定义:有机合成材料:常称聚合物,如聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。
有机合成材料的基本性质: 1、聚合物
由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的,所以也常称为聚合物。例如,聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。
2、合成有机高分子材料的基本性质
①热塑性和热固性。链状结构的高分子材料(如包装食品用的聚乙烯塑料)受热到一定温度时,开始软化,直到熔化成流动的液体,冷却后变成固体,再加热可以熔化。这种性质就是热塑性。有些网状结构的高分子材料一经加工成型,受热不再熔化,因而具有热固性,例如酚醛塑料(俗称电木)等。
②强度高。高分子材料的强度一般都比较高。例如,锦纶绳(又称尼龙绳)特别结实,町用于制渔网、降落伞等。
③电绝缘性好。广泛应用于电器工业上。例如,制成电器设备零件、电线和电缆外面的绝缘层等。
④有的高分子材料还具有耐化学腐蚀、耐热、耐磨、耐油、不透水等性能,可用于某些有特殊需要的领域。但是,事物总是一分为二的,有的高分子材料也有不耐高温、易燃烧、易老化、废弃后不易分解等缺点。
新型有机合成材料:
1、发展方向新型有机合成材料逐渐向对环境友好的方向发展。
2、新型自机合成材料的类型
①具自光、电、磁等特殊功能的合成材料;
②隐身材料;
③复合材料等:
有机合成材料对环境的影响:我们应该辩证地认识合成材料的利弊。
1、利:
a.弥补了天然材料的不足,大大方便了人类的生活;
b.与天然材料相比,合成材料具有许多优良性能
2、弊:
a.合成材料的急剧增加带来了诸多环境问题,如白色污染等;
b.消耗大量石油资源。
因此我们既要重视合成材料的开发和使用,更要关注由此带来的环境问题,应开发使用新型有机合成材料,提倡绿色化学。
三大合成材料: (1)塑料
①塑料的成分及分类塑料的主要成分是树脂,此外还有多种添加剂,用于改变塑料制品的性能。塑料的名称是根据树脂的种类确定的。塑料有热塑性塑料和热固性塑料两大类。受热时软化,冷却后硬化,并且可以反复加工的塑料,属于热塑性塑料。热塑性塑料是链状结构的高分子材料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。受热时软化成型,冷却后固化,但一经固化后,就不能再用加热的方法使之软化的塑料,属于热固性塑料。热固性塑料是网状结构的高分子材料。如酚醛塑料、脲醛塑料等。
②几种常见塑料的性能和用途
名称 |
性能 |
用途 |
聚乙烯 (PE) |
电绝缘性能好,耐化学腐蚀.耐热 |
可制食品袋、药物包装材料、日常用品、管道、绝缘材料等 |
聚氯乙烯 (PVC) |
耐有机溶剂,耐化学腐蚀,耐磨,电绝缘性能好,抗水性好,对人体有毒 |
可制日常用品、电线包皮、管道、绝缘材料、建筑材料等.制成的薄膜不宜用来包装食品 |
聚苯乙烯 (PS) |
电绝缘性能好,透光性好,耐水.耐化学腐蚀,无毒 |
可制电视机外壳,汽车、飞机零件,玩具,医疗卫生用品,日常用品等 |
聚丙烯(PP) |
机械强度好,电绝缘性好,耐化学腐蚀,质轻,无毒,耐油性差.低温发脆,容易老化 |
可制薄膜、日常用品、管道、包装材料 |
③塑料具有优良的化学性能。一般塑料对酸、戚等化学药品均有良好的耐腐蚀能力,特别是聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好,甚至能耐“王水”。等强腐蚀性电解质的腐蚀,被称为“塑料王”。另外塑料还具白良好的透光及防护性能。多数塑料的制品为透明或半透明的,其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料像玻璃一样透明。
④塑料代码及回收标志
a.常见塑料名称、代码与对应的缩写代号
b.塑料包装制品回收标志由图形、塑料代码与对应的缩写代号‘组成。其中图形中带三个箭头的等边三角形;0代表材质类别为塑料,塑料代码为0与阿拉伯数字组合成的号码,位于图形中央。分别代表不同的塑料;塑料缩写代号位于图形下方。
(2)合成纤维
①合成纤维是利用石油、天然气、煤和农副产品做原料,经一系列化学反应制成的高聚物。合成纤维的品种很多,涤纶,锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶在合成纤维中被称为“六大纶”
②人造纤维与台成纤维不同,人造纤维是用本来含有纤维的物质制成的,合成纤维是以石油、煤、石灰石、空气、水等为原料加工制成的。
③常见合成纤维的性能和用途
名称 |
性能 |
用途 |
涤纶 (商品名的确良) |
弹性、耐磨性好,抗褶皱性强。不易变形,强度高但染色性、透气性较差 |
用于制作农服、滤布、绳索、渔网、轮胎、帘子线等 |
锦纶 (商品名尼龙) |
质轻,强度高,弹性、耐磨性好,但耐热、耐光性较差 |
用于制作衣服、袜子、手套、渔网、降落伞等 |
腈纶 (商品名人造毛) |
质柔软,保暖性好,耐光性、弹性好,不发霉,不虫蛀,但耐磨性较差 |
用于制作农服、毛线、毛毯、工业用布等 |
④合成纤维的优缺点及用途
合成纤维具有强度高、耐磨、耐腐蚀、不缩水、弹性好等优点,但合成纤维的透气性和吸湿性差。天然纤维。如羊毛、棉化、木材等吸湿性和透气件好,所以,人们常把合成纤维和火然纤维混纺,这样制成的混纺织物兼有两类纤维的优点,颇受欢迎。合成纤维除改善了人类的穿着外,在生产上也有很多用途。例如,锦纶可制降落伞绳、缆绳、渔网等。
⑤天然纤维与合成纤维的区分
区分天然纤维和合成纤维可以采用多种方法,用燃烧的方法来鉴别比较容易。羊毛的主要成分为蛋白质,燃烧时可问到烧焦羽毛的刺激性气味,燃烧后的剩余物用手指可以压成粉末;棉纤维的主要成分为纤维素,燃烧时无异味,余烬为细软粉未;而合成纤维燃烧时常伴有熔化、收缩的现象,燃烧后的灰烬为黑色块状、较硬。
(3)合成橡胶
①合成橡胶的特点合成橡胶的种类很多,比如:丁苯橡胶(笨乙烯和丁二烯的共聚物)、乙内烯橡胶(ERP)可用来制造轮胎;氯丁橡胶及另一种具有大然橡胶各种性能的异戊橡胶可用来制汽车配件。与天然橡胶相比,合成橡胶具有高弹性、绝缘性、耐油和耐高温等性能:
②几种常见合成橡胶的性质和用途
名称 |
性质 |
用途 |
丁苯橡胶 |
热稳定性、电绝缘性和抗老化性好 |
可制轮胎、电绝缘材料、一般橡胶制品等 |
顺丁橡胶 |
弹性好、耐低温、耐磨 |
可制轮船、传送带、胶管等 |
氯丁橡胶 |
耐日光、耐磨、耐老化、耐酸碱、耐油性好 |
可制电线包皮、传送带、化工设备的防腐衬里、胶黏剂等 |
知识拓展:1. 玻璃,玻璃钢和有机玻璃
(1)玻璃玻璃是一种较为透明的固体物质,是硅酸盐类非金属材料玻璃按主要成分分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃。
(2)玻璃钢玻璃钢是南环氧树脂与玻璃纤维复合而得到的强度类似钢材的增强塑料,是一种复合材料。由于使用的树脂不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢和酚树脂玻璃钢。
(3)有机玻璃有机玻璃是一种塑料,属于有机合成材料。
2. 鉴别塑料有毒,无毒的方法
塑料 |
燃烧现象 |
颜色 |
透明度 |
质量 |
有毒塑料 |
不易燃烧,燃烧时冒烟,有臭味 |
一般有色 |
一般较差 |
较重 |
无毒塑料 |
易燃烧,不冒烟,无臭味 |
一般无色 |
一般半透明 |
较轻 |
金刚石:
金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。
石墨: 石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
C60:
C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯。(C60这种物质是由C60分子组成的,而不是由原子构成的。) C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。
金刚石,石墨,碳60性质及用途比较
名称 |
金刚石 |
石墨 |
碳60 |
外观 |
纯净无色透明,正八 面体形状的晶体 |
深灰色,有金属光泽,不 透明的细鳞片状的固体, 质软,有滑腻感 |
分子型似足球状, 有金属光泽,其微晶 粉末呈黄色 |
结构模型 |
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|
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导电性 |
几乎不导电 |
良好 |
几乎不导电 |
硬度 |
天然存在的最硬物质 |
质软 |
质脆 |
导热性 |
很差 |
良好 |
很差 |
熔点 |
很高 |
很高 |
较低 |
用途 |
钻头,刻刀,装饰品 |
电极,铅笔芯,润滑剂 |
制备新材料,新配 件,医学应用 |
区别与联系 |
金刚石、石墨,C60,,的物理性质有很大差异,原因是这些单质中碳原子的排列方式不同,但由于它们都是由碳元素组成的单质,故化学性质相同。金刚石与石墨通过化学反应可以相互转变。 |
人造金刚石:
20世纪80年代,人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料—硅的导热性不好,这成为进一步提高芯片性能的难题。而金刚石在导热性方而远远超过硅(甚至超过铜和银),于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。
碳纤维:
碳纤维是一种纤维状碳材料,它是将有机纤维与塑料树脂结合在一起,放在惰性气氛中,在一定压强下加强热、炭化而成的。碳纤维是一种强度比钢大,密度比铝小,比不锈钢还耐腐蚀,比耐热钢还耐高温,又能如铜那样导电,具有电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料,可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机,不仅轻巧,而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的贮存量和运算速率。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节省大量的燃料。总之,用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等,在化工、机电、造船,特别是飞机制造、宇航器材等领域中有广泛的应用。
对环境的影响:
主要是温室效应。因为二氧化碳具有保温的作用,会逐渐使地球表面温度升高。近100年,全球气温升高0.6℃,照这样下去,预计到21世纪中叶,全球气温将升高1.5——4.5℃。由温室效应所引起的海平面升高,也会对人类的生存环境产生巨大的影响。两极海洋的冰块也将全部融化。所有这些变化对野生动物而言无异于灭顶之灾。
大家要共同爱护环境,保护人类赖以生存的地球母亲。
CO2的产生:
⑴凡是有机物(包括动植物)在分解、发酵、腐烂、变质的过程中都可释放出CO?。
⑵石油、石腊、煤炭、天然气燃烧过程中,也要释放出CO?。
⑶石油、煤炭在生产化工产品过程中,也会释放出CO?。
⑷所有粪便、腐植酸在发酵,熟化的过程中也能释放出CO?。
⑸所有动物在呼吸过程中,都要吸氧气吐出CO?。
⑹所有绿色植物都吸收CO?释放出氧气,进行光合作用。CO?气体,就是这样,在自然生态平衡中,进行无声无息的循环。
⑺一切工业生产,城市运转,交通等都离不开排放二氧化碳。
危害:
现在地球上气温越来越高,是因为二氧化碳增多造成的。因为二氧化碳具有保温的作用,现在这一群体的成员越来越多,使温度升高,近100年,全球气温升高0.6℃,照这样下去,预计到2 二氧化碳的危害二氧化碳的危害(7张)1世纪中叶,全球气温将升高1.5——4.5℃。海平面升高,也是二氧化碳增多造成的,近100年,海平面上升14厘米,到21世纪中叶,海平面将会上升25——140厘米,海平面的上升,亚马逊雨林将会消失,两极海洋的冰块也将大部分融化。所有这些变化对野生动植物而言无异于灭顶之灾。 空气中一般含有约0.03%二氧化碳,但由于人类活动(如化石燃料燃烧)影响,近年来二氧化碳含量猛增,导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高……旨在遏制二氧化碳过量排放的《京都议定书》已经生效,有望通过国际合作遏制温室效应。
二氧化碳的浓度达到1%以上,就会使人头晕目眩。达到4~5%,人便会恶心呕吐,呼吸不畅。超过10%,人便会死亡。
碳循环:生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从空气中吸收二氧化碳,经光合作用转化为葡萄糖,并放出氧气(O2)。
碳循环的描述:碳循环是维持地球表层生命活动的主要物质循环。地球表层系统中的碳,绝大部分
以沉积物的形式储存在岩石圈中的储存库里。储存库中的碳,以碳水化合物的形式
存在于有机物质中(如岩石中的石油、天然气、煤),或以无机物的形式存在于矿
物碳酸盐中(如碳酸钙)。储存库里的碳,一般情况下是不参加碳循环的,除非岩
石被风化,化石燃料被利用,或火山活动将其以CO
2和CO的形式带到大气中。大气
活性库中的碳,不到全部碳的2%。它主要是通过生物的呼吸作用来补充的,火山喷
发、人类燃烧化石燃料也是重要的来源。植物光合作用吸收大气中的CO
2,生产有机
化合物,然后通过食物链传递。海洋中的浮游植物还可以直接生成碳酸盐骨骼。生物
死亡后,生物体沉降到海底形成沉积层。海洋浮游植物生成的有机质,同样也沉降到
海底,最终转变成石油和天然气。在适宜的地质条件下,陆地上的植物积累形成泥炭,
这种泥炭可以转变成煤、石油、天然气和煤被称为化石燃料,是碳的巨大储藏库。当
这些化石燃料被发掘、利用,燃烧生成的CO
2和CO又会释放到大气中,参与碳循环。
碳的循环示意图:
产生及消耗二氧化碳的途径:(1)自然界消耗二氧化碳的途径:光合作用
(2)自然界产生二氧化碳的途径:
①主要途径:化石燃料的燃烧
②次要途径:呼吸作用,微生物的分解作用