Metalų fizikinės ir cheminės savybės

Metalai

Metalų fizikinės ir cheminės savybės.

Mechaninės (fizikinės) savybės:

Tvirtumas ir atsparumas – gebėjimas išlaikyti įvairias apkrovas ir nesuirti ;

Tamprumas – gebėjimas sugrįžti į pradinę padėtį, nustojus veikti išorinėms jėgoms;

Plastiškumas – gebėjimas keisti forma, veikiant išorinėms jėgoms, nesuirti, nesuplyšti, netrūkti, o nustojus veikti jėgoms, išlaikyti įgytą formą;

Kietumas – veikiant išorinėms jėgoms, priešintis kito, už jį kietesnio, kūno įsmigimui, įspaudimui;

Tvermė – savybė išlaikyti formą ir kitas savybes nesuyrant, kai juos veikia daug kartu besikeičiančios jėgos.

Laidumas elektrai ir šilumai.

Magnetinės savybės.

Šias savybes nulemia metališkoji jungtis – metalai kristalinės medžiagos, kuriose yra laisvų elektronų

Cheminės savybės:

Visi metalai pasižymi savybe lengvai atiduoti valentinius elektronus ir virsti teigiamais jonais.

Redukuojantį metalų aktyvumo laipsnį parodo metalų elektrocheminė įtampų eilė. Kiekvienas šios eilės metalas išstumia (redukuoja) visus kitus esančius po jo metalus iš jų druskų tirpalų. Fe + CuSO4 – Cu + FeSO4

Metalai, esantys aktyvumo eilėje prieš H2, išstumia jį iš rūgščių, nepasižyminčių stipriai oksiduojančiomis savybėmis. Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Kuo aktyvesnis metalas, tuo lengviau išstumia vandenilį. Aktyviausi, t.y. šarminiai metalai vandenilį išstumia net iš vandens. 2Na +2H2O → 2NaOH + H2

Vidutinio aktyvumo metalai tik įkaitinti gali skaidyti vandenį išskirdami H2.

3 Fe + 4 H2 O  Fe3O4 + 4 H2 Mažai aktyvūs su H2O nereaguoja (Au, Pt)

Metalų klasifikavimas.

Juodieji (Fe, jos lydiniai ir komponentai Mn, Cr) Apie 95 % visų pasaulyje gaminamų metalų – juodieji.

Spalvotieji (Cu, jo lydiniai ir komponentai Zn, Sn)

Taurieji (Pt šeimos metalai, Au, Ag) Randami laisvi gamtoje

Retieji (mažai paplitę: lantanoidai, W, Mb)

Dirbtiniai (gamtoje nerandami: Technecis, Prometis)

Pagal tankį.

Lengvieji

5 g/cm3 (šarminiai metalai, Be, Al, Ti, Li – 0,59 g/cm3)

Sunkieji

5 g/cm3 (Os – 22,7 g/cm3)

Pagal lydymosi temperatūrą.

Sunkiai besilydantys:

W lyd. t. – 3410 OC, Fe lyd. t. – 1535 OC

Lengvai besilydantys:

Hg lyd. t. – minus 40 OC, Ga lyd. t. – 29 OC, Na lyd. t. – 98 OC

Pagal laidumą. Labai laidūs

AgAuCuAl

Vidutinio laidumo

Mažai laidūs

Pb, Hg

Žemose temperatūrose metalai pasižymi superlaidumu.

Pagal kietumą.

Kieti

Kiečiausias metalas Chromas – 8,5 balo (Moso skalėje)

Vidutiniškai kieti:

Geležis – 4 balai

Minkšti

Minkščiausias Cezis – 0,2 balo

Metalų rūdos ir sodrinimo būdai.

Polimetalinės rūdos – išgaunami keli metalai

CuFeS2 – chalkopiritas

Kompleksinės rūdos – išgaunami ne tik metalai, bet ir kiti techniškai svarbūs elementai, pvz.: As, F, Cl

Priemaišos vadinamos bergždu

Rūdos koncentravimas vadinamas – sodrinimu: Mechaninis, Elektromagnetinis, Fizikinis ir cheminis (flotacinis).

Karboterminis metalų išgavimo būdas.

Cu2O + C  2Cu + CO

ZnO + C  Zn + CO

Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2

Redukuojami oksidai, todėl sulfidinės rūdos prieš tai deginamos

2ZnS + 3O2  2ZnO + 2SO2

Karbonatines, hidroksidines rūdas galima redukuoti anglimi iš karto, nes jos kaitinamos skyla:

ZnCO3  ZnO + CO2

2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O

Metaloterminio metalų išgavimo esmė.

2Al + 2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3 (aliumotermija)

TiCl4 + 4Na  Ti + 4NaCl (natriotermija)

Labai gryniems Me gauti reduktoriumi naudojamas vandenilis. H2 gaunamas redukuojant vandens garus C

H2O + C  CO + H2

WO3 + 3H2  W + 3H2O

Taip gaunami W, Mo, Os, taurieji metalai.

Hidrometalurginis metalų išgavimo būdas.

Rūda sodrinama, tirpinama rūgštyse arba šarmuose, tirpalas sukoncentruojamas, išvalomas ir taikoma:

Redukavimas aktyvesniais metalais (AuZn)

CuO + H2SO4  CuSO4 + H2O

CuSO4 + Fe  FeSO4 + Cu

Tirpalų elektrolizė – Cu, Ni, Sn, labai gryniems

metalams gauti

Metalų lydiniai ir jų gavimo būdai.

Lydiniai – makroskopinės homogeninės sistemos sudarytos iš dviejų ar daugiau metalų (kartais metalų ir nemetalų) ir turintys metalų savybių.

Gaunami:

Sumaišant išlydytus metalus.

Tirpinant kietą metalą lydale.

Sukepinant metalų miltelius.

Elektrolizės būdu nusodinant kelis metalus kartu.

Kondensuojant kelių metalų garus.

Geležis ir jos lydiniai. Ketus, plienas.

Redukuojant mineralus CO dujomis (karboterminis būdas)

3 Fe2O3 + CO  3 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2

FeO + CO  Fe + CO2

Geležis ir jos lydiniai yra plačiausiai naudojamas metalas (jie sudaro 95 % visų metalinių gaminių masės).

Geležies lydiniai su anglimi.

Išlydyta geležis su anglimi sudaro vienalytį skystąjį tirpalą, kuriame kristalizuojantis gali susidaryti šios fazės:

Anglies kietieji įterpimo tirpalai geležyje (austenitas, feritas)

Cheminis junginys Fe3C (cementitas) Cementitas aukštoje temperatūroje lengvai skyla į austenitą ir grafitą (grafitizuojasi).

Struktūriškai laisvas grafitas (būdingas ketui)

Ketus

Seniau vadinamas špižiumi – geležies, anglies ir kai kurių priemaišų (Mn, Si, Cr ir kt.) lydinys, kuriame anglies būna nuo 2,14 % iki 6,67 %.

Pagal gamybos būdą ir susidarančią struktūrą skirstoma:

Cementinis ketus, kuriame beveik visa anglis su geležimi sudaro cementitą Fe3C – dėl šviesaus blizgančio lūžio vadinamas baltuoju

Grafitinis ketus, kuriame didesnioji anglies dalis yra laisvojo grafito pavidalo – dėl pilkojo lūžio vadinamas pilkuoju

Ketaus rūšys:

pilkasis ketus – jame beveik visa anglis yra laisvo plokštelinio grafito pavidalo;

kalusis ketus – turi 2–2,7 % dribsnių pavidalo grafito;

legiruotasis ketus – ketus, į kurį gali būti pridėta Mn, Cr, Ni, Mo, Si, Cu, Al.

baltasis ketus – į jo sudėtį įeina ne tik anglis, bet ir kitų elementų priemaišos.

antifrikcinis ketus – turintis ne tik anglies ir silicio , bet ir kitų priemaišų.

chromnikelinis ketus – į šio ketaus sudėtį įeina ir 0,2–1,5 % Cr ir 0,2–4 % Ni.

Ketus yra trapus, išskyrus – kalųjį ketų.

Plienas.

Plienas – geležies ir anglies lydinys, kuriame yra iki 2,14 % anglies.

Pliene yra iki 0,7% Mn, iki 0,4 % Si, 0.06 % S ir 0.07 % P, kitos priemaišos.

Plieno mechaninės ir technologinės savybės priklauso nuo anglies kiekio pliene

Plieno grupės:

Mažaanglis plienas (iki 0,25 % anglies), vartojamas statybai

Mažai legiruotas plienas (ne daugiau kaip 2,5 % legiruojančiųjų priedų)

Visiškai legiruotas (2,5-10 % priedų).

Mažaanglis plienas minkštas, labai plastiškas, gerai suvirinamas, tačiau nelabai stiprus ir nesigrūdina.

Plieno grūdinimas – tai įkaitinto iki 820-850 oC ir pakankamai šioje temperatūroje išlaikyto plieno staigus ataušinimas greičiu, didesniu už kritinį aušinimo greitį, susidarant kiečiausiai bei stipriausiai, nors ir trapiai, sandarai.

Metalų legiravimas.

Chromas (Cr). Suteikia plienui stiprumą ir kietumą,sumažina tąsumą. Kai Cr > 12 %, Plienas atsparus korozijai, plieno paviršiuje susidaro plona oksidų plėvelė. Tokie plienai – nerūdijantys.

Nikelis (Ni) padidina atsparumą korozijai, stiprumą, kietumą, nemažindamas tąsumo.

Molibdenas(Mo) padidina plieno atsparumą ir tąsumą.

Niklis (Ni) ir titanas (Ti) sukietina plieną ir sumažina  polinkį tarpkristalinei korozijai, bet pablogina plieno suvirinamumą.

Vanadis (V) ir volframas (W) mažina įrankinių plienų trapumą karštoje būklėje

Elektrochemija

Elektrocheminiai procesai, oksidacijos redukcijos reakcijos.

Elektrochemija – tai chemijos sritis, tirianti procesus, kuriems vykstant dėl cheminių reakcijų atsiranda elektros srovė, arba cheminiai procesai sukeliami elektros srovės.

Elektrocheminiai procesai – tai oksidacijos redukcijos procesai.

Oksidacijos–redukcijos reakcijos – reakcijos kurių metu valentiniai elektronai pereina iš vienų atomų ar jonų į kitus.

Oksidacija – atomai ar jonai netenka elektronų. Jie vadinami reduktoriais.

Redukcija – atomai ar jonai prisijungia elektronus. Vadinami oksidatoriais.

Elektrodo potencialo susidarymo preižastys, standartinis elektrodo potencialas, elektrodo potencialo matavimas.

Elektrodinis potencialas – potencialų skirtumas tarp metalo ir tirpalo.

Pusiausvyros potencialu vadinamas potencialų skirtumas tarp metalo ir tirpalo nusistojus pusiausvyrai.

Elektrodinio potencialo dydis priklauso nuo:

metalo savybių; jo jonų aktyvumo tirpaluose; temperatūros.

Standartinis (normalinis) metalo potencialas.

Metalo, įmerkto į jo druskos tirpalą, kuriame metalų jonų koncentracija 1 mol/l (arba aktyvumas aMen+ = 1) yra vadinamas standartiniu arba normaliniu metalo potencialu.

Nustatomas išmatuojant potencialų skirtumą tarp tiriamo metalo, įmerkto į jo druskos tirpalą, kuriame metalų jonų koncentracija 1 mol/l ir standartinio vandenilio elektrodo.

Galvaninių elementų sandara. (katodai, anodai, jų krūvis) veikimo principas.

Galvaninis elementas – įrenginys, cheminę energiją paverčiantis nuolatine srove.

Galvaninį elementą sudaro du laidu sujungti elektrodai, patalpinti į jų druskų tirpalus, t.y. du puselemenčiai.

Elektros srovės atsiradimą galvaniniame elemente sąlygoja paimtų metalų elektrodų potencialų skirtumas ir seka eilės cheminių pasikeitimų ant elektrodų.

Anodas (-) rašomas kairėje schemos pusėje.

Katodas (+) rašomas dešinėje schemos pusėje.

Viena vertikali linija naudojama skirtingų fazių atskyrimui (tarp kietos fazės elektrodo ir skystos fazės tirpalo).

Dvi vertikalios linijos vaizduoja druskų tiltelį (“U” formos vamzdelį su elektrolitu) jungiantį du puselemenčius

Galvaninių elementų elektrovaros jėga, jos apskaičiavimas.

Tarp katodo ir anodo susidaro potencialių skirtumas, kuris vadinamas galvaninio elemento elektrovaros jėga E.

Elektrovaros jėga apskaičiuojama pagal lygtį:

E = red. –  oks.

red. – katodo potencialas, V

oks. – anodo potencialas, V

Mūsų atveju

E = o Cu 2+/Cu – o Zn 2+/Zn

Elektrovaros jėgą ją galima išskaičiuoti iš standartinių elektrodinių potencialų skirtumo. E = 0,34 – (- 0,76) ═ 1,1 V

Galvaninių elementų rūšys.

Sausieji hermetiniai elementai – skirti prietaisams maitinti, apšvietimui.

Cinko elementas

Šarminiai elementai

Ličio elementai (grįžtami ir negrįžtami)

Rezerviniai elementai

Kuro elementai – elementai kuriuose šiluminė energija tiesiogiai verčiama elektros energija.

Pagal dujų slėgį jie skirstomi:

žemo slėgio,

aukšto slėgio,

vidutinio slėgio.

Pagal temperatūrą: aukštos, vidutinės ir žemos.

Kuro elementuose dega kuras.

Skirtingai nuo šiluminių mašinų, čia kuras yra reduktorius ir jo oksidacijos procesas atskirtas nuo oksidatoriaus redukcijos proceso.

Todėl kuro cheminė energija virsta elektros energija, o ne šilumine.

ir

Elektrolizė lydaluose.

Elektrolizė yra oksidacijos – redukcijos procesai, vykstantys elektrolitų tirpaluose ar lydaluose, leidžiant per juos pastovią elektros srovę.

Šiame procese elektros energija paverčiama chemine energija.

Elektrolizė vandeniniuose tirpaluose esant netirpiems anodams

Elektrolizė, kai elektrolitą sudaro aktyvaus metalo ir deguoninės rūgšties liekanos jonai

Elektrolizė, kai elektrolitą sudaro mažai aktyvaus metalo ir nedeguoninės rūgšties liekanos jonai

Elekrolizė, kai elektrolitą sudaro mažai aktyvaus metalo ir deguoninės rūgšties liekanos jonai

Faradėjaus dėsniai, jų taikymas.

Pirmasis Faradėjaus dėsnis: Elektrolizės metu išsiskyrusios medžiagos kiekis yra tiesiog proporcingas pratekėjusiam pro tirpalą elektros kiekiui: m = k ∙ Q Q = I ∙ 

čia: m – išsiskyrusios medžiagos kiekis, g

k – elektrocheminis ekvivalentas

I – srovės stiprumas, A

 – laikas, s.

Antrasis Faradėjaus dėsnis

Tam kad ant elektrodo išskirti 1 g ekv. bet kurios medžiagos reikia sunaudoti tą patį elektros kiekį, lygų Faradėjaus skaičiui: F = 96 500 C/g ekv.

Galvanostegija ir galvanoplastika

ELEKTROLIZĖS TAIKYMAS PRAMONĖJE

Galvaninių dangų gamyboje:

Galvanoplastika – kopijų, reljefo modelių gamyba elektrolizės būdu. Modelis gaminamas iš vaško ar plastmasės, padengiamas grafitu ir prijungiamas prie neigiamo srovės šaltinio poliaus. Panardinus į elektrolito tirpalą, kuriame yra metalo jonų, jie redukuojasi ant katodo paviršiaus sudarydami metalinę kopiją.

Galvanostegija – lygių vientisų metalinių dangų gamyba ant metalo paviršiaus siekiant apsaugoti jį nuo korozijos ir suteikti gražesnį vaizdą.

Švino rūgštinis akumuliatorius, sandara, veikimo principas.

Akumuliatoriai – daugkartinio panaudojimo ir grįžtamo veikimo galvaniniai elementai.

Jie verčia sukauptą cheminių reakcijų energiją elektros energija (išsikraudami), o elektros – į cheminę, sukurdami ją iš naujo, pakraunant akumuliatorių pastovia el. srove.

Elektrodai – rėmeliai su įpresuotu švino oksidų ir švino miltelių mišiniu.

Elektrodai atskirti separatoriais (polichlorvinilo arba kitų plastmasių plokštelės, asbesto arba stiklo pluošto plokštelės, dengtos polimerų plėvelė ir kt.)

Elektrolitas 21-41% (1,16-1,32 kg/m3) sieros rūgšties tirpalas. Koncentracija priklauso nuo klimato sąlygų (kad tirpalas neužšaltų): šiltame klimate 21-30%, šaltame – iki 41%. Elektrolitas gaminamas iš labai švarios akumuliatorinės H2SO4 (be Fe 3+).

Paruošimas darbui:

Užpidymas rūgštimi.

Naujas akumuliatorius pripildomas H2SO4 tirpalu, palaikomas keletą valandų, kad elektrodų ir separatorių plokštelės prisigertų elektrolito.

Švinas (Pb) ir jo dioksidas (PbO2) apsitraukia PbSO4 sluoksniu.

Pb + H2SO4 → PbSO4 + H2

2. Pakrovimas.

Akumuliatoriams teigiamas elektrodas sujungiamas su nuolatinės srovės šaltinio teigiamu poliumi, o neigiamas – su neigiamu poliumi.

Įkrovimo srovė turi būti maždaug lygi 0,1 nominalinio akumuliatoriaus talpumo (12,6-12,8 V) techninėje dokumentacijoje nurodyto talpumo).

Kraunama tol, kol ant akumuliatoriaus elektrodų pradeda gausiai skirtis dujos (elektrolitas „užverda“), o įtampa ir elektrolito tankis būna pastovūs 3 val.

Cheminė metalų korozija.

Metalų korozija – savaiminis metalų irimo procesas veikiant aplinkos faktoriams

Cheminė korozija vyksta dėl metalų sąveikos su:

sausais garais,

dujomis (dažniausiai aukštoje temperatūroje)

arba skysčiais– neelektrolitais.

Reakcijos produktai randami tose vietose, kur metalas reagavo su minėtomis medžiagomis.

Ant geležies paviršiaus

250-300oC pasirodo matoma geležies oksidų plėvelė,

600oC ir daugiau geležies paviršius pasidengia nuodegų sluoksniu, susidedančiu iš FeO, Fe3O4, Fe2O3.

Koroziniam atsparumui padidinti angliniai plienai paprastai oksiduojami ne aukštesnėje kaip 567o C temperatūroje (nuodegų sluoksnyje prie metalo susidaro magnetinio Fe3O4 (pasluoksniai) gerai apsaugantis nuo korozijos nelabai agresyvioje aplinkoje.

Aukštesnėje negu 600o C temperatūroje kartu su oksidacija vyksta anglinio plieno (ir špižiaus) dekarbonizacija t.y. laipsniškas C kiekio sumažėjimas.

Fe3C + O2 → 3 Fe + CO2

Fe3C + CO2 → 3 Fe + 2 CO

Fe3C + H2O → 3 Fe + CO + H2

Vandenilinė dekarbonizacija

Fe3C + 2 H2 → 3 Fe + CH4

Dėl dekarbonizacijos mažėja metalų tvirtumas.

Aukštesniame slėgyje ir temperatūroje virš 120 oC gali vykti karbonilinė korozija (variklių cilindruose, kompresoriuose ir t.t.) Fe + 5 CO → Fe (CO)5

Metalų korozija veikiant neelektrolitams

Br2 reaguoja su angliniu plienu, titanu ir t.t.,

Išlydyta siera ardo beveik visus metalus. Bevandeniai naftos produktai korozijai reaktyvūs, agresyvumo suteikia priemaišos – sieros junginiai.

Benzinas sąlytyje su metalais (Fe, Cu, Mg, Zn) oksiduojasi, padidėja jo rūgštingumas ir korozinguma.

Metalų korozija veikiant mikroorganizmams

Sierą oksiduojančios bakterijos beorėje aplinkoje išskiria H2S . Kai kurios bakterijos deguoninėje aplinkoje tiesiogiai oksiduoja Fe

Elektrocheminė korozija, priežastys.

Elektrocheminė korozija – metalų irimas aplinkoje, laidžioje elektros srovei, kai susidaro galvaninės poros (atmosferoje, dirvoje, elektrolitų tirpaluose).

Galvaninės poros arba koroziniai galvaniniai elementai susidaro dėl:

Metalo arba jį supančios aplinkos nevienalytiškumo;

Metalinių ir nemetalinių priemaišų, oksidų kitų metalų dangų;

Skirtingų elektrolito koncentracijų skirtingose metalo paviršiaus vietose;

Temperatūros skirtumų metalų paviršiuje.

ir

Apsauga nuo korozijos.

Apsaugos nuo korozijos būdai

Metalinės dangos gaunamos elektrolizės būdu metalą elektrochemiškai padengiant atitinkamu kitos rūšies metalu.

Anodinės dangos – dengiantysis metalas labiau elektroneigiamas nei saugomas metalas.

Korozinėje aplinkoje anodas yra apsauginis metalas, jis tirpsta.

Ant saugomo metalo vyksta vandenilinė ar deguoninė depoliarizacija, saugomas metalas – lieka nepakitęs.

Katodinės dangos – dengiama mažiau aktyviu metalu, t.y. kurio potencialas yra elektroteigiamesnis.

Tipinės – Ni, Cr ant plieno paviršiaus.

Svarbu, kad danga būtų vienalytė, be įtrūkimų, nes esant defektams susidaro galvaninis elementas ir saugomas metalas – anodas ima tirpti.

Nemetalinės dangos.

Nemetalinės dangos – neorganinės ir organinės

Neorganinės dangos – emalio, metalo keramikos ir kitokios dangos.

Emaliai – paprasti ir atsparūs kaitrai.

Paprastųjų emalių dangos sudaromos išlydant metalinių dirbinių paviršiuje kai kurias mineralines medžiagas: boro silikatinį stiklą, boraksą, putnagą, kriolitą.

Dangos atsparios neorganinėms ir organinėms rūgštims, silpniems šarmų tirpalams ir atmosferiniai korozijai.

Metalo keramikos dangos gaunamos pridėjus metalų į oksidus ir sunkiai lydžius junginius. Gaunamos metalų, acetileno ir deguonies masę purškiant liepsnoje arba plazminio purškimo būdu.

Organinės dangos – tepalai, lakai, dažai, emaliai ir dervos.

Tepalai – tai paprasčiausia danga, laikiniai sauganti metalus nuo korozijos. Vartojami mineraliniai, parafino tirpalai, vazelinas, bitumas ir kiti tepalai.

Lakai – tai džiūvančių aliejų, dervų arba celiuliozės esterių koloidiniai tirpalai lakiuose organiniuose tirpikliuose (benzine, acetone, benzole ir kt.) Kartais į juos dedama pigmentų.

Dažai ir emaliai yra neorganinių pigmentų suspensija plėveles sudarančiuose organiniuose skysčiuose: pokoste, aliejuje ir kt.

Dervos – asfalto, bitumo, epoksido ir kitos dangos.

Protektorinė apsauga nuo korozijos.

Protektorinė apsauga – taikoma įvairių talpų, o ypač šilumokaitos aparatūros apsaugai nuo korozijos.

Saugomas objektas randasi elektrolito terpėje (įkastas žemėje, vandenyje).

Apsaugai naudojamas specialus anodas – protektorius, kurio potencialas yra elektroneigiamesnis negu saugomos konstrukcijos metalas.

Protektorius sujungiamas laidu su saugomu metalu ar įrenginiu. Susidaro galvaninis elementas, kuriam veikiant tirpsta protektorius ir tuo pačiu apsaugomas nuo korozijos įrengimo metalą.

Protektoriai – Mg, Zn ar jų lydiniai.

Elektrinė apsauga.

Elektrinė (katodinė) apsauga

Nuolatinės srovės šaltinio neigiamas polius sujungiamas su saugomu objektu

Teigiamas polius – su pagalbiniu anodu (metalo laužu drėgnoje aplinkoje).

Leidžiant atitinkamo stiprumo elektros srovę, anodas suyra, o katodas – lieka sveikas.

Polimerai

Stambiamolekulinių junginių sandara.

Stambiamolekuliai junginiai – tai didelės molekulinės masės anglies (C) arba silicio (Si) junginiai

Mst > 5000 (104 ÷ 106) MH2O = 18

Šių junginių molekulės vadinamos makromolekulėmis (dėl jų didelio ilgio, dydžio)

Makromolekulėse tam tikra jų dalis kartojasi daug kartų (n), todėl šie junginiai dar vadinami polimerais (poli – daug, meros – dalis)

Pradinė medžiaga, iš kurios gaunamas polimeras, vadinama monomeru.

n CH2 = CH2  (–CH2 – CH2–)n etilenas(etenas) polietenas (politilenas)

n – polimerizacijos laipsnis – rodo grandinės ilgį.

Jis priklauso nuo reakcijos sąlygų: temperatūros, slėgio, katalizatorių

MC2H4 = 28 Mpolieteno = 5000÷1000000

Pasikartojantis monomero likutis vadinamas elementarine

grandimi (Polieteną sudaro n skaičius elementarinių grandžių)

Stambiamolekulinių junginių klasifikavimas pagal kilmę.

Gamtiniai (natūralieji) – celiuliozė, krakmolas, kaučiukas, vilna, baltymai. Skirstomi: augalinės ir gyvūninės kilmės.

Dirbtiniai – gaunami chemiškai modifikavus gamtinius polimerus.Pvz.: celiuliozę veikiant acto rūgštimi gaunama acetilceliuliozė.

Sintetiniai – gaunami polimerizuojant mažos molekulinės masės junginius (naftos produktus, gamtines dujas), pvz.: polietilenas

Stambiamolekulinių junginių klasifikavimas pagal sandarą.

Linijiniai —————- (gerai lydosi, formuojami, elastingi – —————- pluoštai, plėvelės)

Linijinisi-šakoti ─┬──┴──

────┴─

Tinkliniai (daug skersinių ryšių – nelydūs, netirpūs, kieti ir trapūs)

Stambiamolekulinių junginių klasifikavimas pagal cheminę sudėtį.

Angliagrandžiai (karbograndžius) (– CH2 – CH2 – CH2 –) n

Heterograndžiai – be C yra ir N, S ar O

Silicio atomų grandinės

R

‌

– O – Si – [ – Si – Si – Si – ] n

‌

R n

Stambiamolekulinių junginių klasifikavimas pagal reakciją ir temperatūrą.

Termoplastiniai – tokie polimerai, kuriuos šildant –

minkštėja, o aušinant – kietėja, bet jų struktūra nesikeičia

(linijiniai ir mažai šakoti polimerai). Galimas jų

karštas formavimas, pedirbimas (atliekų), suvirinimas.

Termoreakciniai – kaitinami trumpam išsilydo, o po to

negrįžtamai sukietėja, jų struktūra pasikeičia iš linijinės

šakotos – į tinklinę, t.y. atsiranda skersiniai ryšiai. Kaitinant

pasikeičia polimero ir fizikinės, ir cheminės savybės,

pakartotinai šildant – nebeminkštėja ir nebesilydo. Gaminį

galima formuoti tik 1 kartą. Atliekos neperdirbamos.

Stambiamolekulinių junginių gavimas polimerizacijos būdu:

Polimerizacija – procesas, kai monomerai jungiasi tarpusavyje,

sudarydami polimerinį junginį.

Polimerizacijos būdai :

polimerizacija masėje (bloke) blokpolimerizacija – vyksta kaitinant skystus monomerus – gaunamas kietas polimeras (→ formuojasi);

polimerizacija tirpale (lako būdu) – vykdoma tokiame tirpiklyje, kuriame ir monomeras ir polimeras tirpsta; gaunamas polimero tirpalas vadinamas “laku”, gaminami lakai, klijai;

polimerizacija emulsijoje arba suspensijoje – dažniausiai vykdoma monomero ir vandens emulsijoje. Gauto polimero granulės atskiriamos nuo H2O filtruojant, centrifūguojant arba H2O išgarinamas.

Kapolimerų gavimo reakcijos:

Kopolimerizacija – procesas, kai kartu polimerizuojasi skirtingi polimerai.

Stambiamolekulinių junginių gavimas polikondesacijos būdu:

Polikondensacija – tai toks stambiamolekulių junginių gavimo

procesas, kai reaguojant monomerų molekulėms, gaunamas polimeras (vadinamas polikondensatu ar derva) ir tuo pat metu atskyla mažos molekulinės masės junginys (pvz. H2O, HCl, CH3OH).

Pvz. fenolio-formaldehidinės dervos gavimas:

I stadija – tarpinio junginio susidarymas

II stadija – tarpinio junginio polikondensacija (susidaro polimeras).

Polimerų fizikinės ir cheminės savybės.

Pasižymi lengvumu ( 0,9 2,3 g/cm3).

Mažas laidumas šilumai (150 k mažesnis už plieno), todėl galima naudoti termoizoliacinių medžiagų gamybai.

Geri dielektrikai (t.y. blogi elektros laidininkai) – elektros izoliatoriai, detalės, laidų izoliacijai.

Daugelis neatsparūs kaitrai (aukštesnėje t-roje išsilydo, galima formuoti į gaminius, ištempti į pluoštą, valcuoti plokštes ir kt.) bei degūs (daugelio organinių junginių savybė). Atsparūs tik turintys halogenų (Cl, F) ir Si-org junginiai.

Atsparūs daugkartiniam lankstymui, kai kurie labai elastingi.

Dauguma skaidrūs, bespalviai, pasižymi pralaidumu UV spinduliams (org.stiklas iki 80% – polimetilmetakrilatas).

Fiziologiškai inertiški – galima naudoti maisto pramonėje įpakavimui, rūbams, kilimams, medicinoje – protezai, implantai, kraujagyslės.

Dauguma netirpsta H2O, bet tirpsta organiniuose tirpikliuose (benzine, acetone, lengvuose naftos produktuose, etanolyje). Būdinga tai, kad prieš ištirpdamas polimeras išbrinksta (t.y. padidėja jų tūris). Tai vyksta dėl didelės tarpmolekulinės traukos jėgos tarp makromolekulių. Pirma tirpiklio molekulės įsiskverbia tarp polimero makromolekulių – padidėja polimero masė ir tūris, bet jungtys nesuyra. Kai tirpiklio molekulės suardo jungtis – polimeras ištirpsta.

Polimerų senėjimas – tai makromolekulių irimas veikiant įvairiems aplinkos faktorių veiksniams (temperatūra, UV-spinduliai- saulė, cheminės medžiagos, drėgmė, mikroorganizmai). Laikui bėgant, polimerai tampa kietesni, trapesni, mažėja jų molekulinė masė.

Polimerų irimas:

Irimas vadinamas destrukcija. Skirstoma į:

oksidacinę (veikia O2)

terminę

cheminę

biologinę

fotodestrukciją, fotolizę (UV poveikis)

mechaninę (apdirbimo metu – gręžiant, tekinant)

Kai kada vykstant destrukcijai susidaro pradinės medžiagos – monomerai. Toks procesas vadinamas depolimerizacija.

Polimerų irimo (senėjimo) sulėtinimui dedama inhibitorinių

medžiagų – vadinamos stabilizatoriais, inhibitoriais,

antioksidantais (prieš O2).

Plastmasės.

Plastikai (plastmasės) – gaunami polimerus sumaišius su įvairiomis

medžiagomis, suteikiančiomis norimų savybių: spalvą, nedegumą, lankstumą, plastiškumą, mechan. atsparumą, kietumą, elektr. laidumą, pigumą, atsparumą (šviesai, chemin. medžiagoms, senėjimui).

Skirstomos į paprastas ir sudėtines:

Paprastos – tai nedažyti ir dažyti polimerai (pvz. polietileno gaminiai – plėvelė).

Sudėtinės – įeina įvairūs komponentai: dažai, pigmentai, plastifikatoriai (mažina trapumą), stabilizatoriai (antioksidantai) ir įvairūs užpildai.

Užpildai gali būti organiniai (medienos drožlės, popierius, medvilnė, šiaudai) ir neorganiniai (asbestas, stiklas, metalo milteliai, TiO2, kreida, suodžiai, grafitas). Užpildų dedama norint pakeisti polimerų savybes: mechanines (stiklo pluoštas – tempimui kaip plieno), dielektrines (Me milteliai), cheminį atsparumą, kietesnis paviršius, nedegumą (neorg.užpildai) ir atpigina savikainą (medžio drožlės).

Supresavus dervomis įmirkytas sluoksniuotas medžiagas (popierių, kartoną, medvilnę, stiklo pluoštą, audinius), gaunamos sluoksniuotos plastmasės. Ypač atsparios mechaniškai, lenkimui, galima pjaustyti (tekstolitas, getinaksas, stiklo tekstolitas).

Korytos plastmasės (putplasčiai) – lengvos 30-100 g/cm3; gana tvirtos, naudojamos šilumos ir garso izoliacijai. Gaunamos išputinus – leidžiant dujas į išlydytą polimero masę.