ГДЗ по химии 10 класс Габриелян — страница 173 (учебник)

   Полимеры — это неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. От одежды, которую мы носим, и упаковки продуктов, которые мы покупаем, до электронных устройств, игрушек, мебели и бесчисленных предметов быта — полимеры окружают нас повсюду. Именно поэтому понимание их свойств, производства и воздействия на окружающую среду важно для каждого. Хотя большинство людей не задумываются о полимерной природе окружающих их вещей, роль этих материалов в современном мире трудно переоценить.
   Особое значение знания о полимерах имеют для экологов. Их задача — анализировать и минимизировать негативное воздействие человеческой деятельности на окружающую среду. Полимеры, особенно пластмассы, играют в этой проблематике ключевую роль. Широкое распространение пластмассовых изделий привело к глобальной проблеме загрязнения. Многие виды пластмасс практически не подвергаются биологическому разложению, накапливаясь на свалках, в почве, водоемах и даже в воздухе, в виде микропластика. Это не только портит эстетический вид окружающей среды, но и представляет серьезную угрозу для животных, которые могут запутаться в пластиковых отходах или проглотить их. Микропластик, попадая в пищевую цепь, может накапливаться в организмах живых существ, включая человека, и потенциально вызывать различные заболевания.
   В связи с этим, активно ведутся исследования, направленные на создание биоразлагаемых пластмасс. Ученые ищут новые материалы и технологии, которые позволят пластику разлагаться в естественной среде под воздействием микроорганизмов, не образуя при этом вредных веществ. Одним из перспективных направлений является разработка биополимеров на основе возобновляемого сырья, такого как крахмал, целлюлоза или молочная кислота.
   Разработка новых, экологически чистых технологий переработки пластмасс и создание биоразлагаемых аналогов — это одна из важнейших задач современной науки и техники. Кроме того, важно учитывать влияние производства, утилизации и даже эксплуатации полимеров на здоровье человека. Необходимо разрабатывать более безопасные и экологичные технологии производства продукции на основе полимерных материалов. Также важно информировать население о правилах обращения с пластиковыми изделиями и важности их переработки. Повышение общественной осведомленности и ответственное потребление — ключевые факторы в решении проблемы пластикового загрязнения. Только комплексный подход, объединяющий усилия ученых, производителей, правительств и обычных граждан, позволит нам справиться с вызовами, связанными с использованием полимеров, и сохранить нашу планету для будущих поколений.

   В конце XIX–начале XX веков мир охватила настоящая «каучуковая лихорадка». Стремительное развитие промышленности, особенно автомобильной, требовало все больших объемов каучука, основным источником которого служил сок гевеи, произраставшей в экваториальном поясе. Страны, расположенные вдали от этого «каучукового пояса», оказались в сильной зависимости от импорта, что подстегнуло научные исследования в области получения синтетического каучука. Это была не просто научная задача, а вопрос экономической и политической безопасности.
   Первые шаги в этом направлении были сделаны еще в 1879 году французским химиком Гюставом Бушарда, который получил каучукоподобное вещество, воздействуя соляной кислотой на изопрен (2-метилбутадиен-1,3). Это стало важным открытием, показавшим принципиальную возможность синтеза каучука. В 1901 году российский химик Иван Кондаков, работавший в Юрьеве (ныне Тарту, Эстония), продвинулся еще дальше, синтезировав эластичный полимер из диметилбутадиена. Этот успех привел к тому, что в Германии в 1916 году на основе разработок Кондакова были выпущены первые промышленные партии синтетического каучука — диметилкаучука. Объем производства составил около 3000 тонн. Этот каучук использовался, в частности, для изготовления аккумуляторных коробок для подводных лодок — стратегически важного продукта в условиях Первой мировой войны. Несмотря на это достижение, диметилкаучук обладал рядом недостатков, в частности, высокой стоимостью производства и нестабильностью свойств, поэтому его широкого распространения не произошло, и производство было вскоре прекращено.
   Несмотря на первоначальные неудачи, поиски продолжались. Ключевую роль в развитии синтетического каучука сыграл выдающийся русский ученый Сергей Васильевич Лебедев. Значительную часть своей научной деятельности он посвятил проблеме полимеризации диенов. Еще в 1910 году Лебедев впервые получил синтетический бутадиеновый каучук, опередив зарубежных ученых. Его магистерская работа, посвященная исследованию кинетики полимеризации дивинила (бутадиена-1,3) и его производных, была удостоена премии Российской Академии наук в 1914 году.
   В 1926 году правительство СССР объявило конкурс на разработку промышленного метода получения синтетического каучука, осознавая стратегическую важность этого материала. Лебедев, вместе со своей командой, принял этот вызов. В 1928 году он разработал метод получения бутадиенового каучука из этилового спирта, используя в качестве катализатора металлический натрий. Этот метод оказался экономически выгодным и технологически простым, что позволило организовать крупномасштабное производство. В качестве сырья использовался этиловый спирт, получаемый из картофеля или зерна, что делало СССР независимым от импорта каучука.
   Первый завод по производству синтетического каучука по методу Лебедева был запущен в 1931 году в Ярославле. Это стало настоящим прорывом, обеспечившим Советскому Союзу независимость в производстве стратегически важного материала. В 1932 году Лебедев за свои выдающиеся достижения был награжден орденом Ленина.
   Метод Лебедева сыграл огромную роль в индустриализации СССР и обеспечении обороноспособности страны, особенно в преддверии Второй мировой войны. В последующие годы метод постоянно совершенствовался, разрабатывались новые катализаторы и модификации процесса. Вклад Лебедева в развитие химии полимеров трудно переоценить. Его работы стали основой для создания множества синтетических материалов, которые широко используются и в наши дни. Сегодня производство синтетического каучука базируется на более современных технологиях, однако работы Лебедева заложили фундамент для развития этой отрасли и позволили сделать синтетический каучук доступным материалом. Развитие этой области продолжается, и ученые постоянно ищут новые способы получения синтетического каучука с улучшенными свойствами, используя новые катализаторы и методы полимеризации. Также ведутся исследования по использованию возобновляемых источников сырья для производства синтетического каучука, что позволит сделать этот процесс более экологичным.

   Пластмассы, или полимерные материалы, представляют собой обширный класс веществ, созданных на основе природных (например, целлюлоза, каучук) или синтетических полимеров. Ключевое свойство пластмасс — способность изменять форму под воздействием тепла и давления, а затем сохранять её, что делает их незаменимыми в производстве разнообразных изделий сложной конфигурации. Именно это свойство, в сочетании с другими ценными характеристиками, позволяет пластмассам успешно конкурировать с традиционными материалами, такими как металлы, дерево, бетон и керамика.
   Перспективность применения пластмасс обусловлена рядом преимуществ. Во-первых, они обладают значительно меньшей плотностью по сравнению с металлами, что приводит к снижению веса готовых изделий. Например, плотность большинства пластмасс находится в диапазоне 1,0–1,8 г / см³, тогда как плотность стали составляет около 7,8 г / см³. Это особенно важно в транспортной промышленности, где снижение массы означает уменьшение расхода топлива и повышение эффективности.
   Во-вторых, многие пластмассы демонстрируют отличные диэлектрические свойства, являясь прекрасными изоляторами электрического тока. Это нашло широкое применение в электротехнике и электронике, где пластмассы используются для изоляции проводов, кабелей, корпусов приборов и других компонентов.
   Теплоизоляционные свойства пластмасс также заслуживают внимания. Низкая теплопроводность позволяет применять их в качестве теплоизоляционных материалов в строительстве, холодильной технике и других отраслях. Кроме того, многие пластмассы устойчивы к воздействию атмосферных явлений, таких как дождь, снег, солнечное излучение и перепады температур. Эта устойчивость обеспечивает долговечность изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе.
   Химическая стойкость — ещё одно важное достоинство. Существуют пластмассы, превосходящие по коррозионной стойкости даже благородные металлы, такие как золото и платина. Это делает их незаменимыми в химической промышленности, где они используются для хранения и транспортировки агрессивных веществ. Пластмассы также демонстрируют высокую механическую прочность, выдерживая значительные нагрузки, что позволяет использовать их в конструкциях, испытывающих высокие механические напряжения.
   Технологические преимущества пластмасс заключаются в простоте и экономичности их переработки. Изготовление пластмассовых изделий, как правило, требует меньших энергозатрат и менее трудоемко по сравнению с обработкой металлов. Это объясняется возможностью использования различных методов формования, таких как литье под давлением, экструзия, термоформование и другие, которые позволяют получать изделия сложной формы с высокой точностью. Высокая эластичность некоторых типов пластмасс позволяет создавать гибкие и упругие изделия, а оптическая прозрачность — прозрачные детали для оптики и освещения.
   Многообразие цветовых решений — ещё одно преимущество. Пластмассы могут быть окрашены в различные цвета, что расширяет возможности их дизайнерского применения. Это позволяет создавать изделия с привлекательным внешним видом без необходимости использования дополнительных покрытий.
   В заключение, пластмассы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. В машиностроении они используются для изготовления корпусных деталей, подшипников скольжения, зубчатых колёс, резервуаров, кабельной продукции и многих других компонентов. В строительстве пластмассы применяются в качестве труб, оконных рам, теплоизоляционных материалов и облицовки. В электротехнике — для изоляции проводов и кабелей, корпусов электронных приборов и других деталей. В медицине — для создания имплантатов, протезов и одноразовых медицинских инструментов. В пищевой промышленности — для упаковки продуктов питания. Список применений пластмасс постоянно расширяется, благодаря разработке новых полимеров с улучшенными свойствами и новым технологиям их переработки.

   Полимеры прочно вошли в медицинскую практику, революционизировав множество областей. Их широкое применение обусловлено уникальным сочетанием свойств: биосовместимостью (способностью не вызывать отторжения организмом), механической прочностью, гибкостью, легкостью обработки и относительно низкой стоимостью по сравнению с другими материалами. Замена поврежденных тканей и органов — одна из ключевых сфер применения. Так, полимерные материалы используются для создания заменителей крови, искусственных кровеносных сосудов — от мелких капилляров до крупных артерий, сердечных клапанов, искусственных почек (гемодиализаторов), а также различных имплантатов для ортопедии и травматологии.
   В ортопедии полимеры незаменимы при создании эндопротезов — искусственных суставов (тазобедренных, коленных, плечевых и др.). Эти эндопротезы, изготовленные из высокопрочных полимерных композитов, например, на основе ультравысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE) и различных металлических сплавов, позволяют восстановить подвижность суставов и улучшить качество жизни пациентов после травм или заболеваний. Кроме того, полимеры используются для изготовления фиксаторов переломов, пластин, винтов, штифтов и других имплантатов, обеспечивающих стабильность костных фрагментов во время процесса заживления. При переломах черепа, ребер и других костей применяются полимерные материалы, обеспечивающие легкую, но надежную фиксацию. Разрабатываются биорезорбируемые полимеры, которые со временем полностью рассасываются в организме, исключая необходимость повторной операции по удалению имплантата.
   Стоматология также широко использует полимеры для изготовления зубных протезов (как полных, так и частичных), коронок, пломб, ортодонтических аппаратов. Разнообразие полимерных материалов позволяет создавать протезы, максимально приближенные по цвету и текстуре к натуральным зубам, обеспечивая эстетичный и функциональный результат. Полимерные композиты с наполнителями обладают высокой прочностью и износостойкостью, устойчивостью к воздействию агрессивных компонентов слюны.
   В офтальмологии применяются полимерные материалы для изготовления искусственных хрусталиков (внутриглазных линз), роговиц и других имплантатов. Гидрогелевые полимеры, обладающие высокой водопроницаемостью, обеспечивают необходимую гидратацию тканей глаза и предотвращают развитие осложнений после операции. Производятся также глазные протезы из полимеров, близких по свойствам к тканям глаза, с высокой степенью имитации.
   Полимеры используются для производства медицинских инструментов и оборудования: катетеров, шприцев, игл, хирургических инструментов, прозрачных трубок для переливания крови (например, из ПВХ), контейнеров для хранения биологических материалов и лекарственных препаратов. Полимерные пленки применяются в качестве перевязочных материалов, обеспечивая стерильность раны и защиту от внешних воздействий. Существуют специальные полимерные повязки, которые способствуют заживлению ран, выделяя активные вещества или создавая оптимальную влажную среду.
   Более того, современные исследования фокусируются на создании «умных» полимеров, обладающих дополнительными функциональными свойствами. Например, полимеры с антимикробными свойствами могут предотвращать инфекционные осложнения после операций. Полимеры с контролируемым высвобождением лекарственных веществ позволяют доставлять препараты непосредственно к пораженным тканям, повышая эффективность терапии и снижая побочные эффекты. Разрабатываются биоактивные полимеры, стимулирующие регенерацию тканей и ускоряющие процессы заживления. Важно отметить, что исследование свойств полимеров, особенно на границе раздела фаз (поверхностные явления), играет критическую роль в создании безопасных и эффективных медицинских изделий. Поверхностная модификация полимеров позволяет улучшить их биосовместимость, адгезию к тканям, прочность и долговечность имплантатов. Это сложная и многогранная задача, требующая глубокого понимания физико-химических процессов, происходящих на поверхности полимерных материалов. Поэтому, создание специализированных научно-исследовательских институтов, таких как Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинских полимеров (его аналог существует и в современной России), и специализированных научных советов, подобных Научному совету по проблеме «Полимеры в эндопротезировании и физиологически активные полимеры», является необходимым условием для развития этой важной области. Изучение и совершенствование технологий производства полимерных клеев также является актуальной задачей, поскольку качество склеивания имеет решающее значение для надежности и долговечности многих медицинских изделий. В настоящее время проводятся исследования по созданию биологически разлагаемых клеев, способствующих срастанию тканей и ускорению процессов регенерации. Все эти направления исследований способствуют постоянному улучшению медицинских изделий на основе полимеров и расширению их применения в клинической практике.