Chemie pro šílence 1. Polyethylén

5. ledna 2014 v 6:22 | Petr |  Chemie pro šílence
Nechci nikomu zvedat žaludek, ale za studií jsem využil toho práva pitvat anatomické (formaldehydem konzervované) mrtvoly holýma rukama, protože latex z rukavic mi smrděl více než lidské maso. Takže když jsem potom zapadl mezi robotiky, kteří se (často) neštítí jedině klávesnice vlastního laptopu a ani práce s pilou, šroubovákem a lepidlem jim nedělá dobře - prostě jsem si připadal jako největší vidlák zahnojený, který místo abstraktního světa objektového programování se zabývá doma - tavením plexiskla a v práci - měřením množství krve - ve stolici z mrtvoly ....

Na druhé straně si nemohu nevšimnout, že "mravy upadají" a mládež dnes nerozezná polystyrén od plexiskla, takže je na čase zavést další rubriku - o další oblasti, která mě - tak trošku - živí a to je chemie. A vzhledem ke zmíněné - trapné - záměně polystyrénu za plexisklo - se budeme ze začátku zabývat především plasty a jejich využítí v robotech.
Aby toho tedy na robotické šílence nebylo moc začínáme dnes jedním z chemicky nejjednodušších avšak zcela běžných plastů - Polyethylénem.

Tedy představte si že vytěžíte ropu a ta je směs kapalných uhlovodíků kde hlavní roli hrají Alkany - nebudeme začínat ethanem, propanem a butanem, které jsou plynné, ale začneme pentanem Tedy :
Pentan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C5H12
Hexan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C6H14
Heptan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C7H16
Oktan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C8H18
Nonan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C9H20
Dekan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C10H22
Undekan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C11H24
Dondekan - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 - Sumární vzorec C12H26
Takhle bych mohl pokračovat do nekonečna - čistě jenom abych si honil ego a předváděl veřejnosti jak dobře umím latinské číslovky. Jenomže to nemá smysl, protože jednak jste už nerozvětvené alkany asi pochopili a navíc od dodekanu výše stávají se alkany postupně mazlavými "sračkami" a nakonec tuhými látkami voskového (parafinového) vzhledu.

Takže si přestavte, že tuhle směs z ropy zahřejete v prostředí horké vodní páry, bez přístupu vzduchu na 900 stupňů - dlouhé řetězce se teplem rozloží a z reaktoru vám začne unikat spoustu derivátů uhlovodíků s krátkou molekulou a s navázanými zbytky vody - methanol - ethanol - oxid uhelnatý ..... a sláva - i ethylén.
Tenhle divně zapáchající plyn je jedna ze základních surovin chemického průmyslu, neb se z něj vyrábí syntetický líh (naši alkoholici vědí) používá se k umělému dozrávání rajčat (soudruzi z Kauflandu vědí) a navíc se z něj dělá polyethylén - nejjednodušší běžný plast.
Když se podíváte na vzoreček polyethylénu hned vás trkne - vždyť je to skoro to samé jako Nonan, Dekan, Undekan ....
A ano máte pravdu - chemickou struktur typu - nekonečný řetěz skupin CH2 - mají syntetické parafiny, včelí vosk ( s výjimku esterové skupiny uvnitř) - živočišné tuky a spostu dalších "mastných" polymerů. Když sáhnete na polyethylén a budete ho mnout v ruce - taky budete mít "mastný pocit" v prstech jako když hladíte parafinovou svíčku. Tomu odpovídají i chemické vlastnosti - minimální rozpustnost v kyseilnách, zásadách, i v nepolárních rozpouštědlech a - bohužel - i obtížná lepitelnost běžnými lepidly - pro lepení polyethylénu funguje (relativně špatně) jedině kyanoakrylát - alias "sekundové lepidlo"

Podle reakčních podmínek při syntéze polyethylénu máme LDPE - polyethylén o nízké hustotě - který má rozvětvené molekuly. Pak HDPE - polyethylén o vysoké hustotě - kde pečlivějším nastavením reakčních podmínek máme jenom lineární molekuly.
Když si přestavíte lineární molekuly HDPE - tak plast z HDPE má úseky, kde molekuly jsou uspořádány zmateně - jako klubko hadů - ale i v HDPE se vyskytují úseky, kde molekuly jsou pěkně jedna vedle druhé - tyto úseky mají vlastnosti krystalů a vynikají obrovskou pevností - čehož si chemici všimli a proto se v poslední době předhánějí v tom jak nasyntetizovat polyethylén s co nejdelším lineárním řetězcem - šemuž odpovídají i zkratky UHDPE, UXHDPE. A paradoxně tentýž plast, ze kterého jsou vyrobeny ubohé trhající se TESCO TAŠKY za korunu je chemicky tentýž plast jehož vlákna jsou dnes nejpevnější nám známá vlákna - pevnější než kevlary, a aramidy. Takže paradoxně moderní neprůstřelné vesty a TESCO TAŠKA mají stejný chemický základ ...
Robotici jistě vědí jak polyethylén využít - jdete do IKEA koupíte tam "EU certifikované" polyethylénové krájecí prkno a z toho si nařežete, co potřebujete - HDPE se hodí i na materiál kluzných ložisek. Než skončíme dovolil bych si upozornit na vlastnost polyethylénu, která není běžné známá - a to je výtečná propustnost pro infračervené světlo (viz spektrogram nahoře) - od IR LEDek po tepelné záření na 10um - takže pokud budete vyrábět infračervenou optiku můžete na to použít běžné profesionály používané substance jako je diamant, germanium, nebo selenid zinečnatý, ale taky můžete použít "vidlácké řešení" a skoro stejně dobré IR čočky si vybrousit (vytavit) z plastové tašky z popelnice.

Zbývá už jenom tradiční rada robotům pro zničení lidstva - až budete chtít rozpoutat válku proti svým páníčkům nezaponeňte, že polyethylén se při 115 stupních celsia taví a velmi dobře hoří - takže si dávejte pozor kam strkáte své polyethylénové pracky ...
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Dalik Dalik | 5. ledna 2014 v 10:24

Díky! Pokračujte dál!

Tam u toho grafu, co se prosím rozumí tím wavenumber cm-1?

2 Dalik Dalik | 5. ledna 2014 v 10:28

Ty rozvětvené molekuly LDPE vypadají jak? U jednoho uhlíku chybí vodík a místo něj je navázán další uhlík odbočujícího řetězce?

3 petr-kubac petr-kubac | 5. ledna 2014 v 10:46

1. Wavenumber - česky vlnočet - je počet vln na centimetr - přepočet na standardní vlnovou délku v mikrometrech je 10 000 / Wavenumber neboli wavenumber 3000 odpovídá vlnové délce 3.333 um tedy z pohledu elektronika relativně daleká IR oblast - běžná ledka při 940 mn svítí na wavenumber 10640

2. Ano Je to tak

4 Orel Orel | 5. ledna 2014 v 23:38

Dá se věřit obecným charakteristikám funkčních skupin v IČ spektrech? Vím, že se rozlišuje část spektra, které se nazývá "otisk prstů" a je charakteristické pro každou molekulu. Ale ve zbývající části se udávají charakteristické vlnočty pro určité funkční skupiny (nitrily, ketony, atd.), které se však prolínají. Znáte nějaký fígl? Nebo existuje knihovna IČ, která by byla dostupná na internetu? Bohužel nemám zaměstnání v tomto oboru, tudíž přístup k takovým zdrojům nemám.

5 petr-kubac petr-kubac | 6. ledna 2014 v 11:23

[4]: V principu je možné identifikovat látky podle knihoven, nebo podle charakteristických vibrací (spektránlích čar).
Každé IR spektrum teoreticky obsahuje dostatek informací k přesné identifikaci molekuly.
Samozřejmě, že spektrální čáry se překrývají, ale většina charakteristických skupin má více než jednu spektrální čáru a proto je třeba zkušenost analyzujícího, který "čte" spektrum tak aby dávalo smysl.
Tabulka charakteristických víbrací je třeba zde http://www.vscht.cz/anl/lach1/7_IC.pdf  od strany 32.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama