БАКЕЛИТ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧАВАНЕ И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В бакелит е полимерна смола на фенол и формалдехид, точната химическа определянето и е хидроксид polioxibenciletilenglicol. Появата и комерсиализацията на този материал беляза зората на ерата на пластмасата; тя е заемала и е била част от безброй домакински, козметични, електрически и дори военни предмети.

Името му идва от неговия изобретател: американският химик, роден в Белгия, Лео Бейкъланд, който през 1907 г. постига производството и усъвършенстването на този полимер; след това основава General Bakelite Company през 1910 г. Отначало, докато променяше включените физически променливи, Bakelite се състоеше от гъбесто, крехко твърдо вещество с малка стойност.

Ретро телефон, изработен с бакелитен полимер. Източник: Pexels

След осем години работа в лабораторията той успява да получи достатъчно твърд и термостабилен бакелит, с висока стойност поради свойствата си. Така Bakelite замени други пластмасови материали с естествен произход; се роди първият чисто изкуствен полимер.

В наши дни обаче той е заменен от други пластмаси и се среща главно в аксесоари или предмети от 20 век. Например телефонът на снимката по-горе е направен от бакелит, както и много предмети с подобен черен цвят на този, или кехлибарен или бял (наподобяващ слонова кост на външен вид).

Бакелитова структура

обучение

Образуване на триизмерна структура от мрежов тип фенол-формалдехиден полимер, бакелит. Източник: MaChe.

Определен бакелит като полимерна смола от фенол и формалдехид, тогава и двете молекули трябва да съответстват на структурата си, ковалентно обединени по някакъв начин; в противен случай този полимер никога не би проявил характерните си свойства.

Фенолът се състои от ОН група, свързана директно с бензолен пръстен; докато формалдехид е молекула на О = СН ₂ или CH ₂ O (отгоре на изображението). Фенолът е богат на електрони, поради факта, че ОН, въпреки че привлича електрони към себе си, също допринася за тяхната делокализация от ароматния пръстен.

Като е богат на електрони, той може да бъде атакуван от електрофил (вид, излъчващ електрони); като например, СН на ₂ О молекулата.

В зависимост от това дали средата е кисела (H ⁺) или основна (OH ^-), атаката може да бъде електрофилна (формалдехид атакува фенол) или нуклеофилна (фенол атакува формалдехид). Но в края на краищата, СН ₂ О замества Н на фенола да стане метилол група, -СН ₂ ОН; -СН ₂ OH ₂ ⁺ в кисела среда, или -СН ₂ О ^- в основна среда.

Ако приемем, кисела среда, -СН ₂ OH ₂ ⁺ губи молекула вода в същото време, че електрофилна атака на втори фенолна пръстен случи. Метиленов мост, -СН ₂ - след това се образува (син цвят в изображението).

Орто и пара замествания

Метиленовият мост не свързва два фенолни пръстена в произволни позиции. Ако структурата се наблюдава, ще бъде възможно да се провери дали връзките са в съседни и противоположни позиции спрямо OH групата; това са съответно орто и пара позиции. Тогава при тези позиции се появяват замествания или атаки към или от фенолния пръстен.

Триизмерност на мрежата

Спомняйки си химичните хибридизации, въглеродът на метиленовите мостове е sp ³; следователно, това е тетраедър, който поставя връзките си извън или под една и съща равнина. Следователно пръстените не лежат в една и съща равнина, а лицата им имат различни ориентации в пространството:

Сегмент от триизмерната структура на бакелит. Източник: Wikimedia Commons.

От друга страна, когато заместванията се случват само в -орто позиции, се получава полимерна верига. Но тъй като полимерът расте през -пара позициите, се създава един вид мрежеста или триизмерна мрежа от фенолни пръстени.

В зависимост от условията на процеса, мрежата може да възприеме „подута морфология“, нежелателна за свойствата на пластмасата. Колкото по-компактен е, толкова по-добре ще се изпълнява като материал.

Имоти

Приемайки след това бакелита като мрежа от фенолни пръстени, съединени от метиленови мостове, причината за неговите свойства може да бъде разбрана. Основните от тях са споменати по-долу:

-То е термореактивен полимер; тоест, след като се втвърди, той не може да се формира от въздействието на топлината, дори да стане още по-запечен.

-Средната му молекулна маса обикновено е много висока, което прави парчетата бакелит значително по-тежки в сравнение с други пластмаси със същия размер.

-Когато се втрива и температурата му се повиши, излъчва характерна миризма на формалдехид (органолептично разпознаване).

-След като формована и тъй като е термореактивна пластмаса, тя запазва формата си и издържа на корозивния ефект на някои разтворители, повишава се температурата и надрасква.

-То е ужасен проводник на топлина и електричество.

-Издава характерен звук при удари на две парчета бакелит, което помага да го идентифицираме качествено.

-Наскоро синтезиран, има смолиста консистенция и е с кафяв цвят. Когато се втвърди, придобива различни нюанси на кафявото, докато стане черно. В зависимост от това, с което е запълнен (азбест, дърво, хартия и др.), Той може да представи цветове, които варират от бяло до жълто, кафяво или черно.

Получаване

За да се получи бакелит, първо се изисква реактор, когато фенол (чист или от въглен катран) и концентриран разтвор на формалдехид (37%) се смесват, поддържайки молно съотношение фенол / формалдехид, равно на 1. Реакцията започва на полимеризация чрез кондензация (защото водата, малка молекула) се отделя.

След това сместа се нагрява при разбъркване и в присъствие на киселина (HCI, ZnCl ₂, H ₃ PO ₄, и т.н.) или основни (NH ₃) катализатор. Получава се кафява смола, към която се добавя повече формалдехид и се нагрява до около 150 ° С под налягане.

По-късно смолата се охлажда и втвърдява в контейнер или калъп, придружен в допълнение към пълнежния материал (вече споменат в предишния раздел), което ще благоприятства определен тип текстура и желани цветове.

Приложения

Пластмасови дървени дъски. Източник: VarunRajendran в английската Wikipedia

Бакелит е квинтесенциалната пластмаса от първата половина и средата на 20 век. Телефони, командни кутии, шахматни парчета, дръжки на вратите на превозното средство, домино, билярдни топки; Всеки предмет, който постоянно е подложен на лек удар или движение, е направен от бакелит.

Тъй като е лош проводник на топлина и електричество, той е бил използван като изолационна пластмаса в схеми, като компонент на електрическите системи на радиостанции, електрически крушки, самолети и всякакви основни устройства по време на световните войни.

Твърдата му консистенция беше достатъчно привлекателна за дизайна на резбовани кутии и бижута. По отношение на орнаментиката, когато бакелитът е смесен с дървесината, на втория е дадена пластмасова текстура, с която са направени дъски или композитни дъски за покриване на подовете (горното изображение) и домашните пространства.

Препратки

1. Университет Федерико II от Неапол, Италия. (SF). Фенолформалдехидни смоли. Възстановена от: whatischemistry.unina.it
2. Иса Мери. (5 април 2018 г.). Археологията и епохата на пластмасовия бакелит в бродираното сметище. Кале. Възстановено от: campusarch.msu.edu
3. Колеги от отделите за химическо образование в колежа по наука. (2004 г.). Приготвяне на бакелит. Университет Пърдю. Възстановени от: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Структура. Възстановена от: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Бакелит. Възстановено от: en.wikipedia.org
6. Бойд Анди. (8 септември 2016 г.). Лео Байкеланд и бакелит. Възстановено от: uh.edu
7. NYU Tandon. (05 декември 2017 г.). Светлини, камера, бакелит! Службата за студентски дела е домакин на забавна и информативна филмова вечер. Възстановено от: Engineering.nyu.edu