Химияны оқытуда химиялық өндіріс түрлері туралы түсінік қалыптастыру

  Кейінгі кезде абразивтік қоспаларсыз, түссіз, мөлдір, сірне тәрізді тазалағыш заттар пайда болды. Олардың құрамында сірне түзуіші зат — кремний оксиді 810, және әр түрлі түске жеңіл боялатын полимерлік материалдар болады. Бұлар сырт түрі әдемі болғанымен, абразивті пасталарға қарағанда тазалағыштық қасиеттері төмен болады.

Дезодоранттар немесе жағымсыз иісті болдырмайтын заттар. Олар тердің жағымсыз иісін жояды. Дезодоранттарда екіге бөледі: бірі-термен бірге бөлінген метаболизм өнімлерінің айырылуын тежейді немесе тотығуын болдырмайды. Ал екіншісі - тердін бөлінуін азайтады. Осындай қасиеті бар заттарға алюмимий, мырыш, цирконий, хром, темір тұздарын, сондай-ақ формальдегид пен этил спиртін жатқызады. Олар тердің құрамындағы заттармен әрекеттесіп, тер бездерінің түтікшелерін бекітетін, сөйтіп тердің бөлінуін азайтатын, ерімейтін қосылыстар түзеді. Екеуінің құрамында да хош иісті заттар болады. Дезодоранттарды қатты түрде айналмалы шарик түрінде жане аэрозолъді орамада шығарады.

 

ІІ-бөлім. Химияны оқытуда химиялық өндіріс түрлері туралы түсінік қалыптастырудың маңызы

2.1 Жоғары молекулалы қосылыстар химиясының өндірістегі ролі

 

Жоғары молекулалы қосылыстарды қысқаша ЖМҚ деп стандартты атауға немесе «полимерлер» деуге болады. Полимерлер (грек. «поли» - көп, «мерос» - бөлшек) ондаған және жүздеген мың, кейде миллиондаған атомдардан тұратын үлкен молекулалар:

 

                        

 полиэтилен                 поливинихлорид           крахмал

 

Атомдар санының өзгеруіне қарай макромолекулалардың сапалық қасиеттерінде де ерекшеліктері болады. Химиялық таза полимерлердің макромолекулалары қайталанып отыратын құрылым буындарынан құралады:

 

 

Құрылым буындарының саны полимерлену дәрежесі - деп аталадф, оның сан мәні 1000-нан 1 млн – ға жуық болуы мүмкін. Іс жүзінде кез келген полимерлер – құрамы және химиялық құрылсы бірдей, тек құрылым буын саны әр түрлі бірнеше макромолекуланың қоспасы. Егер құрылым буындары әр түрлі болса, онда сополимер деп атайды.

Полимер синтезделетін кіші  молекулалы зат мономер деп аталады.

ЖМҚ құрамының  күрделілігі оның молекулалық массасының да өте үлкеи болуын қамтамасыз етеді. "Үлкен", "кіші" деген сөздер салыстырмалы шартты түрде қолданылады. Сондықтан  < 500 болса, кіші молекулалы, Мг > 5000 болса, жоғары молекулалы қосылыс деп саналады. Ал 500 < < 5000 болса, онда олигомер (грек. "олигос"  «көп емес, шамалы» деген мағынаны білдіреді) деп аталады. Бұлай бөлудің негізі молекула шектен тыс көп атомнан тұратын жағдайда олардың сандарының шамалы өзгеруі қасиеттеріне аса көп әсерін тигізбейді, кейде тіпті өзгермейді.

Полимерлердің осындай ірі макромолекулаларының пішіні әр түрлі болады. Оларды: сызықтық, тармақты немесе торлы және кеңістіктік, т.б. деп бөледі. Табиғи полимерлерден целлюлоза мен табиғи каучуктың құрылымдары сызықты екенін білесіңдер, ал синтетикалық полимерлерден капрон, төменгі қысымда өндірілетін полиэтилен сызықты болады. Тармақты құрылымды полимерлерге: крахмал, полипропилен жатады. Жүн, резеңке мен фенолформальдегид полимерлерінің құрылымдары кеңістік болады. Полимерлердің физикалық қасиеттері полимерлену дәрежесі мен полимердің құрылымына тәуелді болады.

Полимерлер атаулының барлығында сансыз жіңішке жіптердің қатарласа немесе шумақтала шатасып жатуы мүмкін емес. Ұсақ молекулалар бірімен-бірі түйін арқылы берік жалғасып, шарбақ немесе торкөз тәрізді пішінде болады. Мұндай торкөздердің үш өлшемі: биіктігі, ұзындығы және ені болғандықтан, тримерлі молекула деп аталады.

Қазіргі кезде полимерлер өңдіру қарқынды дамуда. Машина жасау, радио және электротехника, құрылыс, сонымен қатар кеме, авто, ұшақ, ракета жасау өндірісін, жеңіл өнеркәсіпті, тұрмысты полимерсіз көзге елестету мүмкін емес. Полимерлердің осындай көп түрлі болуы олардың химиялық құрамына, макромолекулаларында жеке бөліктерінің бір-бірімен қалай байланысқанына және олардың кеңістіктегі геометриялық орналасуына байланысты.

Полимер бұйымдарының бұрын байқалмаған қасиеттері анықталып, өндіріске енгізілуде. Сондықтан полимер бұйымдары адамзат игілігіне айналып, техникалық өнердің, ғылымның жаңа қырынан дамуына өзіндік үлесін қосуда.

Қазіргі кезде адамзат ғарыштық биіктер мен өте терең бұрғылау ұңғымаларын бағындыра отырып, күрделі электронды есептегіш машиналардың микроскопиялық тетіктерінен бастап, үлкен каналдар мен су қоймаларының  гидрооқшаулағыштарын  жасауға дейінгі барлық жағдайда полимер бұйымдарымен жұмыс істейді. Сондықтан қолданылатын орнына, максатына, жұмыстын түріне қарай полимер материалдарын қасиеттеріне сай пайдалану қажет. Қазіргі кезде қолданылып  жүрген полимер бұйымдарын жалпы қасиеттері мен олардан жасалатын заттардың түріне, сондай-ақ өндіру әдісіне қарай төрт типке бөледі:

1. Конструкциялық пластиктер. Оларды көбіне пластмассалар деп атайды. Пластмассаға кейін  толығырақ тоқталамыз. Басқа полимерлерден айырмашылығы мынадай: пластиктер – бөліну беріктігі 50- 200 кг/см2 болатын қатты заттар.

2.  Эластомерлер. Оған каучук, резеңке және осыларға ұқсас материалдар жатады. Эластомерлерге атына сәйкес жоғары (эластикалық) иілімділік, созылғыштық тән, деформациялығы қайтымды.

3. Талшықтар мен жіптер.  Бұларға осы талшықтардан тоқылған маталар жатады. Бұл материалдардың қасиеттері молекулаларының үш  өлшемінің  қайсысын негізге алуға байланысты бір-бірінен айқын ерекшеленеді. Талшықты материалдардың  беріктігі, иілімділігі, қаттылығы, кейде тіпті тығыздығы да анизотропиялық (дененің барлық немесе бірқатар физикалық қасиеттері әр бағытта әр түрлі) болады. Бұл бастапқы полимердің  химиялық құрылымы мен жалпы  қасиеттеріне байланысты.

4. Қабыршақтар, лактор, бояулар және басқа қорғағыш, әсемдегіш жабындар (пленкалар). Бұл заттарда қасиеттердің анизотропиялығы өте айқын байқалады. Лак, бояу материалдарының олар жабатын негізбен берік байланысында - адгезияның да маңызы зор. Сондай-ақ бұл типтегі материалдардың тағы бір ерекшелігі  — алдын ала пішін жасауға болмайды. Оларды қорғалатын заттың бетіне жұқа қабатпен жағып, қолма-қол пайдаланады.

Полимер материалдарының осы негізгі төрт типінен басқа да қосымша түрлері бар. Мысалы, желімдеу, тығыздау үшін құйылатын қоспалар, газ толтырылған материалдар, т.б. Олардың барлығының да өзінің  қолданылатын жері бар.

 

2.2 Пластмассалар өндірісіндегі химияның маңызы

  

Пластмассалар— иілгіштік қасиеті бар, сондықтан белгілі бір жағдайларда тиісті пішінге келтіруге болатын, жогары молекулалы органикалық заттар неізінде жасалатын материалдар. Иілгіштік қасиет — дененің сыртқы құш әсерінен пішінін өзгертіп, ол әсер тоқталғаннан кейін де сол өзгерген пішінін сақтап қалу қасиеті. Иілгіштік қасиет пластмассалардан басқа заттарда да болады. Мысалы, саздың иілгіштік қасиеті оны түрлі пішінге келтіріп, бұйымдар (қыш ыдыстар, т.б.) жасауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ ермексазды (пластилинді) осындай иілгіштік қасиетіне байланысты әр түрлі мүсіндер жасауға пайдаланады.

Пластмассалар жасауға қодданылатын жоғары молекулалы заттар көбінесе шайырлар деп аталады. Пластмассалар кейде тек шайырдан ғана жасалады, басқаша айтқанда, жоғары молекулалы заттың өзінен ғана құралады. Мысалы, полиэтилен тек этиленнің полимерлену өнімінен тұрады. Көп жағдайда пластмассалардың құрамы күрделі болады.

  Қазіргі кезде бір-бірінен құрамындағы толықтырғыштарға, пластификапюрларға, тұрақтандырғыштарға (стабилизаторлар) және басқа құрауыштарына, ең алдымен, байланыстырушы ретінде қай полимер қолданылатынына қарай пластмассалардың әр түрлі сорттары мен түрлері шығарылады.

Пластмассалардың құрамына кіретін заттарға байланысты қасиеттері де алуан түрлі болады. Мысалы, ағаш ұнтағы, мата, талшықтас (асбест), т.б. пластмассалардың механикалық беріктігін арттырады. Егер өте жай кебетін органикалық сұйық заттар қосса, материалдың иілгіштігін арттырып, морттығын жояды, бояғыштар материалға тиісті рең береді.

  Басқа полимерлер сияқты пластмассаларды да екі типке бөледі: гпермопластикалық, оларды термопластар деп атайды және термореактивті, яғни реактопластар. Бұлай бөлу, негізінен, пластмассадағы байланыстырушы полимерге қатысты анықталады.

Термопластикалық шайырлар қыздырғанда жұмсарып, иілгіш болады да, суытса — қайта қатайып, өздерінің алғашқы қасиеттерін сақтап қалады. Ондай шайырлардан бұйымдар жасау үшін әуелі иілгіш күйіне дейін қыздырып, соңынан пішін беріп, суытып, бірнеше рет пайдалануға болады. Термопластикалық шайырлар қатарына полиэтилен және полихлорвинил сияқты сызықтық құрылымды полимерлер жатады.

Термореактивті шайырлар термопластикалық шайырларға керісінше қыздырғанда, иілгіштік қасиетінен айырылады, балқымайтын және ерімейтін құйге түседі. Себебі қыздырған кезде сызықты молекулалардан кеңістіктік құрылымды молекулалар түзіледі. Термореактивті шайырлар қатарына, мысалы, фенолформальдегид шайыры жатады. Мұндай материалды жаңа бұйым жасау үшін қайта өңдеуге болмайды, өйткені ол кеңістіктік құрылым түзеді, ал бұл құрылым қажетті иілгіштік қасиетін жояды.

Пластмассалар өндіру ауқымы жағынан полимер материалдары арасында бірінші орын алады. Олардың механикалық беріктігі жоғары, тығыздығы аз, химиялық төзімді, жылу және электроқшаулағыштығы жақсы, т.б. қасиеттері болады.

Пластмассаларды тиімді шикізаттардан өндіреді. Олар механикалық өңдеулерге оңай беріліп, одан түрлі бұйымдар жасалады. Мұның бәрі оларды өндірістің барлық салаларында және ауыл шаруашылығында, техникада және күнделікті тұрмыста кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді.

Бір ғана полимердің негізінде әр түрлі материалдар алуға болады. Мысалы, каучук көбіне эластомерлі материалдар алуға қолданылады. Сонымен қатар кейде талшықты қабыршақты материалдар алуға немесе бұйымдар бетін қаптауға да қолданылады. Ал кәдімгі пластик — збонитті құрамында 30- 50% күкірт және каучук бар қоспаны термоөңдеу арқылы алады.

Пластмассаларды негізгі қолданылу саласына байланысты бес топқа бөліп қарауға болады: конструкциялық, электрлі және радио техникалық, анпшкорроцшялық және Бұлдіргіш орталпаларға  тұрақтылық, дыбыс және жылуоқишулағыштар.

Әр алуан материалдардың жаксы қасиеттері пластмассалардан табылады. Сондықтан мехникалық көптеген мәселелерді шешкенде , пластмассалар ең керекті, тіпті баламасы жоқ материал болып саналады. Мысалы, болатты алатын болсақ, ол өте берік, бірак меншікті салмағы ауыр, мөлдір емес электрден қорғай алмайды. Ағашты алсақ, ол жеңіл, бірақ берік емес және шіритін материал. Ал пластмассалар осы күрделі талаптардың барлығын өтей алады. Олардың арасынан берік те жеңіл, мөлдір және сынбайтын, электрден қорғағыштық қасиеттері жоғары және басқа да сапалы қасиеттері бар түрлері кездеседі. Мысалы, химиялық төзімділігі алтын мен пластинадан жоғары, үйкеліс коэффициенті өте төмен немесе өте жоғары, т.б. материалдар да бар.

Алуан түрлі қасиеттері бар пластмассалар жасау мүмкіншілігі зор, өйткені оларды  алуға болатын мономерлер түрлері де шексіз. Оның үстіне, әр түрлі қосымша құрауышттар араластырып, пластмассалар қасиетін өзгертуге болатынын жоғарыда білдік. Мысалы, өте жеңіл пластмассалар - пенопластар құрамына газ түзе  (азот, көмірқышқыл газы) айырылатын заттарды қосып қыздыру арқылы алынады. Бөлінген газ  жұмсарған пластмассаны үрлеп кеуектендіреді. Ондай пластмассалар-  болаттан 100 есе жеңіл жәнее жылу мен дыбыс өткізбейтін тамаша материалдар. Олардан суға батып кетуден сақтайтын құралдар, жеңіл жиһаздар, дыбыс пен жылу өткізбейтін материалдар, тұрғын үй кабырғаларын жасайды. Сонымен қатар ұшақ , вагон жасау өндірісінде де қолданылады.

  Толықтырғыш ретінде графитті және кейбір басқа да материалдарды пайдалану жылу ауыстыру аппаратурасын жасауға керекті жылу өткізгіш пластмассаларды дайындауға мүмкіндік берді.

  Толықтырғыш ретінде шыныталшықтар қолданылған пластмассалар өте берік болады. Оларды құш түсетін конструкцияларды жасау үшін пайдаланады. Мысалы, автомобильдер мен автобустардың, қатерлердің қораптарын, ұшақтар мен зымырандар жасауда да пайдаланады.

Жоғары сапалы штамптар жасауга болатын пластмассалар алынды. Сондай-ақ пластмассалар медицинада тіс протездерін, сынықтарға протездер жасауда қолданылады. Пластмассалардың тіпті қан тамырлары мен өңешті алмастыратындары да болады. Хирургиялық күрделі операцияларда тігу үшін қолданылатын материалдар ешбір із қалдырмай организмге тарап, сіңіп кетеді.

Пластмассалардың тағы да қандай жаңа түрлері жасалатынын және бұл материалдардың адам тіршілігінде қандай маңызды рөл атқаратынын болжау қиын емес. Қазіргі кезде алдын ала  болжанған қасиеттер бойынша пластмассалардың жаңа түрлері алынады.

Пластмассалар — құрамындагы байланыстырушы (шайырларға) полимерге, толықтырғыштарға, пластификаторларға, тұрақтандырғыштарға, бояғыштарға байланысты әр түрлі болатын  пластикалық қасиеттері бар жоғары молекулалы органикалық заттар негізінде жасалатын материалдар.

Пластмассалар температураға әсеріне қарай: термопластикалық (яғни, қыздырғанда жұмсарып, суытқанда қайта қалпына келетін) және термореактивті (яғни, қыздырғанда иілгіштігінен айырылатын) болып екіге бөлінеді.

Пластмассаларды негізі  қолданылу саласына байланысты бес топқа бөледі: конструкциялық, электр- және радиотехникалық, антикоррозиялық және Бұлдіргіш орталарға тұрақты, дыбыс және жылу оқшаулағыштар.

 

2.3 Каучук синтезі және каучук өндірісі

 

Каучук — майысқақ, созылғыш, серлімді, тозуға төзімді эластикалық материал. Негізінен, резеңке алу және резеңке бұйымдарын жасау үшін қолданылады. Табиғатта көптеген өсімдіктердің, Қазакстанда таусағыз, көксағыз деген өсімдіктердің құрамында кездеседі. Бразилияда өсетін Гевея ағашының шырынының құрамында 30% каучук (као чау – ағаштың көз жасы) бар.

Каучуктың практикалық маңыздылығы — оның жоғары серпімді, эластикалық  қасиетінде. Каучук автомобиль, ұшақ, велосипед доңғалақтарын, резеңке аяқкиім, электр сымдарын оқшаулайтын материал, көптеген медициналық  бұйымдар жасауға қолданылатын болғандықтан, маңызы өте зор.  Техниканың дамуына байланысты каучукқа деген сұраныс дүние жүзінде жылына, шамамен, 2500000 т-ға жетіп отыр.

  Табиғи каучуктың қоры шектеулі болғандықтан, ғалымдар алдында аса майыскақ синтездік материалдар жасау қажеттігі туындады. Көп жылғы қажырлы еңбектен кейін орыс химигі, академик С. В. Лебедев каучукты синтездік жолмен алу әдісін тапты. 1932 жылдан бастап синтездік жолмен каучук өндіріле бастады. Ол, ең алдымен, бутадиенді пайдаланды.  Бутадиен алу үшін шикізат ретінде этил спирті жұмсалды. Ал этил спиртін астық пен картоптан алады: