XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПОЛИМЕРЫ: ОТ МОЛЕКУЛ ДО МАТЕРИАЛОВ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Цель исследования: изучить, что такое полимеры, их свойства и применение в жизни.
Задачи исследования:
1) познакомиться с понятием «полимер»;
2) понять, как мономеры соединяются в цепочки;
3) найти примеры полимеров вокруг нас;
4) провести опыт с крахмалом и водой.
Объект исследования: полимеры и материалы, созданные на их основе.
Предмет исследования: связь строения полимеров с их свойствами и применением в материалах.
Гипотеза: если смешать крахмал с водой, получится необычная смесь на основе природного полимера – крахмала, которая при сильном воздействии будет вести себя почти как твёрдое тело, а при медленном – как жидкость.
Методы исследования: изучение литературы, наблюдение, сравнение, описание, эксперимент.
ВВЕДЕНИЕ
Полимеры – это очень большие молекулы, которые состоят из многих повторяющихся частей. Мы встречаем полимеры каждый день: в пластиковых бутылках, резиновых шинах, одежде, упаковке, клее и даже в природе. Например, крахмал, целлюлоза и белки тоже относятся к полимерам. Тема интересна тем, что из маленьких частиц могут получаться полезные материалы с разными свойствами.
Полимеры важны не только как сложное научное слово. Они помогают понять, почему одни материалы тянутся, другие гнутся, третьи не пропускают воду, а некоторые могут быть и мягкими, и прочными одновременно. Изучая полимеры, мы учимся замечать связь между наукой и обычными предметами вокруг нас.
Изучение полимеров помогает понять путь «от молекул до материалов»: как строение маленьких звеньев влияет на свойства больших веществ. Поэтому полимеры важны не только для химии, но и для создания полезных вещей, которыми люди пользуются каждый день.
Глава 1. Что такое полимеры?
Слово «полимер» можно объяснить очень просто: это длинная цепочка из маленьких звеньев. Каждое маленькое звено называется мономером. Если представить себе бусы, то отдельные бусины будут похожи на мономеры, а вся нить бусин на полимеры.
Полимеры бывают природные и искусственные. Природные полимеры создала сама природа: это крахмал в картофеле и зерне, целлюлоза в деревьях и бумаге, белки в живых организмах. Искусственные полимеры человек получает на заводах и в лабораториях. Из них делают пластмассы, синтетические ткани, упаковку, краски и многие другие материалы.
Длина цепочки и то, как именно соединены звенья, влияют на свойства материала. Одни полимеры получаются гибкими и мягкими, другие – прочными и твёрдыми, третьи – эластичными. Поэтому из полимеров можно делать самые разные полезные вещи.
Рис. 1. Мономеры соединяются в длинную полимерную цепочку. Авторская схема.
Источник: авторская схема, подготовлена для данной работы.
Рис. 2. Повторяющееся звено полиэтилена – одного из самых известных искусственных полимеров.
Источник:Большая российская энциклопедия. Полимеры (old.bigenc.ru).
Глава 2. Как образуются полимеры?
Полимеры образуются в ходе химической реакции, которая называется полимеризацией. Во время такой реакции маленькие молекулы-мономеры соединяются друг с другом и образуют длинную цепочку. Эта цепочка может быть прямой, разветвлённой или даже похожей на сетку.
Таким образом, сначала есть много маленьких частиц, а потом они соединяются и получается большая молекула. Именно поэтому полимеры называют макромолекулами – очень большими молекулами.
Иногда мономеры просто присоединяются друг к другу, как звенья цепи. Так, например, из этилена получают полиэтилен. А иногда при соединении образуются ещё и маленькие побочные вещества, например вода. Но в любом случае результат один: появляется новый материал с новыми свойствами.
Рис. 3. Схема превращения этилена в полимерную цепочку полиэтилена.
Источник: Большая российская энциклопедия. Полимеризация (bigenc.ru).
Рис. 4. Простая схема реакции полимеризации. Авторская схема.
Источник: авторская схема, подготовлена для данной работы.
Глава 3. Где мы встречаем полимеры?
Полимеры окружают нас повсюду. Они удобны потому, что могут быть лёгкими, прочными, гибкими, прозрачными или эластичными. Ниже приведены несколько самых простых примеров, которые можно увидеть каждый день.
|
1. Пластик Пластиковые бутылки часто делают из полимера ПЭТ. Он лёгкий, прозрачный и хорошо держит форму, поэтому подходит для упаковки воды и напитков. |
2. Резина Шины и некоторые детали обуви делают из эластичных полимеров. Такие материалы умеют растягиваться и возвращаться к прежней форме. |
|
3. Ткани Многие футболки, куртки и спортивная одежда содержат полиэстер или нейлон. Эти полимеры помогают ткани быть прочной, лёгкой и быстро сохнуть. |
4. Клей В клее есть полимерные вещества, которые образуют тонкую плёнку и соединяют поверхности между собой. Благодаря этому бумага, картон и другие материалы склеиваются. |
Источник: иллюстрации к примерам полимеров – авторские схемы, подготовлены для данной работы.
Глава 4. Эксперимент с неньютоновской жидкостью
Чтобы связать тему полимеров с практикой, можно провести простой опыт с крахмалом и водой. Крахмал – это природный полимер. Если смешать его с водой, получится необычная смесь, которую часто называют неньютоновской жидкостью. Она может вести себя по-разному: при резком сжатии ладони кажется твёрдой, а при расслаблении течёт как жидкость.
Материалы: кукурузный крахмал, вода, миска, ложка. По желанию можно добавить пищевой краситель.
Ход работы:
1) насыпать крахмал в миску;
2) понемногу добавлять воду и перемешивать;
3) получить густую массу;
4) попробовать сжать смесь быстро и расслабить ладонь;
5) записать наблюдения.
|
Фото 1. Ингредиенты для опыта Фото 2. Поведение смеси при сильном сжатии |
|
Фото 3. Поведение смеси при расслаблении ладони |
Источник: Фотографии автора
Рис. 5. Почему смесь ведёт себя по-разному. Авторская схема.
Источник: авторская схема, подготовлена для данной работы.
Наблюдения: если сжимать смесь быстро, частицы крахмала прижимаются друг к другу, и смесь становится жёстче. Если разжимать руку медленно, частицы успевают разойтись, и смесь течёт.
Вывод по эксперименту: гипотеза подтвердилась: смесь на основе природного полимера-крахмала действительно может вести себя и как жидкость, и как почти твёрдое тело в зависимости от силы воздействия.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Во время работы мы узнали, что полимеры – это большие молекулы, состоящие из повторяющихся звеньев. Они бывают природными и искусственными. Благодаря своему строению полимеры могут быть очень разными по свойствам: гибкими, прочными, эластичными, прозрачными и лёгкими.
Мы увидели, что полимеры встречаются в самых обычных предметах: в бутылках, шинах, одежде и клее. Значит, тема полимеров связана не только с химией, но и с нашей повседневной жизнью.
Практическая часть помогла сделать вывод более понятным. Опыт с крахмалом и водой показал, что вещества на основе природных полимеров могут вести себя необычно и интересно. Исследование подтвердило: даже сложные научные темы можно объяснить на простых и наглядных примерах.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Большая российская энциклопедия. Полимеры (old.bigenc.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
2. Большая российская энциклопедия. Полимеризация (bigenc.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
3. РУВИКИ. Пластмассы (ru.ruwiki.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
4. РУВИКИ. Каучуки (ru.ruwiki.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
5. РУВИКИ. Полиэфиры (ru.ruwiki.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
6. РУВИКИ. Полиэтилентерефталат (ru.ruwiki.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
7. СИБУР. Полимеры от СИБУРа: применение в бытовой технике (sibur.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
8. Профессор Николя. Неньютоновская жидкость (nik– show.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026);
9. РУВИКИ. Неньютоновская жидкость (ru.ruwiki.ru). – электронный ресурс. (дата обращения: 29.03.2026).