутадиен-метилстирольный.
Бутилкаучук.
Этилен-пропиленовый.
Бутадиен-нитрильный.
Хлоропреновый.
Силоксановый.
Фторкаучуки.
Тиоколы.

Изопреновые обладают всеми качествами, которые ставятся к подобным материалам. У них есть эластичность, прочность, отсутствие токопроводности и сопротивление к эффекту старения. При этом его не растворяют спирты и вода. Это могут сделать только щелочи и концентрированные кислоты. Из этого материала делают резиновые шины.

Бутадиеновый каучук отличается от остальных тем, что имеет достаточно низкую морозостойкость. По мере замерзания он становится жестче, теряет эластичность. После повышения температуры она возвращается. Все же эластичность каучука этого вида небольшая, поэтому он чаще применяется для изготовления твердых предметов.

Хлоропреновый отличается превосходной эластичностью. Кроме этого он весьма стойкий к ударам, порезам, и другому воздействию. Его не растворяет вода, бензин, спирт и прочие вещества. При этом недостатком хлоропрена является низкая морозостойкость. При замерзании материал строит кристаллическую решетку. В таком виде изделие из него будет твердым, при этом его становится сравнительно легко разорвать. Этот материал имеет очень широкое распространение в тех местах, где требуется химическая стойкость. Из него делают рукава, шланги для перекачки нефтепродуктов. Кроме этого это один из лучших материалов для изготовления защитных перчаток.

Бутилкаучук – это один из самых эластичных материалов. Он может очень сильно растягиваться. По этой причине из данного материала изготавливают специализированную мембрану для строительства садовых прудов. Она превосходит по степени растягивания любые другие материалы, которые могут применяться в этой же нише. Также бутилкаучук используют для изготовления прорезиненной одежды, шин, причем весьма высокого качества.

Также достаточно распространенный каучук бутадиен-нитрильный. Он ценится за высокую стойкость к воздействию бензином, дизельным топливом и маслом. Из него делают технические резиновые предметы, отличающимися стойкими к разным температурам. Также этот материал применяется при изготовлении пластмасс.

Свойства каучуков

Каучук это очень важный материал для изготовления изделий самого разного назначения, начиная от автомобильных шин и заканчивая презервативами. Из него делают аптечные жгуты, резиночки для денег, прокладки, колесные камеры, надувные лодки, мячи, игрушки и т.д.

Важные качества:

Эластичность.
Водонепроницаемость.
Ремонтопригодность.
Электроизоляционные свойства.
Низкая теплопроводность.
Гасит вибрации.
Минимальный коэффициент скольжения.

В первую очередь каучуки добавляются в различные материалы при их производстве, чтобы сделать те более эластичными. Этот связующий компонент обволакивает наполнитель. Поле этого в случае необходимости готовое изделие можно растягивать. По завершении воздействия оно примет первоначальную форму. При этом такого не произойдет, если в состав также включено большое количество серы. Она блокирует эластичность каучука.

Наличие каучука в составе любых материалов делает их автоматически стойкими к воде. При этом устойчивость к прочим жидкостям, в том числе и агрессивным, зависит исключительно от вида связующего. Одни синтетические каучуки растворяются в щелочах, другие в кислотах или спиртах.

Изделия, в которых имеется каучук, являются ремонтопригодными. Для их починки применяются специализированные клеевые составы, в которых также имеется аналогичное связующее. Особенно надежными являются клеи, которые предусматривают схватывание путем применения вулканизации. В таком случае после застывания они могут растягиваться так же, как и основание под ними.

Все материалы с добавлением каучука в состав автоматически становятся диэлектриками. Именно поэтому их зачастую применяют для производства гибкой изоляции, на электрические провода. Защитная экипировка для работы с электроприборами и линиями электропередач производится с добавлением каучука.

Также стоит отметить, что каучук и изделия из него имеет низкую теплопроводность. Именно поэтому зачастую можно встретить резиновые и прорезиненные ручки на сковородках, крышках кастрюль, инструментах, ножах.

Высокая эластичность каучука является причиной еще одного выраженного качества материала – вибрационная устойчивость. Из резины делают ножки, подушки под тяжелую технику, мебель и т.д. Материал, а точнее изделия из него, зачастую являются антискользящими. Они не выскальзывают из рук, к тому же отлично задерживают прочие предметы, которые о них трутся.

Каучук и каучуковые материалы: резина, эбонит, гуттаперча, балата

Каучук — общее имя, под которым продается продукт коагуляции млечного сока, выделяемого некоторыми тропическими растениями. К числу этих растений относится Бразильская гевея (Hevea brasiliensis) и родственные ей виды. Из гевей как дико растущих, так и плантационных получается около 9/10 мировой добычи каучука.

Плантационный каучук выше по своим качествам, нежели дико растущий. Продажный каучук носит различные названия, наиболее ценный сорт «пара-каучук». В химическом отношении главной составной частью каучука является углеводород состава ( С₁₀ H₁₆ ) _n. В настоящее в больших объемах выпускается искусственный каучука, путем полимеризации изопрена (C₅ H₈ ) . Каучук растворим в бензине, бензоле, сероуглероде и др.

Еще до открытия Бразилии местные индейцы имели «резиновые мячики», бутылки из небьющегося материала и пользовались для освещения на праздниках факелами, которые долго горели, но выделили много сажи и имели резкий запах. Они изготовлялись из молочно-белых «слез» дерева кауучу.

Пробы этого материала в виде каучуковых сухих лепешек привез на родину французский исследователь и ученый Шарль Мари де ла Кондамин в 1744 году во время английской морской блокады против Франции. Но промышленное значение каучук получил только после того, как американскому химику Чарльзу Нельсону Гудьиру в 1839 году удалось превратить каучук с серой под действием тепла из пластичного в эластичное состояние (резину).

В результате процесса вулканизации и изготовления эбонита, в 1848 году он стал основателем современной резиновой промышленности. В 1898 году в Акране (Огайо) была основана компания «Goodyear Tire & Rubber». Еще сегодня она относится к самым крупным производителям изделий из каучука и синтетической резины в мире.

Обработка каучука

В чистом виде каучук не применяется, а предварительно смешивается с различными веществами, из которых главную роль играет сера. Полученная смесь формуется и подвергается вулканизации. Смешение происходит путем перетирания каучука на вальцах, с постепенной подсыпкой того или иного вещества.

В состав каучуковой массы могут входить следующие вещества:

суррогаты каучука (регенерат — старый каучук и фактисы — жирные масла, вулканизированные серой);

наполнители (окись цинка, мел, као л ин и т. п.);

смягчители, прибавляемые при большом проценте наполнителей (парафин, церезин, асфальт и пр.);

В электротехнике применяется мягкий каучук, с большим содержанием наполнителей (до 60% и выше), но с малым содержанием серы, и твердый каучук — роговой каучук, эбонит, с большим содержанием серы.

Резина — смесь каучука с серой, обработанная при повышенной температуре. Чрезвычайно гибкий, эластичный, совершенно водонепроницаемый материал, обладающий высокими изоляционными свойствами. Изготовляется в виде листов различной толщины и широко используется для изоляции проводов. Отрицательные качества — малые теплостойкость и маслостойкость.

Вулканизаци я

Для электротехнических изделий применяется исключительно горячая вулканизация. Температура вулканизации 160 — 170° С для твердого каучука и 125 — 145° С для мягкого. Время вулканизации зависит от рода изделий и их размера.

Для ускорения процесса вулканизации в с месь прибавляют особые вещества органического и неорганического происхождения — ускорители. К таким веществам принадлежат окиси некоторых металлов, а также некоторые сложные органические соединения. У скорители н е только сокращают время вулканизации в 4 — 6 раз, но и дают продукт более однородный и во всех отношениях лучших качеств.

Свойства мятого каучука

Свойства каучука зависят от его сорта, рода наполнителей, количества серы, времени вулканизации и т. д. Увеличение содержания серы увеличивает диэл ектричсекую постоянную и угол потерь. Из примесей наиболее вредно влияет на электрические свойства сажа, наименее — молотый кварц.

Уд ельное об ъ емное сопротивление в среднем составляет 10 14 — 10 16 Ом х с м . Диэл ектричская постоянная от 2,5 до 3. Эл ектрическая прочность составляет для сырого каучука — 24 кВ/мм , для каучука вулканизированного — 38,7 кВ/мм . Тангенс угла потерь для вулканизированного каучука 0,005 — 0 ,02. Уд ельный вес чистого каучука 0,93 — 0,97, каучуковой смеси — 1,7 — 2. Временное сопр отивление пр и растяжении хорошего каучука — 120 кг/см 2 , при чем при разрыве каучук удлиняется в 7 раз.

Мягкий каучук идет, главным образом, н а изоляцию проводников, на выделку трубок, лент, перчаток и т. д. При электромонтажных работах широко применяется изоляционная лента, представляющая собой обычную миткалевую ленту, покрытую с одной стороны каучуковой клейкой массой.

Иначе называется твердым каучуком. Лучшие сорта эбонита содержат 75% чистого каучука и 25% серы. Некоторые сорта содержат, кроме того, регенерат и наполнители. Впрочем, наполнители иногда прибавляются для изменения свойств эбонита в желаемом направлении, напр имер , для увеличения его теплостойкости.

Уд ельное об ъ емное сопротивление лучших сортов эбонита доходит до 10 16 — 10 1 7 Ом х с м. Поверхностное удельное сопротивление до 10 1 5 Ом . Однако, поверхностное сопротивление при длительном действии световых лучей значительно уменьшается. Для уменьшения этого эффекта поверхность эбонита должна быть хорошо полирована.

Старение происходит вследствие выделения из эбонита свободной серы, которая, соединяясь с кислородом воздуха и влагой, дает серную кислоту. Для восстановления поверхности,. эбонит промывается сначала нашатырным спиртом, а затем, многократно, дистиллированной водой.

Электрическая прочность эбоинта составляет от 8 до 10 кВ/мм при толщинах порядка 5 — 10 мм . Временное сопротивление при изгибе от 400 до 1 000 кг /c м 2 . Временное сопротивл е ние при ударном изгибе 5 — 20 (кг х см)/см 2 . Теплостойкость 45 — 55° С.

Предприятия , вырабатывающие эбонит, обычно выпускают несколько сортов его. Чем ниже сорт, тем больше в нем суррогатов каучука и наполнителей. Эбонит имеет весьма широкое применение в электротехнике . Эбонит продается в листах, прутках и трубах.

К специальным сортам эбонита принадлежат а сбестонит и вулкан-асбест. Производство их несколько отличается от производства эбонита,а именно: так как асбестовое волокно совершенно размалывается вальцами, то каучук растворяют в бензияе и затем уже смешивают с асбестом и прочими наполнителями. Такие смеси могут содержать очень мало каучука, до 10%, вследствие чего теплостойкость этих изделий может быть поднята до 160° С.

Эбонитовый порошок используют для изготовления пластмассы, из которой прессуют различные изоляционные детали.

Синтетический искусственный каучук

В современной кабельной промышленности отдается предпочтение не натуральному каучуку, а его синтетическим видам и смесям. Эти смеси придают специфические свойства изолировочному слою и оболочке готовых продуктов (жилы, провода и кабеля). К смесям добавляют присадки, ускоряющие реакцию сшивания, а также цветные пигменты и присадки, защищающие готовый продукт от старения.

Существует несколько видов синтетического каучука — карбоксилатные, полисульфидные, этиленпропимновые и др. Электрические свойства синтетического каучука близки к свойствам естественного, но механические ниже.

Гуттаперча представляет продукт коагуляции млечного сока некоторых растений, произрастающих на островах Малайского архипелага.

Гуттаперча содержит 20 — 30% смол и 70 — 80% каучука с углеводородом и по химическому составу приближается к природному каучуку. Но, так как родственники не всегда похожи друг на друга, гуттаперча тоже ведет себя по-иному, чем натуральный каучук. При температуре 50 — 70 о С гуттаперча становится пластичной, но не эластичной, как каучук, и затвердевает при воздействии холода.

Гуттаперча не вулканизируется. Начинает размягчаться при 37° С, при 60° С становится совершенно пластичной и при 130° С расплавляется. Уд ельное объемное сопротивление 10 14 — 10 16 Ом х с м .

Это один из самых древних электроизоляционных материалов. С 1845 года гуттаперчей изолировались телеграфные провода в Великобритании, в т.ч. для изоляции подводных линий.

Подводный телеграфный кабель 1864 года

В семидесятых годах XIX века появляются первые кабельные заводы за границей и в России. Эти заводы изготовливали главным образом изолированную проволоку для телеграфа и немногие из них — изолированный гуттаперчей подводный телеграфный кабель.

За применение новых сырьевых материалов, как, резины, гуттаперчи, балаты ратовал родившийся в Кельне Франц Клоут (1838 — 1910 гг.), ставший новатором и важнейшим основателем резиновой промышленности в Германии.

С гуттаперчей, как изоляционной облицовкой, эксперименты проводились и Вернером фон Сименсом, который хотел применить ее для подземного кабеля. При проведении трехлетних испытаний по поручению немецкого правительства оказалось, что гуттаперча разрушается натуральными агрессивными веществами земли и теряет через короткое время свои изоляционные качества в грунтовых водах.

В качестве изолятора жил силового кабеля гуттаперча продержалась сравнительно короткое время, так как изоляция на холоде становилась твердой, а под действием тепла мягкой, была дорогостоящей, а поэтому не могла стать идеальной (смотрите — Какие бывают кабельные изделия).

Покрытие кабеля гуттаперчей. Гринвич, 1865-66 годы. Картина Р. Ч. Дадли

Жилы в то время укладывались в трубах из железа и свинца и были обмотаны лентами из хлопка, льна или джута. А в 1882 году появилась идея применения этих материалов для изоляции. Для этого на базе вазелина с добавлением природных смол для сгущения были созданы средства пропитки.

Употребляемый тогда гуттаперчевый пресс превратился в гидравлический свинцовый пресс, с помощью которого непосредственно на жилу накладывалась свинцовая облицовка и отпала необходимость применять железные трубы.

От коррозии облицовка защищалась джутом, пропитанным битумом, который обматывался вокруг кабеля. В качестве механической защиты применялись два оцинкованных железных листа, пропитанных битумом и уложенных внахлестку. Для полной защиты от коррозии их еще раз покрывали джутом, пропитанным битумом.

Битум относится к продуктам, оставлявшим на руках монтеров-прокладчиков подземного кабеля еще многие десятилетия черные следы. Поскольку он, известный как «земная смола» или «горная смола», добывался как «природный асфальт», а сегодня выделяется в основном при перегонке нефти в вакууме, применялся еще за 2500 лет до н.э. под названием «асфальта» жителями Мессопотамии для уплотнений между досками палубы их судов. Применялся он и как предшественник линолеума для изоляции полов от проникновения влаги.

Балата

Балата — продукт, родственный каучуку и гуттаперче, добывается в Венесуэле. По свойствам близка к гуттаперче и применяется, как прибавка к ней и к каучуку. Балата содержит больше природных смол, чем каучук и гуттаперча и в отличие от резины не вулканизируется. В большом количестве она применяется в виде пропитки при изготовлении приводных ремней и конвейерных лент.

Алкадиены

Алкадиены — непредельные (ненасыщенные) углеводороды, имеющие в молекуле две двойных связи С=С. Каждая такая связь содержит одну сигма-связь (σ-связь) и одну пи-связь (π-связь).

Алкадиены также называют диеновыми углеводородами. Первый член гомологического ряда — пропадиен — CH₂=C=CH₂. Общая формула их гомологического ряда — C_nH_2n-2.

Номенклатура и изомерия алкадиенов

Названия алкенов формируются путем добавления суффикса «диен» к названию алкана с соответствующим числом: пропадиен, бутадиен, пентадиен и т.д.

При составления названия алкадиена важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать двойные связи. Нумерация атомов углерода в ней начинается с того края, к которому ближе двойная связь. В конце названия указывают атомы углерода, у которых начинается двойная связь.

Атомы углерода, прилежащие к двойной связи находятся в sp 2 гибридизации.

Для алкадиенов характерна изомерия углеродного скелета, положения двойных связей, межклассовая изомерия с алкинами и пространственная геометрическая изомерия в виде существования цис- и транс-изомеров.

Также к синтетическим каучукам относится бутадиен-1,3 (дивинил).

Классификация по положению двойных связей

В случае, если две двойные связи прилежат к одному и тому же атому углерода.

Пример — пропадиен-1,2 (аллен) — CH₂=C=CH₂

В молекуле аллена крайние атомы углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации, а центральный атом — sp-гибридизации.

В случае, если две двойные связи разделены одной одинарной связью. В результате такого взаиморасположения в молекулах возникает сопряжение: формируется единое π-электронное облако.

Помните, что сигма-связи (σ-связи) перекрываются вдоль линии плоскости, а пи-связи (π-связи) над и под линией плоскости (линией, соединяющей центры атомов).

В случае, если две двойные связи разделены двумя и более одинарными связями.

Получение алкадиенов

В результате реакции молекулы алкана, содержащей два атома галогена, со спиртовым (!) раствором щелочи получается алкадиен. В зависимости от положения галогенов возможны разные варианты.

Отщепление идет по правилу Зайцева: атом водорода отщепляется от соседнего, наименее гидрированного атома углерода.

Сергей Васильевич Лебедев в 1927 году разработал первый промышленный способ получения синтетического каучука из этилового спирта.

Каучук занимает важное место в промышленности благодаря своим свойствам: водонепроницаемости, эластичности и способности к электроизоляции. Путем вулканизации из каучука получают резину, используемую повсеместно.

В результате отщепления водорода от молекулы алкана образуются двойные связи. Дегидрирование происходит при повышенной температуре и в присутствии катализатора.

Химические свойства алкадиенов

Алкадиены — ненасыщенные углеводороды, легко вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны. Наличие сопряженных двойных связей увеличивает реакционную способность молекулы и обуславливает необычный механизм некоторых реакций.

Водород присоединяется к атомам углерода, образующим двойную связь. Пи-связь (π-связь) рвется, остается единичная сигма-связь (σ-связь).

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение брома по кратным связям к органическому веществу.

В случае, если двойные связи находятся в сопряжении, выход продуктов во многом зависит от температуры. Например, в ходе галогенирования бутадиена-1,3 при -80°C преимущественно получается продукт 1,2-присоединения, а при +60°C — продукт 1,4-присоединения.

Алкадиены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а атом галогена — к наименее гидрированному атому углерода.

При горении алкадиены, как и все органические соединения, сгорают с образованием углекислого газа и воды — полное окисление.

Полимеризация — цепная реакция синтеза полимеров, при котором молекула полимера образуется путем последовательного соединения молекул мономеров.

Индекс «n», степень полимеризации, обозначает число мономерных звеньев, которые входят в состав полимера.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.