ساختار پلی‌مرها - جلسه دوم
اهداف جلسه: -----------------------
وسایل مورد نیاز: قلم، کاغذ، منابع علمی، رایانه، اینترنت، نایلون یا یک اسباب بازی پلاستیکی فرسوده، یک منبع حرارتی مناسب (آون یا شعله با یک محفظه‌ی دربسته‌ی قابل حرارت دهی مثل ظرف شیشه‌ای یا فلزی دردار بزرگ)، زمان‌سنج
- دو ساعت برای جست و جوی در منابع
- یک جلسه‌ی ۱ ساعته برای انجام آزمایش‌ها
- ۱ ساعت برای ثبت داده‌ها
روند کار:
جست و جوی دانسته‌ها
همان‌طور که از جست‌وجوهای جلسه‌ی پیش دریافته‌اید، بسیاری از پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولكول‌های ساده آلی به نام منومر به دست می‌آیند.
برای مثال پلی‌اتیلن (PE) پلی‌مری است كه از تركیب متوالی (پلیمریزاسیون یا افزایش) چندین مولكول اتیلن به دست می‌آید. هر مولكول اتیلن یك منومر(تک‌پار) نامیده می‌شود.
درشرایط مناسبی از حرارت، فشار و كاتالیزور، پیوند دوگانه بین اتم‌های كربن شكسته شده و یك پیوند ساده‌ی كووالانسی جای‌گزین آن می‌شود.
اكنون دو انتهای آزاد این منومر به رادیكال‌های آزاد تبدیل می‌شود. به طوری كه هر اتم كربن یك تك الكترون دارد كه می تواند به را دیكال‌های آزاد دیگر افزوده شود. از این رو در اتیلن دو محل (مربوط به اتم كربن) وجود دارد كه مولكول‌های دیگر می‌توانند به آن بپیوندند. لاستیک، تفلون و نایلون از جمله پلیمرهای دیگری هستند که به وفور در زندگی انسان کاربرد دارند.
اگر بخواهیم ویژگی‌های پلی‌مرها به طور خلاصه مرور کنیم می‌توانیم از ویژگی‌های زیر نام ببریم. شما با جست‌وجو در منابع علمی می‌توانید مطالب و جزئیات بیش‌تری را بیابید که دید شما را نسبت به دنیای پلی‌مرها گسترده‌تر کند.
طول متوسط پلیمر به درجه پلیمریزاسیون یا همان تعداد واحدهای تكراری در زنجیر مولكول پلیمر بستگی دارد. بنابراین نسبت جرم مولكولی پلیمر به جرم مولكولی واحد تكراری به عنوان (درجه پلیمریزاسیون) تعریف شده است. با بزرگ‌تر شدن زنجیره‌ی مولكولی (در صورتی كه فقط نیروهای بین مولكولی سبب اتصال مولكول‌ها به یك‌دیگر شود) مقاومت حرارتی و استحكام كششی مواد پلی‌مری هر دو افزایش می یابند.
همان طور که می‌دانید مقاومت مواد و وسایل ساخت دست بشر در برابر حرارت از عوامل مهم انتخاب آن وسیله می‌باشد.برای مثال اگر شامپو‌ها و یا حتی آب معدنی را در بطری‌هایی بسته بندی کنند که در دمای 40 درجه سانتی‌گراد ذوب شوند، آیا می‌توان در فصول گرم سال آن‌ها را به مناطق جنوب ایران فرستاد؟ طبق تعاریف متداول مقاومت حرارتی پلی‌مرها برحسب زمان و دما تعریف می‌شود.
افزایش هر كدام از فاكتورهای ذكر شده موجب كاهش طول عمر پلیمر می‌گردد و اگر هر دو فاكتور افزایش یابند طول عمر به صورت لگاریتمی (با شدت بیش‌تر) كاهش می‌یابد. به طور كلی اگر یك پلیمر به عنوان پلیمر مقاوم حرارتی در نظر گرفته می شود، باید به مدت طولانی در ۲۵۰ درجه سانتی گراد، در زمان های متوسط در ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد و در كوتاه مدت در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد خواص فیزیكی خود را حفظ كند.
به طور دقیق‌تر یك پلیمر مقاوم به حرارت باید طی ۳۰۰۰ ساعت در حرارت ۱۷۷ درجه سانتی‌گراد، یا طی ۱۰۰۰ ساعت در ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد، یا طی ۱ ساعت در ۵۳۸ درجه سانتی‌گراد و یا طی ۵ دقیقه در ۸۱۶ درجه سانتی‌گراد، خواص فیزیكی خود را از دست ندهد. به نظر شما چگونه چنین چیزی ممکن است؟
منبع حرارتی (آون)
اجرا
راهنمایی:
برای اطمینان از درستی نتایج هر آزمایش را 3 بار تکرار نمایید.
تکلیف:
۱. نتایج آزمایش‌ها را در جدولی به شکل زیر گزارش کنید. آیا می‌توانید علت مقاومت حرارتی بالا واستحکام کششی مطلوب را در پلی‌مرها بیان نمایید؟
| نام شئ: مثال: قوطی آب معدنی | نوع یک | نوع دو |
| پلیمر تشکیل‌دهنده | پلی اتیلن | پلی اتیلن |
| ویژگی‌های ظاهری | ۲۵۰سی‌سی، شفاف، نازک، قابل انعطاف | ۲۵۰سی‌سی، شفاف، ضخیم، سفت |
| مقاومت در حرارت ثابت | ۶ دقیقه | ۸ دقیقه |
| مقاومت در حرارت ۲۵۰ | ||
| مقاومت در حرارت ۵۳۸ | ||
| مقاومت در حرارت ۸۱۶ |
۲. بیاندیشید آیا اندازه‌ی پلیمر می‌تواند در مقاومت حرارتی آن مۆثر باشد؟
شکل آن چطور؟
برای مثال شاید بتوان دو قوطی یکسان را در آزمایش یکسانی مورد آزمایش قرار داد. با تفاوت این که یکی از قوطی‌ها به تکه‌های کوچک‌تر خورد شده باشد.
۳. در باره‌ی علت مقاومت حرارتی پلی‌مرها، سایر عواملی که می‌توانند بر این مقاومت تأثیر بگذارند و آزمایش‌هایی که بتوان این عوامل تأثیرگذار را مورد سنجش قرار داد، جست‌وجو و اندیشه کنید و گزارش آن را در فصلی از مقاله‌ی نهایی‌تان تحت عنوان بحث و پیشنهادات بیاورید. اگر موفق به اجرای آزمایش‌های پیشنهادی‌تان شدید، ما را از روند، مشکلات احتمالی و نتایج آن آگاه کنید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: -----------------------
منابع مطالعه: ---------------------
بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان
تهیه: مریم یزدان پرست - تنظیم: یگانه داودی
ساخت پلییمر های ساده - جلسه اول
ساخت پلییمر های ساده - جلسه دوم
ساخت پلییمر های ساده - جلسه سوم
ساخت پلییمر های ساده - جلسه چهارم
