Nota ulang kaji: Polimer

Nota ini mengerjakan bab Polimer satu standard kandungan pada satu masa, supaya anda boleh mengulang kaji setiap bahagian dan menyemak bahawa anda mempunyai definisi yang diharapkan skema pemarkahan. Simpan ia di sebelah soalan kertas lepas dan gunakannya untuk mengesahkan jawapan anda. Empat kemahiran yang berulang kali diuji ialah: mengenal pasti monomer daripada polimer (dan sebaliknya), membezakan dua jenis pempolimeran, menerangkan pemvulkanan sebagai perubahan struktur yang mengubah sifat, dan menghujahkan kedua-dua belah persoalan alam sekitar.

12.1 Polimer semula jadi dan sintetik

Polimer ialah molekul yang sangat besar (makromolekul) yang dibina daripada banyak unit berulang kecil yang bergabung melalui ikatan kovalen. Setiap unit kecil ialah monomer, dan tindak balas yang menggabungkannya ialah pempolimeran. Oleh sebab unit yang sama berulang beratus atau beribu kali, kita melukis polimer sebagai unit berulang di dalam kurungan dengan subskrip n.

Polimer semula jadi terhasil dalam benda hidup. Contoh yang mesti anda tahu ialah getah asli (daripada lateks pokok getah, yang monomernya isoprena), protein (monomernya asid amino), karbohidrat seperti kanji dan selulosa (monomernya glukosa), serta sutera dan bulu asli. Polimer sintetik pula dibuat dalam industri daripada hasil petroleum. Contoh yang lazim ialah politena (daripada etena), polipropena (daripada propena), poli(vinil klorida) atau PVC (daripada kloroetena), polistirena (daripada feniletena), Perspeks, nilon, terilena dan Teflon.

Definisi utama. Monomer ialah molekul kecil yang berulang; polimer ialah rantai panjang yang terbentuk daripadanya; pempolimeran ialah prosesnya. Sentiasa namakan monomer sebagai satu molekul kecil yang lengkap, bukan sebagai serpihan rantai.

12.2 Jenis pempolimeran

Terdapat dua jenis, dan membezakannya ialah soalan yang sangat lazim.

• Pempolimeran penambahan. Monomernya tak tepu, setiap satu mempunyai ikatan ganda dua karbon–karbon (C=C). Ikatan ganda dua terbuka dan monomer terus menambah antara satu sama lain, jadi tiada molekul lain dibebaskan. Etena → politena, propena → polipropena, kloroetena → PVC dan tetrafluoroetena → Teflon semuanya polimer penambahan.
• Pempolimeran kondensasi. Setiap monomer mempunyai dua kumpulan berfungsi (contohnya –COOH dan –OH, atau –COOH dan –NH₂). Semasa monomer bergabung, satu molekul kecil disingkirkan setiap kali ikatan terbentuk, biasanya air. Nilon dan terilena (sejenis poliester) dibuat begini, begitu juga polimer semula jadi seperti protein daripada asid amino.

Petua peperiksaan. Ujian pantas: jika monomer ada ikatan ganda dua C=C dan tiada apa dibebaskan, ia penambahan; jika dua kumpulan berfungsi bertindak balas dan satu molekul kecil (biasanya air) disingkirkan, ia kondensasi.

12.3 Getah asli dan pemvulkanan

Getah asli diperoleh daripada lateks, satu koloid tempat zarah getah terserak dalam air. Setiap zarah dibalut membran yang membawa cas negatif, jadi zarah menolak antara satu sama lain dan tidak berkumpul. Menambah asid (seperti asid metanoik atau etanoik) meneutralkan cas itu, zarah berlanggar dan bergabung, dan lateks pun menggumpal. Menambah sedikit alkali (larutan ammonia) mengekalkan cas dan menghalang penggumpalan awal, iaitu cara lateks diawet untuk pengangkutan.

Molekul getah yang belum divulkan ialah rantai poli(isoprena) yang panjang dan berlingkar dengan ikatan ganda dua di sepanjangnya. Rantai hanya dipegang antara satu sama lain oleh daya yang lemah, jadi ia mudah tergelincir melepasi satu sama lain: getah itu lembut, tidak begitu kuat, dan cepat hilang keanjalannya.

Pemvulkanan ialah memanaskan getah dengan belerang. Atom belerang membentuk ikatan silang (jambatan belerang) antara rantai pada ikatan ganda dua. Ikatan silang ini mengikat rantai bersama supaya ia tidak lagi boleh tergelincir jauh. Hasilnya ialah getah yang lebih keras, lebih kuat, lebih kenyal, dan lebih tahan terhadap haba dan serangan kimia (pengoksidaan), dengan had keanjalan yang lebih tinggi. Inilah contoh paling jelas dalam bab ini tentang struktur yang menentukan sifat.

12.4 Kegunaan dan isu alam sekitar polimer

Polimer sintetik berguna kerana ia ringan, murah, kuat, kalis air, tahan kakisan, mudah diacu menjadi bentuk, dan penebat haba dan elektrik yang baik. Itulah sebabnya ia menggantikan logam, kaca dan kayu dalam pembungkusan, paip, bekas, pakaian dan kelengkapan elektrik.

Masalah alam sekitarnya ialah kebanyakan polimer sintetik tidak terbiodegradasi: mikroorganisma tidak dapat menguraikannya, jadi sisa berkumpul di darat dan di laut untuk masa yang sangat lama. Pembakaran terbuka memburukkan keadaan, membakar PVC membebaskan hidrogen klorida, gas berasid dan menghakis, dan pembakaran tak lengkap mana-mana plastik membebaskan karbon monoksida yang beracun dan jelaga.

Tindakan balasnya ialah mengurangkan, guna semula dan kitar semula, membangunkan plastik terbiodegradasi dan fotodegradasi, dan melupuskan plastik dengan betul dan bukan melalui pembakaran terbuka. Jawapan peperiksaan yang baik mengimbangi kegunaan sebenar polimer dengan kos sebenar ini.

Cara menggunakan nota ini

Ulang kaji satu standard kandungan pada satu masa dan uji diri anda dengan menerangkannya dengan lantang tanpa melihat. Untuk 12.1, berlatih menamakan monomer bagi setiap polimer yang dinamakan. Untuk 12.2, asingkan senarai monomer kepada penambahan dan kondensasi. Untuk 12.3, lukis ikatan silang dan senaraikan empat perubahan sifat. Untuk 12.4, sediakan satu kelebihan, satu masalah dan satu penyelesaian. Kemudian cuba soalan latihan untuk bab ini dan tanda jawapan anda mengikut definisi di atas. Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa pengenalpastian monomer dan jawapan pemvulkanan anda tepat, dua tempat pelajar paling kerap kehilangan markah mudah. Kerana idea ini merentasi keseluruhan Kimia SPM, mengukuhkannya sekarang membayar balik sepanjang kertas.

Butiran penyelesaian: mengenal pasti monomer

Andaikan satu polimer dilukis dengan unit berulang –CH₂–CHCl– di dalam kurungan, subskrip n. Untuk mencari monomer, ambil satu unit berulang dan kembalikan ikatan ganda dua antara dua karbon itu: monomernya ialah CH₂=CHCl, kloroetena. Kaedah yang sama berfungsi secara songsang: diberi monomer CH₂=CH₂ (etena), unit berulang polimernya ialah –CH₂–CH₂–. Kesilapan paling lazim ialah menulis monomer dengan ikatan tunggal, atau meninggalkan ikatan tergantung; monomer mesti molekul yang lengkap dan neutral dengan ikatan ganda dua dipulihkan.

Pemvulkanan: struktur menentukan sifat

Pelajari pemvulkanan sebagai rantaian sebab dan akibat, bukan senarai. Sebab: belerang membentuk ikatan silang antara rantai. Akibat pada pergerakan: rantai tidak lagi boleh tergelincir bebas dan ditarik kembali ke bentuk asal. Akibat pada sifat: lebih keras, lebih kuat, lebih kenyal, had keanjalan lebih tinggi, lebih tahan haba dan pengoksidaan. Jika soalan bertanya mengapa getah tervulkan lebih kenyal, markahnya untuk ikatan silang yang mengekang rantai, sebab struktur itu, bukan sekadar mengatakan ia “lebih baik”.

Jawapan alam sekitar yang seimbang

Apabila soalan meminta anda membincangkan kesan polimer terhadap alam sekitar, beri kedua-dua belah. Nyatakan dua atau tiga kelebihan tulen (ringan, tahan lama, murah, serba boleh), kemudian dua atau tiga masalah tulen (tidak terbiodegradasi, mencemar darat dan laut, membebaskan gas toksik seperti hidrogen klorida apabila dibakar), dan tutup dengan penyelesaian yang boleh dilaksanakan (kurangkan, guna semula, kitar semula; guna polimer terbiodegradasi; elak pembakaran terbuka). Jawapan yang semuanya pujian, atau semuanya rungutan, tidak lengkap, dan keseimbangan itu sendiri yang dihargai oleh skema pemarkahan.