"Химия (базовый уровень)", Рудзитис Г.Е.,Фельдман Ф.Г.
Распознавание пластмасс и волокон основано на наблюдении их внешнего вида, поведения при нагревании и горении. Пластмассы различают прежде всего на термопласты и реактопласты, а волокна — на растительные, белковые и синтетические. По размягчению, плавлению, цвету пламени, запаху и остатку после сгорания можно предположить состав образца. Надёжный вывод делают не по одному признаку, а по их совокупности и с обязательным соблюдением безопасности.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Пластмасса — материал на основе полимера, содержащий связующие и добавочные вещества. Полимер является основой, а добавки изменяют цвет, прочность, гибкость или устойчивость к нагреванию. Поэтому пластмасса — это не просто исходный полимер, а готовый композиционный материал.
Волокно — тонкий гибкий материал природного или химического происхождения, пригодный для изготовления нитей и тканей. К природным относят, например, хлопок, лён и шерсть, а химические получают переработкой природных веществ или синтезом. Понимание происхождения помогает объяснить различия в горении.
Термопласт — пластмасса, размягчающаяся при нагревании и снова затвердевающая при охлаждении. При повторном нагревании этот процесс может происходить снова, потому что структура материала не образует необратимую пространственную сетку. По такому поведению термопласт отличают в опыте.
Реактопласт — пластмасса, которая после отверждения при нагревании не размягчается повторно. При сильном нагревании она обычно темнеет, обугливается или разрушается, но не превращается в текучий расплав. Это свойство связано с образованием прочной пространственной структуры полимера.
До опытов образец рассматривают при хорошем освещении: отмечают цвет, прозрачность, блеск и фактуру поверхности. Затем осторожно проверяют гибкость и прочность, не ломая материал без необходимости. Эти признаки полезны для сравнения, но не являются доказательством, поскольку одинаково выглядеть могут разные полимеры.
Нагревание помогает различать пластмассы из-за различий в строении их полимеров. В термопластах цепи при нагревании получают возможность легче перемещаться, поэтому материал размягчается и может перейти в расплав. У реактопластов цепи связаны поперечными связями, и при дальнейшем нагревании разрушение начинается раньше размягчения.
Пробу на горение проводят с небольшим кусочком и наблюдают цвет пламени, наличие копоти, продолжительность горения и характер плавления. После удаления источника огня отмечают, продолжает ли образец гореть или гаснет, а затем рассматривают остаток. Запах определяют только очень осторожно, направляя к себе небольшое количество воздуха, а не вдыхая дым.
Продукты горения связаны с составом полимера. Хлор в составе поливинилхлорида приводит к образованию раздражающих хлорсодержащих продуктов, азот в белках и некоторых синтетических материалах влияет на запах и состав дыма, а ароматические фрагменты часто способствуют коптящему пламени. Эти признаки нельзя считать абсолютно уникальными, поэтому их сопоставляют с результатами нагревания.
Волокна распознают по тому, плавятся ли они, обугливаются или сгорают без плавления. Растительные волокна хлопка и льна, как и вискоза, ведут себя подобно целлюлозе; шерсть и шёлк дают запах жжёного пера из-за белковой природы. Синтетические волокна часто размягчаются, плавятся и образуют твёрдый или оплавленный шарик.
| Образец или группа материалов | Внешний вид и механические свойства | Поведение при нагревании | Поведение при горении | Запах и остаток | Вывод о материале |
|---|---|---|---|---|---|
| Полиэтилен и полипропилен | Лёгкие, гибкие или упругие, часто непрозрачные | Размягчаются и плавятся | Горят, расплав капает | Запах, напоминающий парафин; после охлаждения образуется твёрдый расплав | Термопласты-полиолефины |
| Полистирол | Жёсткий, часто прозрачный или матовый, хрупкий | Размягчается, может плавиться | Горит коптящим пламенем | Резкий характерный запах; сажистый остаток | Термопласт с ароматическими фрагментами |
| Поливинилхлорид | Жёсткий или гибкий, бывает прозрачным | Размягчается, разлагается при сильном нагревании | Часто гаснет после удаления пламени | Раздражающие продукты; тёмный остаток | Хлорсодержащий термопласт |
| Фенопласт или другой реактопласт | Жёсткий, прочный, обычно неэластичный | Не плавится, темнеет и обугливается | Горит слабо или гаснет | Запах продуктов разложения; углистый остаток | Реактопласт |
| Хлопковое или льняное волокно | Мягкое, матовое, гибкое | Не плавится, постепенно обугливается | Горит ярко, как бумага | Запах жжёной бумаги; серый хрупкий пепел | Целлюлозное растительное волокно |
| Шерстяное или шёлковое волокно | Мягкое, упругое; шёлк обычно гладкий и блестящий | Съёживается и обугливается | Горит медленно, часто гаснет | Запах жжёного пера; хрупкий тёмный остаток | Белковое волокно |
| Вискозное волокно | Мягкое, с блеском, по виду напоминает природное волокно | Не плавится, обугливается | Горит подобно хлопку | Запах жжёной бумаги; лёгкий пепел | Регенерированное целлюлозное волокно |
| Капрон или другое синтетическое волокно | Гладкое, прочное, упругое | Размягчается, плавится и сворачивается | Горит после расплавления или гаснет | Специфический запах; оплавленный шарик | Синтетическое термопластичное волокно |
Сначала сравнивают внешний вид и механические свойства, затем переходят к нагреванию и горению. В таблице указаны типичные признаки, но состав смеси, красители и добавки могут изменить наблюдаемую картину. Поэтому итоговый вывод делают по нескольким совпадающим признакам.
Пробу проводят только с малым количеством вещества и под контролем учителя. Если наблюдение противоречит таблице, опыт не повторяют самовольно, а проверяют чистоту образца и условия проведения.
Задача 1. Образец размягчается при нагревании, плавится и после удаления пламени продолжает гореть. Нужно определить его тип. Одного признака плавления недостаточно, поэтому учитываем всю совокупность наблюдений.
Ответ: образец является термопластом; для точного названия нужны дополнительные признаки.
Задача 2. Волокно при поднесении к пламени обугливается, пахнет жжёным пером и оставляет хрупкий тёмный остаток. Требуется определить его происхождение. Главным ориентиром здесь является не только остаток, но и характерный запах разложения белка.
Ответ: это, вероятнее всего, шерстяное или шёлковое волокно.
Задача 3. Неизвестная пластмасса не плавится, обугливается при нагревании и гаснет после удаления пламени. Нужно отличить её от термопластов. Здесь решающим является необратимое изменение материала.
Ответ: образец, скорее всего, является реактопластом, например фенопластом.
Определять материал по одному признаку — например, только по цвету или запаху — ненадёжно. Так ошибаются, потому что хотят сразу получить готовое название, хотя добавки меняют свойства образца. Проверка проста: сопоставьте внешний вид, нагревание, горение и остаток.
Подносить образец слишком близко к пламени или сильно нагревать его опасно и неточно. При этом материал может перегреться, а дым станет чрезмерным и исказит наблюдение. Используйте маленький образец, держатель и минимальное время нагревания.
Вдыхать запах продуктов горения нельзя, даже если кажется, что запах поможет узнать полимер. Такая ошибка возникает из-за неверного представления, будто опыт требует глубокого вдоха. Направляют к себе лишь небольшое количество воздуха и прекращают наблюдение при раздражении.
Размягчение нельзя автоматически называть плавлением, а отсутствие плавления — признаком реактопласта. Некоторые материалы разлагаются раньше плавления, а условия опыта могут быть недостаточными. Проверьте, изменяется ли форма необратимо, продолжает ли образец гореть и появляется ли углистый остаток.
Для работы нужны понятия полимера, мономера и полимеризации, а также представление о строении органических веществ. Именно строение цепей и наличие поперечных связей объясняют различия между термопластами и реактопластами.
Практическая часть связана с правилами работы с нагревательными приборами и пробами на горение. Нужно помнить о токсичных продуктах разложения, вентиляции, защитных очках и работе только с небольшими образцами.
Знания пригодятся при выборе материалов в быту и промышленности, сортировке пластмасс и обсуждении их экологических свойств. Свойства полимера влияют на возможность повторной переработки и безопасную утилизацию.
Почему нельзя распознавать пластмассу только по цвету и внешнему виду?
Разные пластмассы могут иметь одинаковый цвет, блеск и форму, поскольку эти признаки зависят от красителей и обработки. Для распознавания нужны дополнительные наблюдения: нагревание, горение и свойства остатка.
Как отличить термопласт от реактопласта?
Термопласт при нагревании размягчается или плавится, а после охлаждения снова твердеет. Реактопласт после отверждения не плавится повторно: он темнеет, обугливается или разрушается.
Почему шерсть при горении пахнет жжёным пером?
Шерсть состоит главным образом из белка кератина, содержащего азот и серу. При нагревании белок разлагается, поэтому появляется характерный запах жжёного пера.
Можно ли по запаху продуктов горения точно определить любой полимер?
Нет, запах является только вспомогательным признаком и может быть опасным для определения. Его сопоставляют с плавлением, цветом пламени, дымом и остатком, не вдыхая продукты горения напрямую.
Какие правила безопасности нужно соблюдать при распознавании пластмасс и волокон?
Работают с очень небольшими образцами, используют держатель, защитные очки и хорошую вентиляцию. Нельзя наклоняться над пламенем, вдыхать дым, перегревать материал и проводить опыт без разрешения учителя.
§ 47. Практическая работа 6. Распознавание пластмасс и волокон
