پلیمریزاسیون و پلاستیک‌های سه‌بعدی | شبیه‌سازی شیمی

Q: چرا ترموپلاستیکها هنگام حرارت دیدن ذوب میشوند در حالی که گرماسختها ذوب نمیشوند؟

ترموپلاستیکها از زنجیرههای پلیمری مجزایی تشکیل شدهاند که تنها توسط نیروهای ضعیف بینمولکولی در کنار هم نگه داشته شدهاند که هنگام حرارت دیدن به راحتی غلبه میکنند و به زنجیرهها اجازه میدهند از روی یکدیگر بلغزند. گرماسختها دارای پیوندهای عرضی کووالانسی گستردهای هستند که تمام زنجیرهها را به یک شبکه سهبعدی غولپیکر گره میزنند که نمیتواند بدون ذغال شدن پیوندهای کووالانسی ذوب شود.

Q: ولکانیزاسیون چگونه لاستیک نرم را به یک ماده کشسان قوی تبدیل میکند؟

لاستیک طبیعی از زنجیرههای پلیایزوپرن پیچخورده تشکیل شده است که هنگام کشیده شدن در حالت گرم از روی یکدیگر میلغزند. حرارت دادن لاستیک با گوگرد (ولکانیزاسیون) پیوندهای عرضی کووالانسی دیسولفیدی (-S-S-) را بین زنجیرههای مجاور تشکیل میدهد تا زنجیرهها بتوانند هنگام کشش باز شوند اما پس از رها شدن به موقعیت اصلی خود برگردند.

دربارهٔ این شبیه‌سازی

پلیمریزاسیون و پلاستیک‌ها یک شبیه‌سازی تعاملی شیمی مواد سه‌بعدی است که بررسی می‌کند چگونه ساختار مونومر و پیوند بین زنجیره‌ای، خواص مکانیکی پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها را کنترل می‌کند. سه زنجیره ماکرومولکولی موازی بین گیره‌های تست کشش مهار شده‌اند. دانش‌آموزان می‌توانند بین پلیمریزاسیون افزایشی (زنجیره‌های پلی‌اتن تشکیل‌شده با باز کردن پیوندهای دوگانه C=C)، پلیمریزاسیون تراکمی (زنجیره‌های نایلون هم‌مونومر متناوب که مولکول‌های H2O آزاد می‌کنند) و شبکه‌های الاستومر پیوند عرضی متصل شده توسط پل‌های دی‌سولفیدی کووالانسی طلایی جابجا شوند. کشیدن گیره کشش، زنجیره‌های پیچ‌خورده را به سمت بیرون می‌کشد؛ رها کردن گیره نشان می‌دهد که چگونه پیوندهای عرضی زنجیره‌های الاستومر را به طول اولیه خود برمی‌گردانند در حالی که ترموپلاستیک‌های بدون پیوند عرضی می‌توانند بلغزند و تغییر شکل دهند.

دانش‌آموزان چه چیزهایی را می‌توانند کاوش کنند

افزایشی (پلی‌اتن) را با 0 پیوند عرضی انتخاب کنید، دما را بالای 400 کلوین افزایش دهید، و گیره کششی راست را به سمت بیرون بکشید تا لغزش زنجیر پلاستیکی را مشاهده کنید.
به الاستومر پیوند عرضی با 6 پیوند عرضی تغییر دهید، گیره کششی را بکشید تا شبکه کشیده شود، و آن را رها کنید تا بازگشت کشسان سریع را تماشا کنید.
تراکم (نایلون) را انتخاب کنید و واحدهای هم‌مونومر آبی و سرخابی متناوب را به همراه مولکول‌های محصول جانبی قرمز و سفید H2O آزاد شده مشاهده کنید.
تراکم پیوندهای عرضی را تا 10 پل افزایش دهید تا یک شبکه گرماسخت صلب تشکیل شود و احساس کنید که زنجیره‌ها چقدر به کشش مقاومت می‌کنند.
مستقیماً روی هر کره مونومر در امتداد زنجیره‌های پلیمری کلیک کنید تا پل‌های پیوند عرضی دی‌سولفیدی اضافه شوند و سفت شدن شبکه را تماشا کنید.

اهداف یادگیری

1تمایز بین پلیمریزاسیون افزایشی (مونومر منفرد، بدون محصول جانبی) و پلیمریزاسیون تراکمی (دو گروه عاملی، حذف مولکول کوچک).
2توضیح دهید که چگونه پیوندهای عرضی کووالانسی بین زنجیره‌های پلیمری از لغزش برگشت‌ناپذیر جلوگیری می‌کنند و حافظه کشسان به الاستومرهای ولکانیزه می‌دهند.
3مقایسه ساختارهای مولکولی و رفتارهای حرارتی ترموپلاستیک‌ها، الاستومرها و گرماسخت‌ها.
4توضیح دهید که چگونه زنجیره‌های پلیمری پیچ‌خورده هنگام کشش در اثر تنش باز می‌شوند و به دلیل آنتروپی و نیروهای بازگرداننده پیوند عرضی به حالت اول برمی‌گردند.

پرسش‌هایی که معلم‌ها می‌پرسند

تفاوت بین پلیمریزاسیون افزایشی و تراکمی چیست؟

در پلیمریزاسیون افزایشی، مونومرهای آلکن غیراشباع (مانند اتن) پیوندهای دوگانه کربن-کربن خود را باز می‌کنند تا به یک زنجیره بلند واحد با 100% اقتصاد اتمی و بدون محصولات جانبی بپیوندند. در پلیمریزاسیون تراکمی، مونومرهای دارای دو گروه عاملی واکنش نشان می‌دهند و یک مولکول کوچک مانند آب (H2O) یا HCl را در هر پیوند حذف می‌کنند.

چرا ترموپلاستیک‌ها هنگام حرارت دیدن ذوب می‌شوند در حالی که گرماسخت‌ها ذوب نمی‌شوند؟

ترموپلاستیک‌ها از زنجیره‌های پلیمری مجزایی تشکیل شده‌اند که تنها توسط نیروهای ضعیف بین‌مولکولی در کنار هم نگه داشته شده‌اند که هنگام حرارت دیدن به راحتی غلبه می‌کنند و به زنجیره‌ها اجازه می‌دهند از روی یکدیگر بلغزند. گرماسخت‌ها دارای پیوندهای عرضی کووالانسی گسترده‌ای هستند که تمام زنجیره‌ها را به یک شبکه سه‌بعدی غول‌پیکر گره می‌زنند که نمی‌تواند بدون ذغال شدن پیوندهای کووالانسی ذوب شود.

ولکانیزاسیون چگونه لاستیک نرم را به یک ماده کشسان قوی تبدیل می‌کند؟

لاستیک طبیعی از زنجیره‌های پلی‌ایزوپرن پیچ‌خورده تشکیل شده است که هنگام کشیده شدن در حالت گرم از روی یکدیگر می‌لغزند. حرارت دادن لاستیک با گوگرد (ولکانیزاسیون) پیوندهای عرضی کووالانسی دی‌سولفیدی (-S-S-) را بین زنجیره‌های مجاور تشکیل می‌دهد تا زنجیره‌ها بتوانند هنگام کشش باز شوند اما پس از رها شدن به موقعیت اصلی خود برگردند.

درجه پلیمریزاسیون (n) چیست؟

درجه پلیمریزاسیون (n) تعداد واحدهای مونومر تکرارشونده است که در یک ماکرومولکول پلیمری متوسط به هم پیوند خورده‌اند و اغلب از صدها تا ده هزار در پلاستیک‌های تجاری متغیر است.

این شبیه‌سازی را جاسازی کنید

آن را در LMS، وبلاگ یا وب‌سایت کلاس خود قرار دهید — رایگان.

<iframe src="https://kiwibee.io/fa/simulations/polymerisation-plastics-3d-3d-simulation/embed" title="پلیمریزاسیون و پلاستیک‌ها | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

کاوش را ادامه دهید

Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.

—

Explore the head and neck in 3D: 643 source meshes across 14 layers, 47 facial and masticatory muscles, and 77 drawn nerves, vessels and glands the source scan omits. Open any tooth onto its own pulp canal, and follow the seven stages of tooth development.

—