九年級(jí)化學(xué)有機(jī)合成材料知識(shí)精講
一、有機(jī)化合物
化合物主要有兩大類：無機(jī)化合物和有機(jī)化合物。有機(jī)化合物都含有碳元素，像甲烷（CH4）、乙醇（C2H5OH）和葡萄糖（C6H12O6）等。不含碳元素的化合物，都屬于無機(jī)化合物，少數(shù)含碳元素的化合物，如一氧化碳、二氧化碳和碳酸鈣等具有無機(jī)化合物的特點(diǎn)，因此，也把它們看做無機(jī)化合物。
有機(jī)物除含有碳元素外，還可能含有氫、氧、氯、氮和磷等元素，在有機(jī)物中，碳原子不但可以和氫、氧、氮等原子直接結(jié)合，而且碳原子之間還可以互相連接起來，形成碳鏈或碳環(huán)。由于原子的排列方式不同，所表現(xiàn)出來的性質(zhì)也就不同，因此，有機(jī)物的數(shù)目異常龐大。
有些有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量比較小，如乙醇、葡萄糖等。通常稱它們?yōu)樾》肿印Ｓ行┯袡C(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量比較大，從幾萬到幾十萬，甚至高達(dá)幾百萬或更高，如淀粉、蛋白質(zhì)等。通常稱它們?yōu)橛袡C(jī)高分子化合物，簡稱有機(jī)高分子。
二、有機(jī)合成材料
用有機(jī)高分子化合物制成的材料就是有機(jī)高分子材料。棉花、羊毛和天然橡膠等都屬于天然有機(jī)高分子材料，而日常生活中用得最多的塑料、合成纖維和合成橡膠等則屬于合成有機(jī)高分子材料，簡稱合成材料。
（一）塑料
我們一般稱為“塑料”的物質(zhì)是一個(gè)包括很多材料的大家族，全部由合成樹脂組成，這就是聚合物，例如聚乙烯（PE）就是由成千上萬個(gè)乙烯分子聚合而成的高分子化合物。
當(dāng)小分子連接構(gòu)成高分子時(shí)，有的形成很長的鏈狀，有的由鏈狀結(jié)成網(wǎng)狀，鏈狀結(jié)構(gòu)的高分子材料加熱時(shí)熔化，冷卻后變成固體，再加熱又可熔化，因而具有熱塑性，可以反復(fù)加工，多次使用，如聚乙烯塑料（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（即聚酯PET）。
有些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子（如酚醛塑料）一經(jīng)加工成型就不會(huì)受熱熔化，因而具有熱固性。
塑料目前尚無確切的分類，一般分類如下：
1．按塑料的物理化學(xué)性能分
熱塑性塑料：在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料。如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。
熱固性塑料：因受熱或其他條件能固化成不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。
2．按塑料用途分
通用塑料：一般指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)廉的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
工程塑料：一般指能承受一定的外力作用，并有良好的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程構(gòu)件的塑料。如ABS、尼龍、聚砜等。
特種塑料：一般指具有特種功能（如耐熱、自潤滑等），應(yīng)用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有機(jī)硅等。
塑料具有優(yōu)良的化學(xué)性能。一般塑料對(duì)酸堿等化學(xué)藥品均有良好的耐腐蝕能力，特別是聚四氟乙烯的耐化學(xué)腐蝕性能比黃金還要好，甚至能耐“王水”等強(qiáng)腐蝕性電解質(zhì)的腐蝕，被稱為“塑料王”。
另外還具有良好的透光及防護(hù)性能。多數(shù)塑料都可以作為透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯類塑料像玻璃一樣透明。有機(jī)玻璃化學(xué)名稱為聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能，大量用作農(nóng)用薄膜。塑料具有多種防護(hù)性能，因此常用作防護(hù)保裝用品，如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。
塑料已被廣泛用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑、包裝、國防尖端工業(yè)以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域。
農(nóng)業(yè)方面：大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、魚網(wǎng)、養(yǎng)殖浮漂等。
工業(yè)方面：電氣和電子工業(yè)廣泛使用塑料制作絕緣材料和封裝材料；在機(jī)械工業(yè)中用塑料制成傳動(dòng)齒輪、軸承、軸瓦及許多零部件代替金屬制品；在化學(xué)工業(yè)中用塑料作管道、各種容器及其他防腐材料；在建筑工業(yè)中作門窗、樓梯扶手、地板磚、天花板、隔熱隔音板、壁紙、排水管件、裝飾板和衛(wèi)生潔具等。
（二）多種多樣的橡膠

在50年前，“橡膠”一詞是專指生橡膠的，也就是從熱帶植物巴西三葉膠的膠乳提煉出來的。然而在今天，世界半數(shù)以上的橡膠是指合成橡膠。
合成橡膠的種類很多，比如：制造輪胎使用的丁苯橡膠（苯乙烯和丁二烯的共聚物）或乙丙烯橡膠（ERP）；用于汽車配件的有氯丁橡膠及另一種具有天然橡膠各種性能的異戊橡膠。
一只輪胎并不是只由一種橡膠做成的。輪胎的底面用非常耐磨的丁苯橡膠。丁苯橡膠也用在輪胎的側(cè)面提高彎道的耐磨性。與空氣接觸的內(nèi)胎用丁基橡膠，它有很好的絕緣性，尤其是有高不透氣性。
在輪胎密封方面合成纖維也起著重要作用。為防止輪胎變形，用聚酯制的纖維逆旋轉(zhuǎn)方向繞在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)部。聚酯制的纖維也可與極結(jié)實(shí)的聚酰胺纖維（最著名的叫凱芙拉）以及鋼纖維一起編織，以增加輪胎的強(qiáng)度和輪胎對(duì)路面的耐磨性。
輪胎生產(chǎn)中還有另一種不可缺少的增強(qiáng)劑是炭黑。這是一種極細(xì)的碳粉末，它可以增加橡膠的抗拉、抗切割和抗磨損的強(qiáng)度。
（三）復(fù)合人造纖維

復(fù)合纖維是由兩種聚合物“粘”成單絲的化纖。由于兩種聚合物的成分、力學(xué)機(jī)械性能不同，如收縮率不同，所以產(chǎn)生強(qiáng)烈收縮，形成天然永久的卷曲狀。復(fù)合纖維具有“揚(yáng)長避短”的特點(diǎn)，例如滌綸和錦綸是合成纖維的兩大品種，各有優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)：滌綸纖維的保形性好，剛性強(qiáng)，做成的服裝挺括，可惜不易染色；錦綸纖維染色性好，但彈性差，易起皺。如果用錦綸作皮層、滌綸作芯層，復(fù)合為錦—滌纖維，就能使兩者的缺點(diǎn)退而避之，而使兩者的優(yōu)點(diǎn)兼而有之。
（四）裝扮世界的化纖
走進(jìn)百貨商店，最吸引人的莫過于布料和服裝柜臺(tái)。那些花花綠綠、五顏六色的布匹和服裝使人流連忘返。這里很大一份功勞要?dú)w于當(dāng)今的化學(xué)纖維。人造化學(xué)纖維把世界裝扮得更加豐富多彩了。

人們應(yīng)記得，就在幾十年以前，人類服裝幾乎全部來自天然纖維棉花（當(dāng)然還有絲綢）。棉花的生產(chǎn)要占用大片耕地，其產(chǎn)量還要受到氣候、肥料、蟲害等諸多因素的影響，而且棉布的結(jié)實(shí)度、挺括度也遠(yuǎn)不及化纖布料。
隨著生活水平的提高和人口的不斷增長，傳統(tǒng)的棉、麻、絲、毛料，無論品質(zhì)或數(shù)量，都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的需要。20世紀(jì)中葉，科學(xué)家和工程技術(shù)人員通過研究發(fā)現(xiàn)，利用石油等天然礦物及其他化學(xué)物質(zhì)可以合成人造高分子纖維材料。此后，各種各樣的化學(xué)纖維如雨后春筍般地不斷涌現(xiàn)。目前，化學(xué)纖維主要有六大類：滌綸（的確良）、錦綸（尼龍）、腈綸（人造羊毛）、丙綸、維綸（維尼綸）和膠粘纖維。除了大家熟知的衣料化纖之外，科技人員還發(fā)明了許多新型纖維。
（五）碳纖維
在復(fù)合材料大家族中，纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹脂復(fù)合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進(jìn)，使復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。
碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。
碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材料，如：碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。在強(qiáng)度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。
三、合成材料的應(yīng)用與發(fā)展對(duì)人類環(huán)境的影響
合成材料的應(yīng)用與發(fā)展，大大方便了人類的生活，但是，合成材料廢棄物的急劇增加也帶來了環(huán)境問題。廢棄塑料帶來的“白色污染”尤為嚴(yán)重，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)塑料在自然界中很難降解，長期堆積會(huì)破壞土壤，污染地下水，危害海洋生物的生存；而且如果焚燒含氯塑料會(huì)產(chǎn)生有毒的含氯化合物，從而對(duì)空氣造成污染。
為了保護(hù)人類的生存環(huán)境，人們開始著手利用廢棄塑料，使它成為有用的資源：
（1）直接用作材料。如回收聚乙烯塑料并制成再生薄膜，用作包裝袋；
（2）熱解成單體。如有機(jī)玻璃熱解得到單體，再重新聚合為成品；又如，聚苯乙烯包裝材料和一次性飯盒用BaO處理，使其在高溫下分解成單體，然后再制成樹脂；
（3）制成燃油和燃?xì)狻２荒芑螂y以分解的塑料可在催化劑存在下，熱解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解為氣態(tài)烴和氫氣作燃料。
科學(xué)家展望，21世紀(jì)的高分子化學(xué)，除了要研究和生產(chǎn)出新的功能高分子和生物醫(yī)用高分子外，還要制造出對(duì)環(huán)境友好的高分子，包括在環(huán)境中可降解的塑料。例如，以乙烯和CO為原料制成聚乙烯光降解塑料；以纖維素和淀粉為原料制成微生物降解塑料等。
可以確信，人類既然能夠創(chuàng)造出性能各異的塑料，也一定能解決廢棄塑料所帶來的環(huán)境問題。
※問題全解
1．什么是“白色污染”？
白色污染是指由廢棄塑料引起的環(huán)境污染。由于塑料產(chǎn)量大、成本低、易生產(chǎn)，大量的商品包裝袋、液體容器及農(nóng)膜，人們已經(jīng)不再反復(fù)使用，而是用過即作為垃圾丟棄的一次性消費(fèi)品。塑料制品在動(dòng)物體內(nèi)無法被消化和分解，牲口誤食后能引起胃部不適、行動(dòng)異常、生育繁殖能力下降，甚至死亡；廢農(nóng)膜殘留在農(nóng)田中，影響土壤透氣性，阻礙水分流動(dòng)和作物根系發(fā)育，纏繞農(nóng)機(jī)具，惡化田間作業(yè)，長此以往使土壤劣化；廢棄塑料對(duì)水面特別是海洋的污染已經(jīng)成為國際性問題，它們影響漁業(yè)，惡化水質(zhì)，還會(huì)纏住船只的螺旋槳，損壞船身和機(jī)器，給航運(yùn)業(yè)造成重大損失。水中垃圾塑料占55%，其清除費(fèi)用為陸地的10倍，1995年香港為打撈4765噸海上垃圾，耗資1200萬港元。
為了防止白色污染，許多國家在大力推進(jìn)3R運(yùn)動(dòng)，即要求減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）；還在研究新型的可降解塑料以及各種利用回收廢塑料使之資源化的新途徑。
2．什么是生物降解塑料？
生物降解塑料是指在自然環(huán)境中通過微生物的生命活動(dòng)能很快降解的高分子材料。按照其降解特性可分為完全生物降解塑料和生物破壞性塑料。按照其來源則可以分為天然高分子材料、微生物合成材料、化學(xué)合成材料、摻混型材料等。
天然高分子型是利用淀粉、纖維素、甲殼質(zhì)、蛋白質(zhì)等天然高分子材料可制備生物降解材料。這類物質(zhì)來源豐富，可完全生物降解，而且產(chǎn)物安全無毒性，因而日益受到重視。
兼具光、生物雙降解功能的光—生物降解塑料是目前國內(nèi)外的主要開發(fā)方向之一。其制備方法是采用在通用高分子材料（如PE）中添加光敏劑、自動(dòng)氧化劑、抗氧劑和作為微生物培養(yǎng)基的生物降解助劑等的添加型技術(shù)途徑。光—生物降解塑料可分為淀粉型和非淀粉型兩種類型，目前采用淀粉作為生物降解助劑的技術(shù)比較普遍。
3．高分子分離膜技術(shù)有哪些應(yīng)用？
（1）用于超純飲用水的制取和海水脫鹽
制造類似于半滲透膜的高分子分離膜，用于普通水的過濾，制取超純飲用水，用于海水脫鹽，制取淡水，此類分離膜產(chǎn)品制作工藝簡單，成本低，此技術(shù)已在美國得到廣泛應(yīng)用。
（2）用于有機(jī)氣體的回收
針對(duì)一些高分子材料對(duì)有機(jī)氣體有特殊的選擇性、過濾性，有機(jī)氣體在此類高分子材料中穿透性快的特點(diǎn)，將分離膜用于有機(jī)氣體的回收，如回收在塑料合成中的單分子氣體，回收工業(yè)排放氣中的有機(jī)物質(zhì)，既使能源再利用，又凈化了空氣，美國及西方國家生產(chǎn)出的此類高分子分離膜已廣泛應(yīng)用于化工工業(yè)及環(huán)境治理。
（3）用于氫氣的分離
另類高分子分離膜對(duì)氫氣具有選擇性，可有效地用于合成氣體（H2/CO）的調(diào)解，冶煉金屬中氫氣的回收以及液態(tài)氨合成中的氫氣回收，此類技術(shù)在美國已得到廣泛應(yīng)用。
（4）用于天然氣凈化
天然氣中所含的CO2，H2O和H2S是造成天然氣質(zhì)量低，輸送管道易被腐蝕的主要原因，高分子分離膜能有效地除去此類有害物質(zhì)，提高天然氣質(zhì)量，延長管道使用壽命。
（5）用于氮?dú)夂脱鯕獾闹迫?
以空氣作原料，高分子分離膜可分離出含量為99%的氮?dú)猓繛?0%以上的氧氣。
新一代的高分子分離膜產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)將更加精湛，用途將涉及到血液的凈化，人造肝膽一類的生物工程領(lǐng)域，前景更加可觀。
【學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)】
本課題所學(xué)內(nèi)容都是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷奈镔|(zhì)，作為常識(shí)性介紹的內(nèi)容，只要求對(duì)這些材料有個(gè)總體認(rèn)識(shí)；結(jié)合實(shí)際，了解有機(jī)合成材料的開發(fā)和利用。
〔例1〕科技文獻(xiàn)中經(jīng)常出現(xiàn)下列詞匯，其中與相關(guān)物質(zhì)的顏色并無聯(lián)系的是（ ）
A．赤色海潮 B．綠色食品 C．白色污染 D．棕色煙氣
解：赤色海潮是海潮中存在著大量藻類物質(zhì)，形成暗紅色的色帶；綠色食品是指生產(chǎn)食品所用的原料在生產(chǎn)過程中不使用農(nóng)藥、化肥，并且是在環(huán)境污染程度小的地域生產(chǎn)的；白色污染是指廢棄的塑料制品的污染，常見的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，產(chǎn)品通常呈白色或無色；棕色煙氣是指煉鋼廠的廢氣，其中含有Fe2O3和CO，因Fe2O3是紅色而使廢氣呈棕色。
答案：選B
點(diǎn)撥：本題主要考查以上詞匯的內(nèi)涵及相關(guān)的化學(xué)知識(shí)，提高對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)。
〔例2〕有一塊布料，請(qǐng)你鑒別是羊毛織物還是化纖織物。
答案：從布料的毛邊抽一根絲，用火點(diǎn)燃，如聞到有燒焦羽毛的氣味，燃燒后的剩余物可以用手指擠壓成粉末狀，則為羊毛織物。如無焦糊味，且燃燒后的剩余物用手指擠壓不成粉末狀的，則為化纖制品。
點(diǎn)撥：區(qū)分羊毛和化纖的方法有多種，比如光澤度、手感等。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不豐富的我們來說，用燃燒的方法要穩(wěn)妥一些。羊毛接近火焰時(shí)先卷縮，燃燒時(shí)有燒毛發(fā)的焦糊味，燃燒后灰燼較多，為帶有光澤的硬塊，用手指一壓就變成粉末。而化學(xué)纖維如錦綸接近火焰時(shí)迅速卷縮，燃燒比較緩慢，有芹菜氣味，趁熱可以拉成絲，灰燼為灰褐色玻璃球狀，不易破碎。
【知識(shí)拓展】
塑料將在電子領(lǐng)域替代硅
德國科學(xué)家最近說，隨著塑料在發(fā)光導(dǎo)電性能方面的研究不斷取得進(jìn)步，塑料在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍將越來越廣，并日益替代硅。
硅是重要的半導(dǎo)體材料，目前在電子產(chǎn)品領(lǐng)域扮演著幾乎不可替代的角色，但是成本較高。塑料通常是由高分子化合物聚合而成，其溶液一般具有較大的粘滯性。隨著高分子聚合物也具有自發(fā)光以及導(dǎo)電特性的發(fā)現(xiàn)，從上個(gè)世紀(jì)80年代開始人們就逐漸對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究。
來自烏爾姆大學(xué)的化學(xué)家彼得?博伊爾勒介紹說，目前對(duì)高分子聚合物特性研究的進(jìn)展已經(jīng)幫助人們制造出很多以前通常只用硅材料制作的電子元器件。如目前用高分子聚合物制成的發(fā)光二極管，已經(jīng)應(yīng)用在許多手機(jī)單色顯示屏以及其他一些顯示設(shè)備上。由于這些材料具有自發(fā)光的特性，因此制成的新型屏幕比傳統(tǒng)的電腦和電視的屏幕要亮100倍，所顯示的圖片和文字可以從任意角度觀看，而現(xiàn)在的液晶顯示器則對(duì)人的視角限制很大。
此外，在一些應(yīng)用廣泛的電子設(shè)備制造領(lǐng)域，如各種帶有微芯片的卡片以及條形碼讀取設(shè)備等，高分子聚合物也逐漸開始替代硅材料。博伊爾勒說：“塑料芯片比硅芯片更加便宜，并且由于其具有可溶解的特性而更易于加工處理。此外，它們也可以作為電路和電子元器件的制造材料。”
科學(xué)家認(rèn)為，未來幾年高分子聚合物的研究還將會(huì)出現(xiàn)重大突破。如近幾年才開始研究的高分子聚合物太陽能電池，目前已經(jīng)取得一定進(jìn)展，它將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率達(dá)到了3%左右。一旦研究取得突破，其廉價(jià)的成本必將有廣泛的應(yīng)用前景。而且，目前的制造工藝已經(jīng)可以將導(dǎo)電塑料做得非常薄，并且具有可以彎曲等其他特性。博伊爾勒據(jù)此認(rèn)為，將其應(yīng)用在目前的電腦制造上，將有望進(jìn)一步縮小電腦的體積并提高其運(yùn)行速度。
【問題點(diǎn)撥】
1．指導(dǎo)建議：有機(jī)化合物雖然也是由幾種簡單的元素構(gòu)成，但與無機(jī)化合物在性質(zhì)上有著很大的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）溶解性：有機(jī)化合物多數(shù)不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，如油脂溶于汽油，煤油溶于苯；而多數(shù)無機(jī)物溶于水，而不溶于有機(jī)溶劑，如食鹽、明礬溶于水。
（2）耐熱性：有機(jī)化合物多數(shù)不耐熱，熔點(diǎn)較低（400℃以下）。如淀粉、蔗糖、蛋白質(zhì)、脂肪受熱易分解，C20H42熔點(diǎn)為36.4℃，尿素熔點(diǎn)只有132℃；而多數(shù)無機(jī)物能夠耐熱，熔點(diǎn)一般較高。如食鹽、明礬、氧化銅加熱難以熔化，如NaCl熔點(diǎn)達(dá)801℃。
（3）可燃性：有機(jī)化合物多數(shù)可以燃燒，如天然氣、棉花、汽油等都可以燃燒。
（4）電離性：多數(shù)有機(jī)化合物很難電離，例如酒精、乙醚、苯等不能電離也不能導(dǎo)電。
2．指導(dǎo)建議：熱塑性塑料：雨衣、食品袋或包裝袋。
熱固性塑料：手電筒的外殼、炒菜用的鍋的手柄。
3．指導(dǎo)建議：回收廢棄塑料能減少“白色污染”，使資源再生利用等。

標(biāo)簽：什么高分子初三有機(jī)醇原料