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尼龙的聚合

年级:9-12作者:Carin A. Helfer博士来源:Teegarden, D.(2004)。界面阶梯生长聚合:尼龙的合成。聚合物化学:介绍一门不可或缺的科学(页228-230)。阿灵顿:NSTA出版社。


摘要

在这节课中,学生将把两种单体合成尼龙6,6,这是一种聚合物。


目标

通过这节课,学生应该知道什么?

  • 学生将了解基本的聚合物术语。
  • 学生们会知道什么是分步生长聚合。
  • 学生将了解界面聚合。

通过这节课,学生应该能做些什么?

  • 学生将能够在实验室中进行化学反应。
  • 学生将描述分步生长聚合。

材料

  • 来自Flinn Scientific Inc.的神秘尼龙工厂包含以下内容:
    • 六亚二胺/氢氧化钠溶液
    • 二聚氯/己烷溶液
  • 小烧杯或玻璃罐,烧杯的大小将取决于是否有一小群学生来做实验,或者是否有课堂演示。
  • 搅拌棒
  • 更大的玻璃容器用于清洗尼龙
  • 玻璃刻度筒
  • 化学安全护目镜
  • 耐手套
  • 实验室的围裙
  • 通风柜或通风良好的区域

*本课需要有潜在危险的材料。在尝试本课程之前,请仔细阅读反应物和产品的材料安全数据表。


程序

订婚

在尝试本教案之前,必须先接受化学训练。这个实验有潜在的危险,可能会导致受伤。这一课必须自担风险。在尝试本课程之前,请仔细阅读反应物和产品的材料安全数据表。

在尝试本课之前,学生应该对聚合物有一个基本的了解。介绍聚合物概念的多媒体演示可以在AGPA网站上找到:http://www.agpa.uakron.edu/p16/what-are-polymers.php

作为对聚合的介绍和吸引学生,请播放下面的视频,一个高分子科学研究生在实验室里进行聚合。


在看到聚合后,告诉学生他们将自己进行聚合,或者在教室里观看聚合的演示。

评估:通过对聚合物的讨论,确定学生在开始探索之前对聚合物材料有一个基本的了解。

探索

这节课可以作为全班演示,也可以以小组形式进行。下面的程序适用于小组。根据教室演示的需要进行放大。操作化学药品时,应佩戴耐化学手套、护目镜和实验室围裙。

将5ml的六亚二胺/氢氧化钠溶液倒入一个小玻璃烧杯中。小心地向烧杯中加入5ml二聚氯/己烷溶液,尽量不将两层混合。这可以通过稍微倾斜烧杯并将溶液倒在烧杯的一侧来完成。

在界面处,反应的产物之一是尼龙。用镊子将尼龙从界面中拔出,并将聚合物缠绕在搅拌棒周围。继续将聚合物缠绕在搅拌棒上。当所有的尼龙(或足够的数量)已经收集,把聚合物放入大玻璃容器的水清洗。将聚合物放在水中过夜,取出,然后让聚合物干燥。当尼龙无异味时,不戴手套操作是安全的。

将剩余的试剂搅拌在一起,使其充分反应。将任何未反应的液体转移到危险废物容器中妥善处理。经过清洗和干燥的固体尼龙可以扔进垃圾桶。

评估:监督学生的实验工作,确保遵守安全的实验程序。

解释

聚合物是由称为单体的小分子结合而成的大分子。在本实验中,两个单体的界面处发生了阶梯生长聚合。每个单体都溶解在溶剂中。然而,这两种单体都不溶于另一种单体的溶剂中。

发生的反应如下:

Polymerization of Nylone Lesson

要求学生描述生产出来的尼龙的性能。可以讨论的其他一些问题如下:

  1. 为什么尼龙在界面处形成?(这两种溶液不能混溶,因此反应只能在界面处发生。)
  2. 关于二氯己二胺和尼龙6,6的溶解度,你能得出什么结论?两种试剂都不溶于对方的溶剂。尼龙6,6不溶于任何一种溶剂。

考核:监督学生对尼龙聚合的理解。

细化

天然(存在于自然界)和合成(人造)聚合物的数量非常大。让学生识别感兴趣的聚合物并研究该材料。教师可以决定学生是否应该写一份报告,创建一个演示文稿,或两者兼而有之,为学生选择的聚合物。

评估:为报告和/或演示创建一个评分标准。


先决条件

在尝试让学生进行这种反应之前,讲师必须接受过化学和化学实验室的培训。

学生需要具备基本的化学知识和基本的聚合物知识。


最佳教学实践

  • 调查的方法

与标准保持一致

门店的标准:

  • 根据原子的最外层电子态、元素周期表的趋势和化学性质的模式知识,构建并修改对简单化学反应结果的解释。
  • 传达科学和技术信息,说明为什么分子水平结构在设计材料的功能中很重要。
  • 基于糖分子中的碳、氢和氧如何与其他元素结合形成氨基酸和/或其他大型碳基分子的证据,构建并修改一个解释。

共同核心标准:

  • RST.9-10.3在进行实验、测量或执行技术任务、处理文本中定义的特殊情况或例外时,精确地遵循复杂的多步骤程序。
  • WHST.9-10.2撰写资料性/解释性文本,包括历史事件、科学程序/实验或技术过程的叙述。

国家标准:

  • 9-12物理科学

bet365官网的标准:

  • 9-12物理科学

内容知识

根据W. H. Carothers的说法,阶梯生长聚合最初被称为缩合聚合。在缩聚反应中,一个小分子在反应过程中丢失。在本实验的聚合中,HCl是除聚合物(尼龙)外形成的小分子。P. J. Flory修改了原属植物的分类,强调了聚合机理。另一种聚合称为加成聚合。在加成聚合中,小分子的损失不会在反应过程中发生。

由南密西西比大学高分子科学系创建的Macrogalleria网站有更多关于尼龙的详细信息:http://pslc.ws/macrogcss/nylon.html

比尔迈耶,Jr. F. W.(1984)。高分子科学教科书(第25-26页)。纽约:约翰威利父子公司。


安全

六亚二胺/氢氧化钠溶液是有毒的,如果摄入,是腐蚀性的。

二聚氯/己烷溶液为易燃液体,吞食或吸入有毒。

在通风柜或通风良好的房间里工作,避免吸入任何蒸汽。

佩戴防化学围裙、防化学手套和防化学护目镜,避免与皮肤接触。

在彻底清洗尼龙材料之前,请勿在未戴防化学手套的情况下操作尼龙材料。


应用程序

聚合物被认为是一种现代材料,因为人造聚合物直到19世纪中期才出现。今天,世界各地的许多科学家/工程师正在努力创造新的聚合物,以满足更好的物理性能的特定需求。通过化学、结构和加工,可以产生各种各样的最终性能。


评估

评估在学习周期的每个步骤中完成。


其他的考虑

分组建议:如果本课不是示范,可以3-4人一组进行。

节奏/建议时间:参与、探索和解释步骤需要两个40分钟的课时。精化阶段将占用额外的课程时间,时间取决于精化阶段。


可打印的PDF工作表

没有一个