BAKELĪTS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, IEGŪŠANA UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Bakelite ir polimērs sveķi no fenola un formaldehīda, precīzu ķīmisko definīcijas un ir hidroksīds polioxibenciletilenglicol. Šī materiāla parādīšanās un komercializācija iezīmēja plastmasas laikmeta sākumu; tas okupēja un bija daļa no neskaitāmiem sadzīves, kosmētikas, elektrības un pat militāriem priekšmetiem.

Tās nosaukums cēlies no tā izgudrotāja: Beļģijā dzimušā amerikāņu ķīmiķa Leo Baekelanda, kurš 1907. gadā sasniedza šī polimēra ražošanu un uzlabošanu; pēc tam 1910. gadā tika nodibināta vispārējā Bakelīta kompānija. Sākumā, mainot iesaistītos fiziskos mainīgos lielumus, Bakelīts sastāvēja no porainas, trauslas, mazvērtīgas cietas vielas.

Retro tālrunis, kas izgatavots ar Bakelite polimēru. Avots: Pexels.

Pēc astoņu gadu darba laboratorijā viņam izdevās iegūt pietiekami cietu un termostabilu Bakelītu, kura īpašību dēļ tā bija augsta. Tādējādi Bakelīts aizstāja citus dabiskas izcelsmes plastmasas materiālus; dzimis pirmais tīri mākslīgais polimērs.

Tomēr mūsdienās to aizstāj ar citu plastmasu, un to galvenokārt atrod 20. gadsimta piederumos vai priekšmetos. Piemēram, iepriekš attēlā redzamais tālrunis ir izgatavots no bakelīta, tāpat kā daudzi objekti ar līdzīgu melnu krāsu vai dzintara vai balta krāsa (pēc izskata atgādina ziloņkaulu).

Bakelīta struktūra

Apmācība

Fenola-formaldehīda polimēra, bakelīta, trīsdimensiju tīkla tipa struktūras izveidošana. Avots: MaChe.

Definēts bakelīts kā fenola un formaldehīda polimēru sveķi, tad abām molekulām ir jāatbilst to struktūrai, kaut kādā veidā kovalenti savienojot; pretējā gadījumā šim polimēram nekad nebūtu raksturīgas raksturīgās īpašības.

Fenols sastāv no OH grupas, kas tieši saistīta ar benzola gredzenu; kamēr formaldehīda ir molekula O = CH ₂ vai CH ₂ O (augšējā attēlā). Fenols ir bagāts ar elektroniem, jo, kaut arī OH piesaista elektronus pret sevi, tas palīdz arī to pārvietošanā ar aromātiskā gredzena palīdzību.

Būdams bagāts ar elektroniem, tam var uzbrukt elektrofils (sugas, kas izsalkušas pēc elektroniem); kā, piemēram, CH ₂ O molekula .

Atkarībā no tā, vai barotne ir skāba (H ⁺ ) vai bāziska (OH ^- ), uzbrukums var būt elektrofīls (formaldehīds uzbrūk fenolam) vai nukleofīls (fenols uzbrūk formaldehīdam). Bet beigās, CH ₂ O aizvieto H no fenola kļūt par methylol grupa, -CH ₂ OH; CH ₂ OH ₂ ⁺ skābā vidē, vai -CH ₂ O ^- bāziskā vidē.

Pieņemot, ka skābā vidē, -CH ₂ OH ₂ ⁺ zaudē ūdens molekulu, tajā pašā laikā, ka Elektrofilās lēkme no otrā fenola gredzena notiek. Metilēngrupa tilts, -CH ₂ - pēc tam tiek veidota (zilais attēlā).

Orto un para aizvietotāji

Metilēna tilts nesaista divus fenola gredzenus patvaļīgās pozīcijās. Ja tiek novērota struktūra, būs iespējams pārbaudīt, vai saites atrodas blakus un pretējās pozīcijās OH grupai; tās ir attiecīgi orto un para pozīcijas. Pēc tam šajās pozīcijās notiek aizstāšana vai uzbrukumi fenola gredzenam vai no tā.

Tīkla trīsdimensionalitāte

Atceroties ķīmiskās hibridizācijas, metilēna tiltu ogleklis ir sp ³ ; tāpēc tas ir tetraedrs, kas savas saites novieto ārpus tās pašas plaknes vai zem tās. Līdz ar to gredzeni neatrodas vienā plaknē, un to sejām ir atšķirīga orientācija telpā:

Bakelīta trīsdimensiju struktūras segments. Avots: Wikimedia Commons.

No otras puses, ja aizstāšana notiek tikai -orto pozīcijās, tiek iegūta polimēra ķēde. Bet, tā kā polimērs aug -para pozīcijās, tiek izveidots sava veida acs vai trīsdimensiju fenola gredzenu tīkls.

Atkarībā no procesa apstākļiem tīkls var izmantot "pietūkušu morfoloģiju", kas nav vēlams attiecībā uz plastmasas īpašībām. Jo kompakts tas ir, jo labāk tas darbosies kā materiāls.

Īpašības

Ņemot vērā bakelītu kā fenola gredzenu tīklu, ko savieno metilēna tilti, var saprast tā īpašību iemeslu. Galvenie ir minēti zemāk:

-Tas ir termoreaktīvs polimērs; tas ir, pēc sacietēšanas to nevar karstuma ietekmē veidot, pat kļūstot vēl lielākam.

-Tās vidējā molekulmasa parasti ir ļoti liela, kas padara bakelīta gabalus ievērojami smagākus nekā citas tāda paša izmēra plastmasas.

-Noberzējot un paaugstinoties temperatūrai, tas izdala raksturīgu formaldehīda smaku (organoleptisko pazīšanu).

-Pēc formēšanas un tā kā tā ir termoreaktīva plastmasa, tā saglabā savu formu un pretojas noteiktu šķīdinātāju, temperatūras paaugstināšanās un skrāpējumu korozīvajai iedarbībai.

-Tas ir briesmīgs siltuma un elektrības vadītājs.

-Izdala raksturīgu skaņu, kad tiek iesisti divi Bakelīta gabali, kas palīdz to kvalitatīvi identificēt.

-Jauni sintezēts, tam ir sveķaina konsistence un brūnā krāsā. Kad tas sacietē, tas iegūst dažādas brūnas nokrāsas, līdz kļūst melns. Atkarībā no tā, ar ko tas ir piepildīts (azbests, koks, papīrs utt.), Tas var saturēt krāsas, kas variē no baltas līdz dzeltenai, brūnai vai melnai.

Iegūšana

Lai iegūtu bakelītu, vispirms ir vajadzīgs reaktors, kurā sajauc fenolu (tīru vai no akmeņogļu darvas) un koncentrētu formaldehīda šķīdumu (37%), saglabājot fenola / formaldehīda molāro attiecību vienādu ar 1. Reakcija sākas polimerizācijas kondensācijas laikā (jo ūdens, maza molekula) tiek atbrīvots.

Pēc tam maisījumu silda ar maisot un klātbūtnē skābes (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ , uc) vai pamata (NH ₃ ) katalizators . Iegūst brūnus sveķus, kuriem pievieno vairāk formaldehīda, un tos zem spiediena karsē līdz aptuveni 150 ° C.

Vēlāk sveķus atdzesē un sacietē traukā vai veidnē, kam pievienots papildus pildījuma materiāls (jau minēts iepriekšējā sadaļā), kas labvēlīgi ietekmēs noteikta veida tekstūru un vēlamās krāsas.

Lietojumprogrammas

Plastmasas koka dēļi. Avots: VarunRajendran angļu Vikipēdijā

Bakelīts ir 20. gadsimta pirmās puses un vidus galvenā plastika. Telefoni, komandu kārbas, šaha figūras, transportlīdzekļu durvju rokturi, domino, biljarda bumbiņas; Jebkurš priekšmets, kas pastāvīgi pakļauts nelielai triecienam vai kustībai, ir izgatavots no Bakelīta.

Tā kā tas ir slikts siltuma un elektrības vadītājs, tas tika izmantots kā izolācijas plastmasa ķēdēs, kā komponents radioaparātu, spuldžu, lidmašīnu un visu pasaules karu laikā neaizstājamo ierīču elektrisko sistēmu sastāvdaļai.

Tās cietā konsistence bija pietiekami pievilcīga cirstu kastu un rotaslietu dizainam. Rotājumu ziņā, ja bakelīts tiek sajaukts ar koku, otrajam tiek piešķirta plastiska tekstūra, ar kuru ir izgatavoti dēļi vai kompozītmateriālu dēļi, lai pārklātu grīdas (augšējais attēls) un mājas telpas.

Atsauces

1. Neapoles Federiko II universitāte, Itālija. (sf). Fenola-formaldehīda sveķi. Atgūts no: whatischemistry.unina.it
2. Isa Marija. (2018. gada 5. aprīlis). Arheoloģija un plastmasas bakelīta vecums brodu izgāztuvē. Kale. Atgūts no: campusarch.msu.edu
3. Zinātņu koledžas ķīmiskās izglītības nodaļas grupas. (2004). Bakelīta sagatavošana. Purdue universitāte. Atgūts no: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelīta grupa 62. (sf). Uzbūve. Atgūts no: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019. gads). Bakelīts. Atgūts no: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (2016. gada 8. septembris). Leo Baekeland un bakelīts. Atgūts no: uh.edu
7. NYU Tandons. (2017. gada 5. decembris). Gaismas, fotoaparāts, bakelīts! Studentu lietu birojā notiek jautra un informatīva filmu nakts. Atgūts no: engineering.nyu.edu