化学のみ：アルケン付加重合体となる
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ | 付加重合 |
| monomer/ˈmɒnəʊmə/ | 単量体 |
この観察を説明する要因は何か？
- エチレンはC=Cを持つ小さな分子です。ポリエチレンは単一炭素-炭素結合を持つ長い鎖を含みます：結合的形成は原子配置を変化させつつ、エチレン単位の原子を保持します。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 付加重合では、多くの小さな単量体分子が結合して非常に大きな高分子分子となる。エチレンの場合、C=Cは2炭素単位内で単結合となり、各炭素は新しい鎖に沿っても結合する。ポリエチレンの繰り返し単位は –CH₂–CH₂– である。この付加反応では他の分子は生成されないため、繰り返し単位にはエチレン単量体と同じ2つの炭素原子と4つの水素原子が含まれる。
- モノマー：他の分子と結合してポリマーを形成できる小さな分子；付加重合：指定された反応で他の小さな分子を生成せずに、多くの不飽和モノマーを結合させること。
ポリエチレンの反復単位に含まれる特徴はどれか。
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付加重合ではC=Cが開いて単位の間の結合を形成するため、繰り返し単位は2つの炭素からなる単結合骨格を持ち、両端に結合が伸びています。すべての単位でC=Cが維持されている場合、重合は起こらず、付加反応では水は放出されません。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- 2炭素骨格を水平に描き、各炭素上の水素を両方保持し、括弧の両側から伸びる単結合を示す。nを括弧の外に配置して反復数を表す。連続結合は隣接する単位をつないでおり、追加の水素原子やC=Cを含む単量体ではない。連続結合を含めると炭素は4価となる。括弧で囲まれた単位は鎖の完全な末端構造ではなく、繰り返される内部部分を表している。
- 分子キットや原子ラベル付きカードを使って、いくつかのエチレン分子を構築してください。各C=Cを単結合に置き換え、原子を削除することなく炭素骨格同士をつなぎます。そのモデルを短い鎖の断片と括弧付きの繰り返し単位に変換してください。提供された単位に対して逆向りの推論を行ってください：二重結合由来であった隣接する骨格炭素を特定し、単一分子を描く際にC=Cを復元して連続結合を除去します。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知：モデルの鎖内部に25個のエチレン由来の繰り返し単位が含まれています。それぞれが2つの炭素原子を提供するため、内部には25×2=50個の炭素原子と25×4=100個の水素原子があります。これらの個数は指定された繰り返し単位に関するものであり、実際の開始剤由来の末端基を指定するものでも、すべてのポリマー分子がちょうどその鎖長を持つことを主張するものではありません。
エチレン由来の繰り返し単位30個はそれぞれ2つの炭素原子を持つ。それらの炭素原子数を数えよ。同じ手順を用いる：既知の数値 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。
エチレン由来の反復単位30個があり、各単位には炭素原子2個含まれている。炭素原子の総数を数えよ。
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結果は 60 個の原子です。既知：30 個の繰り返し単位があり、それぞれ 2 個の炭素原子を含みます。炭素原子数 = 30 × 2 = 60 個の原子です。鎖の末端基はこの繰り返し単位の計数には含まれません。
結論とその限界を確認する
- ポリマーは各反復単位に二重結合を残さず、付加重合では水が放出されない。アルカンの完全な分子に対して分断された括弧を描いてはいけない：鎖は単結合を通じて連続する必要がある。この別個の化学目標は両Tierに適用される。詳細な工業的メカニズムや特定のイニシエイター名は、本セクションでは必要とされない。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
付加重合により、すべてのエチレンモノマーから水が放出される。この主張は誤りです：付加重合は、小さな分子が放出されないままモノマー同士を結合させます。すべてのエチレンの原子はすべてポリマーに含まれます。水の喪失は、異なるメカニズムである縮合重合に属します。
Chemistryのみ：アルケンが付加重合してポリマーになる：水平に2炭素の骨格を描き、各炭素上の水素をすべて残し、括弧の両側から単結合が伸びることを示す。多数の反復を表すため、括弧の外に「n」を記す。隣接する単位をつなぐ継続結合があり、これは追加の水素でも、C=Cを含む別の単分子でもない。継続結合を含めると炭素は4価となる。括弧で囲まれた単位は鎖の完全な末端構造ではなく、反復している内部部分を表している。
付加重合反応では、各エチレン単量体から水分子が放出される。
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付加重合は単量体を結合させる際に小さな分子は放出せず、エチレンのすべての原子がポリマー中に含まれます。水の喪失は凝縮重合に属し、これは別のメカニズムです。
他の分子と結合してポリマーを形成できる小分子：その専門用語を記せ。
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単量体とは、他の分子と結合して重合体を形成できる小さな分子を指す。