Неуправляемая полимеризация - это потенциально опасная реакция, при которой химические продукты образуются с чрезмерной скоростью, выделяя тепло, которое может привести к взрыву или другим опасностям. Поскольку полимеризация является важным процессом для создания многих синтетических материалов, химики применяют стратегии для поддержания безопасных реакций и предотвращения неконтролируемой полимеризации.
Мономеры и полимеры
Большинство пластиков и многие биологические молекулы относятся к классу химических соединений, называемых полимерами, - длинным цепочкам одних и тех же химических единиц, которые постоянно повторяются. Каждая единица в цепи представляет собой молекулу, называемую мономером. Например, полистирол - это полимер, состоящий из множества связанных между собой молекул стирола. В этом случае мономером является стирол.
Полимеризация
К делать пластмассы, химический процесс берет контейнер мономерного вещества и объединяет его с другими химическими веществами, которые инициируют процесс полимеризации. Во время реакции мономеры, которые обычно стабильны сами по себе, соединяются вместе. Молекулы мономера слипаются в повторяющиеся цепи, образуя полимеры, и продолжается до тех пор, пока в контейнере не закончатся химические вещества-инициаторы или доступные мономеры. Получающийся в результате полимер приобретает такие свойства, как прочность и эластичность, отсутствующие в исходном мономере.
Неконтролируемая полимеризация
Некоторые реакции полимеризации являются экзотермическими, то есть с выделением тепла. В идеале общее выделяемое тепло невелико и безвредно рассеивается в реакционном сосуде. Однако, если задействовано большое количество мономера и если реакция сильно экзотермична, мономеры могут объединяться слишком быстро. Как следствие, в реакционном сосуде повышается избыточное тепло и давление, что приводит к плавлению оборудования или взрыву.
Профилактические меры
Инженеры-химики используют множество методов для предотвращения неконтролируемой полимеризации. Оборудование может включать перемешивающие устройства, которые помогают разрушать участки, где скорость реакции слишком велика, и рассеивать тепло через смесь. Химик может добавлять соединения, называемые ингибиторами, чтобы намеренно замедлить реакцию, удерживая скорость ниже точки, при которой она уходит. Они также добавляют аварийные устройства, которые автоматически открываются, если давление реакции превышает безопасное значение. Эти компоненты предотвращают взрыв реакционного сосуда с большой силой.