Тема 10. ІННОВАЦІЇ

матеріал 17

187. Полімери. Частина 1.

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №187. Полімери. Частина 1.

Очікувані результати навчання:

планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
пропонує варіанти організації роботи групи: розподілення обов’язків, налагодження комунікації для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 4.4.1]
створює і аналізує самостійно або у співпраці з іншими моделі об’єктів і явищ, які необхідно дослідити [12ПРО 1.4.1]
добирає самостійно або у співпраці з іншими форми подання інформації і її перетворення [12 ПРО 2.2.1]

Мета уроку:

Ознайомити учнів з поняттями “мономер” і “полімер”, пояснити механізм утворення полімерів.
Показати приклади використання полімерів у повсякденному житті, їхнє значення в побуті, техніці, медицині.
Сформувати уявлення про проблему забруднення полімерними відходами та шляхи їх переробки.
Сприяти формуванню екологічного мислення й усвідомленню особистої відповідальності за довкілля.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 9: Інновації та інфраструктура;
ЦСР 12: Відповідальне споживання.

Ключові слова: високомолекулярні сполуки, полімери, пластик, мономери, структура полімеру.

План уроку:

Полімери у повсякденному житті;
Полімери: будова, типи;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
Зшивання полімерних ланцюгів: виготовлення слайму;
Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Я розрізняю та пояснюю поняття “полімери” та “мономери”;
Я наводжу приклади синтетичних полімерів;
Я визначаю роль полімерів у житті людини;
Я пояснюю, як саме утворюються полімерні речовини;
Я усвідомлюю екологічні наслідки надмірного використання пластмас.

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 2 хвилин
Очікувані результати для вчителя:
Такі самі, як в учнів!
Тримайтеся, це лише на 45 хвилин!

1. Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 5 хвилин
Вчитель: “Подивіться навколо себе: з чого зроблені ваші ручки, обкладинки зошитів, пляшки з водою, корпуси ґаджетів? Усе це — полімери. Вони скрізь.
Вони легкі, міцні, гнучкі, яскраві. Чому їх стільки в нашому житті?
Сьогодні на уроці ми дізнаємося:

Що таке полімери і як вони утворюються;

Яку роль вони відіграють у техніці, побуті, медицині та навіть у їжі;

Чому полімери – виклик для довкілля.

Вчитель можна роздати учням роздаткову колекцію полімерів або продемонструвати речі, які виготовлені з полімерів.

Розгляньте інтер’єр сучасної кухні. Поміркуйте, які матеріали використали для створення всіх цих об’єктів?

Пульт від телевізора, пакувальна плівка, в якій перебувають харчові продукти, сміттєві пакети, покриття підлоги, вікна — все це полімери, без яких сьогодні важко й уявити реальність.

Перерахуйте речі у вашому класі, що виготовлені з полімерів.

Спробуйте пояснити, з яких полімерів виготовляють наступні речі:

2. Тобі може знадобитися:

Дружня порада вчителю

Тривалість до 10 хв.
Подивіться відео: “Полімери”
Або продемонструйте учням відповідну презентацію.
Вчитель може показати (якщо є) роздаткову колекцію полімерів та пластмас.
Можна показати пластикову тару, яка виготовлена з поліетилену, поліпропілену, полістиролу тощо.
Вчитель розповідає про властивості деяких з наявних полімерів.

Подивіться відео: “Полімери”

Відео

Полімери — це речовини, що складаються з великого числа структурних ланок, сполучених у довгі молекули хімічними зв’язками.

Молекулу полімеру можна порівняти з ланцюгом, де кожна його ланка — мономер.

Наприклад, в крохмалі та целюлозі, що є біополімерами, елементарними ланками є залишки молекул глюкози, а в поліетилені — це група атомів CH2-CH2.

Число структурних ланок у складі молекул полімерів може сягати кількох мільйонів, тому ці молекули дуже великі, їх іще називають макромолекулами. Відносна молекулярна маса полімерів також дуже велика і може сягати десятків мільйонів, тому полімери також називають високомолекулярними сполуками.
Хімічні формули полімерів записують, зазначаючи у квадратних дужках формулу елементарної ланки. За дужками символом n позначають середнє число елементарних ланок у макромолекулах, яке називають ступенем полімеризації.
Сполуку, від молекули якої походить елементарна ланка полімеру, називають мономером.
Мономер для поліетилену — етен СН2=СН2.

Реакція полімеризації — реакція утворення полімеру в результаті послідовного сполучення молекул мономера за рахунок розриву одного зі складників кратного зв’язку.
Під час реакції поліконденсації взаємодіють між собою характеристичні (функціональні) групи різних молекул мономера. Таких груп у кожній молекулі має бути принаймні дві.

Реакція поліконденсації — реакція утворення полімеру в результаті взаємодії характеристичних груп молекул мономера з виділенням води, амоніаку, хлороводню.

Під час реакції поліконденсації взаємодіють між собою характеристичні (функціональні) групи різних молекул мономера. Таких груп у кожній молекулі має бути принаймні дві.

Поліетилен — термопластичний полімер. Із нього виробляють водопровідні та каналізаційні труби, пакувальну плівку і плівку для теплиць, тару, предмети побуту, ємності для зберігання неорганічних кислот і лугів. Він також слугує тепло- й електроізоляційним матеріалом. Недолік поліетилену: не витримує нагрівання вище 60—100 °С.

Політетрафторетилен (-CF2-CF2-)n, або тефлон. Має високу хімічну стійкість, не руйнується навіть концентрованими кислотами, не розчиняється й не набрякає в жодному розчиннику. На відміну від поліетилену тефлон — негорючий полімер; він витримує досить високу температуру.

Полівінілхлорид. Тверда речовина, стійка до розчинів лугів, кислот, більшості органічних розчинників. При нагріванні вище 110 °С сполука розкладається з виділенням хлороводню.

Його використовують для виробництва штучної шкіри, лінолеуму, труб, волокон, тари, різних деталей. Із полівінілхлориду виготовляють чоботи, захисні рукавички, платівки, пластикові вікна.

3. Життєва ситуація:

Дружня порада вчителю

Тривалість до 10 хвилин.
УВАГА! Оберіть завдання, які подобаються учням!
Рекомендовано взяти завдання № 3 та № 4.

Завдання № 1.

Уявімо літак, що транспортує однакову кількість пляшок води, але тара виготовлена з різних матеріалів: метал, скло та пластик.
Наведіть переваги та недоліки використання пластикової тари відносно двох інших.

Відповідь:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дружня порада вчителю

Завдання № 1. Металева тара — важка, об’ємна, схильна до корозії. Це означає:

Вищі витрати пального через більшу масу.

Ризик окиснення або забруднення води.

Складне транспортування (шум, гучність, складність штабелювання).

Скляна тара — важка, крихка. Наслідки:

Часті пошкодження та втрати при транспортуванні.

Потреба в додатковому пакуванні для запобігання розбиттю.

Вага значно обмежує вантажопідйомність.

Пластикова тара (полімери) — легка, міцна, еластична. Вигоди:

Зменшує загальну вагу вантажу, отже — економія пального і коштів.

Можна транспортувати більше пляшок за один рейс.

Не б’ється, не іржавіє, легко штабелюється.

Можна перевозити хімічні речовини, які реагують зі склом та металами.

Полімери можуть бути переробленими, що знижує вплив на довкілля (за належної утилізації).

Завдання № 2.

Розгляньте маркування на пластикових виробах. Що воно означає? Заповніть таблицю.

Тип пластику	Вироби з пластику	Використання

Дружня порада вчителю

Завдання № 2. Для кращого занурення можна продемонструвати учням усілякі полімери: пластикові пляшки, поліетиленові пакети, зубну щітку, чулки, спортивний одяг з синтетичних тканин тощо.

4. Попрактикуймо самостійно:

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.
Коротко розкажіть про суть процесу утворення слайму:
“Хімічна суть утворення слайму — це не синтез нового полімеру, а структурне об’єднання вже наявних полімерних ланцюгів у гелеподібну сітку завдяки взаємодії з борат-іонами”.
“Коли ми додаємо тетраборат натрію (Na₂B₄O₇·10H₂O) або борну кислоту (H₃BO₃) до клею ПВА, відбувається реакція зшивання полімерних ланцюгів:

У водному розчині тетраборат натрію гідролізується, утворюючи іони B(OH)₄⁻.

Ці іони взаємодіють з гідроксильними групами (-OH), які є у складі полімерного ланцюга ПВА.

Виникає перехресне з’єднання ланцюгів — зшивання (англ. cross-linking), утворюється тривимірна сітка.

Така сітка з’єднаних полімерів уже не тече, як рідина, але ще не є твердою — вона має властивості неньютонівської речовини (веде себе і як тверде тіло, і як рідина залежно від дії)”.

Перед уроком обов’язково треба спробувати самому виготовити слайм.
Це допоможе вам краще орієнтуватися в пропорціях ключових компонентів.

Перед початком роботи:

Заздалегідь роздайте або підготуйте всі матеріали (клей, піна, борна кислота/тетраборат натрію, посуд).

Парти можна заздалегідь накрити спеціальними одноразовими полімерними скатертинами.

Перевірте наявність серветок, води, рукавичок, контейнерів для зберігання слаймів.

Учні часто «переборщують» борною кислотою чи тетраборатом — слайм стає твердим. Краще додавати цей компонент по краплям через піпетку. Наголосіть про це учням.

Попросіть не викидати залишки слайму в умивальник (він може засмітити труби).

Виготовлення слайму

Хімічна суть утворення слайму — це не синтез нового полімеру, а структурне об’єднання вже наявних полімерних ланцюгів у гелеподібну сітку завдяки взаємодії з борат-іонами.

ПВА + борат-іони → зшитий полімер (слайм)

Головними компонентами клею ПВА є полівінілацетат (основна речовина, вміст від 80%) та полівініловий спирт (емульгатор). Структура полівінілового спирту наступна:

Бура у воді утворює борат-іони B(OH)₄⁻.

Борат-іон може утворювати слабкі зв’язки з ОН-групами в полімерних ланцюгах, таким чином з’єднуючи ланцюги разом, як показано нижче. Це називається зшиванням:

Така сітка з’єднаних полімерів уже не тече, як рідина, але ще не є твердою — вона має властивості неньютонівської речовини (веде себе і як тверде тіло, і як рідина залежно від дії). Це і є слайм.

За покроковою інструкцією зробіть слайм:

1. Зробіть насичений розчин бури, додавши 1 г бури до 25 мл води.
Ретельно перемішайте, бура має повністю розчинитися.
УВАГА! Замість порошку бури можна використати гліцериновий розчин бури (тетраборату натрію), його не треба розводити водою.
Або можна скористатися розчином борної кислоти.

2. В одноразовий пластиковий стаканчик додайте 30 мл білого клею і 20 мл води.
Ретельно все перемішайте. Також можна додати трішки піни для гоління.
Замість піни можна використати рідке мило (пару крапель).

3. За бажанням додайте харчовий барвник і ретельно все перемішайте.

4. За допомогою піпетки додайте 1 мл розчину бури. Все ретельно перемішайте.
УВАГА! Якщо бури додати забагато, слайм буде твердим.

5. Розімніть слайм руками до тих пір, поки слайм не перестане бути липким.
Чим більше ви працюєте з ним руками, тим приємнішою буде його консистенція.

6. Надлишок розчину бури можна вилити в каналізацію, а стаканчики викинути у смітник.

Рефлексія:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хвилин
Вчитель: “Сьогодні ми з вами побачили, що полімери — це не просто “пластик”, а цілий світ матеріалів, без яких складно уявити сучасне життя.
Вони у наших телефонах, одязі, побуті, навіть у медицині.
Але водночас — це матеріали, що потребують відповідального використання.
Знання про полімери допомагають не тільки розуміти їхню користь, а й замислитися про екологічні наслідки. Важливо не лише створювати нові речі, а й дбати про їхню утилізацію та переробку”.
Вчитель уважно вислуховує думки учнів щодо проведеного заняття.

Що нового я дізнався/дізналася сьогодні?
(Наприклад: які є види полімерів, як вони утворюються, де застосовуються.)

Що мене здивувало або зацікавило найбільше?
(Можливо, слайм, біорозкладні пластики, чи приклади з транспортуванням.)

Яку користь мають полімери в моєму повсякденному житті?
(Подумай про одяг, упаковку, техніку, транспорт.)

Чому важливо відповідально ставитися до використання полімерів?
(Згадай про забруднення довкілля і переробку.)

Що я ще хочу дізнатися про полімери?
(Наприклад, як створюють біопластик, або як розкладаються полімери.)

У вільний від відпочинку час:

“Polymers: Crash Сourse Сhemistry”

Відео

“Uses of polymers“

Відео

“Everything We Know About Ocean Plastic Pollution So Far”

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №187. Полімери. Частина 1.

Очікувані результати навчання:

Мета уроку:

Ознайомити учнів з поняттями “мономер” і “полімер”, пояснити механізм утворення полімерів.
Показати приклади використання полімерів у повсякденному житті, їхнє значення в побуті, техніці, медицині.
Сформувати уявлення про проблему забруднення полімерними відходами та шляхи їх переробки.
Сприяти формуванню екологічного мислення й усвідомленню особистої відповідальності за довкілля.