🧴

Πολυμερισμός και Πλαστικά

Μονομερή και πολυμερή, τι είναι ο πολυμερισμός, τι είναι τα πλαστικά και πώς διακρίνονται από τα πολυμερή

Τι κοινό έχουν ένα μπουκάλι νερού, ένα κράνος και ένα καγιάκ;

Είναι όλα πλαστικά — και όλα ξεκίνησαν από πετρέλαιο. Κάθε πλαστικό κρύβει μέσα του γιγαντιαία μόρια, φτιαγμένα από χιλιάδες μικρά μόρια που «πιάστηκαν χέρι-χέρι», σαν χάντρες σε κολιέ. Η αντίδραση που τα ενώνει λέγεται πολυμερισμός.

Πετρέλαιο: όχι μόνο καύσιμο

Το πετρέλαιο δεν είναι σημαντικό μόνο για τη βενζίνη και το πετρέλαιο κίνησης: είναι πρώτη ύλη για πλαστικά, διαλύτες, φάρμακα, απορρυπαντικά και συνθετικά υφάσματα. Ο Mendeleev είχε πει ότι «το πετρέλαιο είναι πολύ πολύτιμο για να καίγεται».

Τι είναι ο πολυμερισμός

Πολυμερισμός είναι η χημική αντίδραση κατά την οποία πολλά μόρια ίδιων ή διαφορετικών οργανικών ενώσεων, τα μονομερή, ενώνονται και σχηματίζουν μακρομόρια, τα πολυμερή.

Μονομερές = το μικρό μόριο-«χάντρα».
Πολυμερές = το γιγαντιαίο μόριο-«κολιέ», με χιλιάδες επαναλαμβανόμενες μονάδες.

Έτσι φτιάχνονται πολυμερή όπως το πολυαιθυλένιο (σακούλες, μπουκάλια) και το πολυβινυλοχλωρίδιο ή PVC (σωλήνες, κουφώματα).

$\text{πολλά μονομερή} \xrightarrow{\text{πολυμερισμός}} \text{πολυμερές (μακρομόριο)}$

Γρήγορος έλεγχος

Τι είναι ο πολυμερισμός;

Τι είναι τα πλαστικά

Πλαστικά είναι τα υλικά που έχουν ως κύριο συστατικό ένα πολυμερές και διάφορες πρόσθετες ουσίες (χρωστικές, ουσίες που τα κάνουν πιο ελαστικά ή πιο ανθεκτικά κ.ά.).

Δηλαδή: κάθε πλαστικό περιέχει πολυμερές, αλλά το πολυμερές μόνο του δεν είναι ακόμη πλαστικό — γίνεται όταν προστεθούν οι πρόσθετες ουσίες και διαμορφωθεί.

Γνωστά ονόματα πλαστικών: πολυαιθυλένιο, PVC, Teflon, νάιλον, τεχνητό καουτσούκ.

Πλεονεκτήματα των πλαστικών: χαμηλό κόστος παραγωγής, ελαστικότητα, αντοχή στη θραύση, πλαστικότητα (παίρνουν όποιο σχήμα θέλουμε), μονωτικές ιδιότητες.

Μέθοδος: μονομερές, πολυμερές ή πλαστικό;

Μικρό μόριο που μπορεί να ενωθεί με άλλα ίδια → μονομερές.
Γιγαντιαίο μόριο από πολλές επαναλαμβανόμενες μονάδες → πολυμερές.
Υλικό για χρήση, με κύριο συστατικό πολυμερές και πρόσθετες ουσίες → πλαστικό.
Για μετρήσεις: μονάδες στο πολυμερές × άτομα ανά μονάδα = άτομα στο μακρομόριο.

Παράδειγμα — πολυμερές ή πλαστικό;

Το καθαρό PVC που βγαίνει από την αντίδραση πολυμερισμού → πολυμερές.
Ένας γκρι σωλήνας αποχέτευσης από PVC, με χρωστικές και σταθεροποιητές → πλαστικό.
Μια σακούλα από πολυαιθυλένιο → πλαστικό (πολυαιθυλένιο + πρόσθετα).

Παράδειγμα — πόσο μεγάλο είναι ένα μακρομόριο; Ένα μακρομόριο πολυμερούς σχηματίστηκε από $10\,000$ μονομερή, καθένα με $2$ άτομα άνθρακα και $4$ άτομα υδρογόνου.

Λύση: Άνθρακας: $10\,000 \cdot 2 = 20\,000$ άτομα. Υδρογόνο: $10\,000 \cdot 4 = 40\,000$ άτομα. Σύνολο: $60\,000$ άτομα σε ένα μόριο!

Απάντηση: $20\,000$ C και $40\,000$ H — γι' αυτό λέγεται μακρομόριο.

Λυμένη άσκηση (τύπου διαγωνίσματος):

Δεδομένα: Ερωτήσεις για τα πλαστικά.

Ζητούμενα: (α) Τι είναι τα πλαστικά και με ποια αντίδραση παρασκευάζεται το βασικό τους συστατικό; (β) Ποια η διαφορά πλαστικού και πολυμερούς; (γ) Τρεις λόγοι για τους οποίους τα πλαστικά είναι τόσο διαδεδομένα.

Λύση:

(α) Υλικά με κύριο συστατικό ένα πολυμερές και πρόσθετες ουσίες· το πολυμερές παρασκευάζεται με πολυμερισμό.

(β) Το πολυμερές είναι η χημική ουσία (μακρομόρια)· το πλαστικό είναι το υλικό που περιέχει το πολυμερές μαζί με πρόσθετες ουσίες.

(γ) Χαμηλό κόστος, αντοχή στη θραύση, πλαστικότητα (και ελαστικότητα, μονωτικές ιδιότητες).

Απάντηση: όπως παραπάνω.

Γρήγορος έλεγχος

Ποια πρόταση για τα πλαστικά και τα πολυμερή είναι σωστή;

Γρήγορος έλεγχος

Ποιο από τα παρακάτω δεν είναι πλεονέκτημα των πλαστικών κατά το βιβλίο;

Κόλπο μνήμης

μονο-μερές = «ένα κομμάτι» (μία χάντρα)· πολυ-μερές = «πολλά κομμάτια» (το κολιέ)· πλαστικό = το κολιέ μαζί με το κούμπωμα και τη βαφή (πρόσθετες ουσίες), έτοιμο για χρήση.

Ήξερες ότι;

Το πρώτο πλήρως συνθετικό πλαστικό ήταν ο βακελίτης, που τον εφεύρε το 1907 ο Βέλγος χημικός Leo Baekeland στις ΗΠΑ. Από βακελίτη έφτιαχναν τηλέφωνα, ραδιόφωνα και λαβές για κατσαρόλες — γιατί δεν άγει ούτε τη θερμότητα ούτε τον ηλεκτρισμό.

Πρόκληση

Ένα μόριο πολυμερούς έχει μήκος περίπου $0{,}25$ νανόμετρα ανά μονομερές ( $1\ \text{nm} = 10^{-9}\ \text{m}$ ) και σχηματίστηκε από $40\,000$ μονομερή. (α) Πόσο μακρύ είναι το μόριο, αν τεντωθεί σε ευθεία, σε nm και σε mm; (β) Γιατί, παρότι «μακρύ», δεν το βλέπουμε; (γ) Γιατί ένα υλικό από τέτοια μακριά, μπερδεμένα μόρια είναι ανθεκτικό;

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) $40\,000 \cdot 0{,}25 = 10\,000\ \text{nm} = 10^{4} \cdot 10^{-9}\ \text{m} = 10^{-5}\ \text{m} = 0{,}01\ \text{mm}$ .

(β) Είναι μακρύ σε σχέση με ένα μικρό μόριο, αλλά εξαιρετικά λεπτό — πολύ κάτω από ό,τι βλέπει το μάτι.

(γ) Οι μακριές αλυσίδες μπλέκονται μεταξύ τους σαν μακαρόνια στο πιάτο: για να σπάσει το υλικό πρέπει να «ξεμπλεχτούν» ή να κοπούν χιλιάδες αλυσίδες — γι' αυτό τα πλαστικά αντέχουν στη θραύση.

Απάντηση: $10\,000\ \text{nm} = 0{,}01\ \text{mm}$ .

Συνηθισμένα λάθη

Πλαστικό = πολυμερές. Το πλαστικό έχει και πρόσθετες ουσίες.
Πολυμερισμός = ανάμειξη. Είναι χημική αντίδραση: τα μονομερή ενώνονται με δεσμούς σε νέο μόριο.
Μονομερές ↔ πολυμερές ανάποδα. Μονομερές = μικρό, πολυμερές = γιγάντιο.
«Τα πλαστικά είναι πάντα άχρηστα απορρίμματα». Είναι πολύτιμα υλικά — το πρόβλημα είναι η διαχείρισή τους μετά τη χρήση.

Σύνοψη — τι κρατάμε

Το πετρέλαιο είναι και πρώτη ύλη (πλαστικά, φάρμακα, διαλύτες), όχι μόνο καύσιμο.
Πολυμερισμός: πολλά μονομερή ενώνονται σε μακρομόρια, τα πολυμερή.
Πλαστικά: κύριο συστατικό ένα πολυμερές + πρόσθετες ουσίες (πολυαιθυλένιο, PVC, Teflon, νάιλον).
Πλεονεκτήματα: χαμηλό κόστος, ελαστικότητα, αντοχή στη θραύση, πλαστικότητα, μόνωση.

Πετρέλαιο: όχι μόνο καύσιμο

Τι είναι ο πολυμερισμός

Μονομερές = το μικρό μόριο-«χάντρα».

Πολυμερές = το γιγαντιαίο μόριο-«κολιέ», με χιλιάδες επαναλαμβανόμενες μονάδες.

Τι είναι τα πλαστικά

Γνωστά ονόματα πλαστικών: πολυαιθυλένιο, PVC, Teflon, νάιλον, τεχνητό καουτσούκ.