Naravni polimer - formula in uporaba

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:41

Večina današnjih gradbenih materialov, zdravil, tkanin, gospodinjskih predmetov, embalaže in potrošnega materiala je polimerov. To je cela skupina spojin, ki imajo značilne značilnosti. Veliko jih je, a kljub temu število polimerov še naprej raste. Konec koncev sintetični kemiki letno odkrivajo vedno več novih snovi. Hkrati pa je bil ves čas še posebej pomemben naravni polimer. Kaj so te neverjetne molekule? Kakšne so njihove lastnosti in kakšne lastnosti? Na ta vprašanja bomo odgovorili v okviru članka.

Polimeri: splošne značilnosti

Z vidika kemije velja, da je polimer molekula z veliko molekulsko maso: od nekaj tisoč do milijonov enot. Vendar pa poleg te lastnosti obstaja še več, po katerih lahko snovi razvrstimo natančno kot naravne in sintetične polimere. To je:

• nenehno ponavljajoče se monomerne enote, ki so povezane z različnimi interakcijami;
• stopnja polimeraze (tj. število monomerov) mora biti zelovisoka, sicer bo spojina obravnavana kot oligomer;
• določena prostorska orientacija makromolekule;
• nabor pomembnih fizikalnih in kemičnih lastnosti, ki so edinstvene za to skupino.

Na splošno je snov polimerne narave precej enostavno ločiti od drugih. Človek mora samo pogledati njegovo formulo, da jo razume. Tipičen primer je znani polietilen, ki se pogosto uporablja v vsakdanjem življenju in industriji. Je produkt polimerizacijske reakcije, v katero vstopi nenasičen ogljikovodik eten ali etilen. Reakcija v splošni obliki je zapisana takole:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , kjer n je stopnja polimerizacije molekul, ki kaže, koliko monomernih enot je vključenih v njeno sestavo.

Tudi kot primer lahko navedemo naravni polimer, ki je vsem dobro znan, to je škrob. Poleg tega v to skupino spojin spadajo amilopektin, celuloza, piščančje beljakovine in številne druge snovi.

Reakcije, ki lahko tvorijo makromolekule, so dveh vrst:

• polimerizacija;
• polikondenzacija.

Razlika je v tem, da so v drugem primeru produkti interakcije nizke molekulske mase. Struktura polimera je lahko različna, odvisna je od atomov, ki ga tvorijo. Pogosto najdemo linearne oblike, obstajajo pa tudi tridimenzionalne mreže, ki so zelo zapletene.

Če govorimo o silah in interakcijah, ki držijo monomerne enote skupaj, potem lahko identificiramo več osnovnih:

• Van Der Waalsmoč;
• kemijske vezi (kovalentne, ionske);
• elektrostatična interakcija.

Vsih polimerov ni mogoče združiti v eno kategorijo, saj imajo popolnoma drugačno naravo, način nastanka in opravljajo različne funkcije. Razlikujejo se tudi njihove lastnosti. Zato obstaja klasifikacija, ki vam omogoča, da vse predstavnike te skupine snovi razdelite v različne kategorije. Lahko temelji na več znakih.

Razvrstitev polimerov

Če vzamemo za osnovo kvalitativno sestavo molekul, potem lahko vse obravnavane snovi razdelimo v tri skupine.

1. Organski - to so tisti, ki vključujejo atome ogljika, vodika, žvepla, kisika, fosforja, dušika. Se pravi tiste elemente, ki so biogeni. Primerov je veliko: polietilen, polivinil klorid, polipropilen, viskoza, najlon, naravni polimer - beljakovine, nukleinske kisline in tako naprej.
2. Elementalorganic - tisti, ki vključujejo nekaj tujih anorganskih in nebiogenih elementov. Najpogosteje je to silicij, aluminij ali titan. Primeri takšnih makromolekul: organsko steklo, stekleni polimeri, kompozitni materiali.
3. Anorgansko - veriga temelji na atomih silicija, ne ogljika. Radikali so lahko tudi del stranskih vej. Odkrili so jih pred kratkim, sredi 20. stoletja. Uporablja se v medicini, gradbeništvu, inženiringu in drugih industrijah. Primeri: silikon, cinobar.

Če polimere ločite po poreklu, lahkoizberite tri njihove skupine.

1. Naravni polimeri, katerih uporaba je bila razširjena že od antike. To so takšne makromolekule, za ustvarjanje katerih se človek ni trudil. So produkti reakcij same narave. Primeri: svila, volna, beljakovine, nukleinske kisline, škrob, celuloza, usnje, bombaž itd.
2. umetno. To so makromolekule, ki jih ustvari človek, vendar temeljijo na naravnih analogih. To pomeni, da se lastnosti že obstoječega naravnega polimera preprosto izboljšajo in spremenijo. Primeri: umetna guma, guma.
3. Sintetični - to so polimeri, pri ustvarjanju katerih sodeluje samo oseba. Zanje ni naravnih analogov. Znanstveniki razvijajo metode za sintezo novih materialov, ki bi imeli izboljšane tehnične lastnosti. Tako se rodijo sintetične polimerne spojine različnih vrst. Primeri: polietilen, polipropilen, viskoza, acetatna vlakna itd.

Obstaja še ena lastnost, ki temelji na delitvi obravnavanih snovi v skupine. To sta reaktivnost in toplotna stabilnost. Obstajata dve kategoriji za ta parameter:

• termoplastika;
• termoset.

Najstarejši, pomemben in še posebej dragocen je še vedno naravni polimer. Njegove lastnosti so edinstvene. Zato bomo nadalje obravnavali to posebno kategorijo makromolekul.

Katera snov je naravni polimer?

Če želite odgovoriti na to vprašanje, se najprej ozremo okoli sebe. Kaj nas obdaja?Živi organizmi okoli nas, ki se hranijo, dihajo, razmnožujejo, cvetijo in proizvajajo plodove in semena. In kaj predstavljajo z molekularnega vidika? To so povezave, kot so:

• proteini;
• nukleinske kisline;
• polisaharidi.

Torej, vsaka od teh spojin je naravni polimer. Tako se izkaže, da življenje okoli nas obstaja samo zaradi prisotnosti teh molekul. Ljudje so že od antičnih časov uporabljali glino, gradbene mešanice in m alte za krepitev in ustvarjanje doma, tkali prejo iz volne in uporabljali bombaž, svilo, volno in živalsko kožo za izdelavo oblačil. Naravni organski polimeri so spremljali človeka na vseh stopnjah njegovega nastanka in razvoja ter mu v marsičem pomagali doseči rezultate, ki jih imamo danes.

Narava sama je dala vse, da bi bilo življenje ljudi čim bolj udobno. Sčasoma je bila odkrita guma, razčiščene so bile njene izjemne lastnosti. Človek se je naučil uporabljati škrob za prehranske namene, celulozo pa za tehnične namene. Kamfor je tudi naravni polimer, ki je znan tudi že od antičnih časov. Smole, beljakovine, nukleinske kisline so vsi primeri obravnavanih spojin.

Struktura naravnih polimerov

Vsi predstavniki tega razreda snovi nimajo enake strukture. Tako se lahko naravni in sintetični polimeri bistveno razlikujejo. Njihove molekule so usmerjene tako, da je z energijskega vidika najbolj koristno in priročno obstajati. Hkrati lahko številne naravne vrste nabreknejo in se pri tem spremeni njihova struktura. Obstaja več najpogostejših različic strukture verige:

• linearno;
• razvejano;
• zvezdasto;
• ravno;
• mesh;
• trak;
• v obliki glavnika.

Umetni in sintetični predstavniki makromolekul imajo zelo veliko maso, ogromno atomov. Ustvarjeni so s posebej določenimi lastnostmi. Zato je njihovo strukturo prvotno načrtoval človek. Naravni polimeri so najpogosteje linearni ali mrežasti v strukturi.

Primeri naravnih makromolekul

Naravni in umetni polimeri so zelo blizu drug drugemu. Konec koncev, prvi postanejo osnova za ustvarjanje drugega. Primerov takšnih preobrazb je veliko. Tukaj je nekaj izmed njih.

1. Navadna mlečno bela plastika je izdelek, pridobljen z obdelavo celuloze z dušikovo kislino z dodatkom naravne kafre. Reakcija polimerizacije povzroči, da se nastali polimer strdi in postane želeni produkt. In mehčalec - kafra, omogoča, da se pri segrevanju zmehča in spremeni svojo obliko.
2. Acetatna svila, bakreno-amonijakova vlakna, viskoza so vsi primeri tistih niti, vlaken, ki se pridobivajo iz celuloze. Tkanine iz naravnega bombaža in lana niso tako trpežne, ne sijoče, se zlahka gubajo. Toda njihovi umetni analogi nimajo teh pomanjkljivosti, zaradi česar je njihova uporaba zelo privlačna.
3. Umetni kamni, gradbeni materiali, mešanice, usnjeni nadomestki soOglejte si tudi primere polimerov, pridobljenih iz naravnih surovin.

Snov, ki je naravni polimer, se lahko uporablja tudi v pravi obliki. Veliko je tudi takšnih primerov:

• kolofonija;
• jantar;
• škrob;
• amilopektin;
• celuloza;
• krzno;
• volna;
• bombaž;
• svila;
• cement;
• glina;
• limeta;
• proteini;
• nukleinske kisline in tako naprej.

Očitno je razred spojin, ki ga obravnavamo, zelo številčen, praktično pomemben in pomemben za ljudi. Zdaj pa si poglejmo podrobneje več predstavnikov naravnih polimerov, po katerih je trenutno zelo povpraševanje.

Svila in volna

Formula naravnega polimera svile je kompleksna, saj je njegova kemična sestava izražena z naslednjimi sestavinami:

• fibroin;
• sericin;
• voski;
• maščobe.

Glavni protein, fibroin, vsebuje več vrst aminokislin. Če si predstavljate njegovo polipeptidno verigo, bo videti nekako takole: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. In to je le del tega. Če si predstavljamo, da je na to strukturo s pomočjo van der Waalsovih sil pritrjena enako kompleksna beljakovinska molekula sericina in sta skupaj z voskom in maščobami pomešana v eno samo konformacijo, potem je jasno, zakaj je formulo težko upodobiti. iz naravne svile.

Za danesDanes večino tega izdelka dobavlja Kitajska, saj je na njenih odprtih prostorih naravni habitat glavnega proizvajalca - sviloprejke. Prej, od najstarejših časov, je bila naravna svila zelo cenjena. Oblačila iz nje so si lahko privoščili le plemeniti, bogati ljudje. Danes številne značilnosti te tkanine puščajo veliko želenega. Na primer, močno je magnetiziran in naguban, poleg tega pa izgubi lesk in zbledi zaradi izpostavljenosti soncu. Zato so umetni derivati na njegovi osnovi bolj v uporabi.

Volna je tudi naravni polimer, saj je odpadni produkt kože in lojnic živali. Na osnovi tega beljakovinskega izdelka nastajajo pletenine, ki so tako kot svila dragocen material.

škrob

Naravni polimerni škrob je odpadni produkt rastlin. Proizvajajo ga kot rezultat procesa fotosinteze in se kopičijo v različnih delih telesa. Njegova kemična sestava:

• amilopektin;
• amiloza;
• alfa-glukoza.

Prostorska struktura škroba je zelo razvejana, neurejena. Zahvaljujoč amilopektinu, ki je vključen v sestavo, lahko nabrekne v vodi in se spremeni v tako imenovano pasto. Ta koloidna raztopina se uporablja v inženirstvu in industriji. Medicina, živilska industrija, proizvodnja lepil za tapete so tudi področja uporabe te snovi.

Med rastlinami, ki vsebujejo največjo količino škroba, lahko ločimo:

• koruza;
• krompir;
• riž;
• pšenica;
• cassava;
• oves;
• ajda;
• banane;
• sirek.

Na osnovi tega biopolimera pečejo kruh, izdelujejo testenine, kuhajo poljube, žitarice in druge prehrambene izdelke.

Pulp

Z vidika kemije je ta snov polimer, katerega sestava je izražena s formulo (C₆H_{5 O} 5_{) . Monomerni člen v verigi je beta-glukoza. Glavna mesta vsebnosti celuloze so celične stene rastlin. Zato je les dragocen vir te spojine.}

Celuloza je naravni polimer, ki ima linearno prostorsko strukturo. Uporablja se za proizvodnjo naslednjih vrst izdelkov:

• izdelki iz celuloze in papirja;
• umetno krzno;
• različne vrste umetnih vlaken;
• bombaž;
• plastika;
• brezdimni smodnik;
• filmski trakovi in tako naprej.

Očitno je njen industrijski pomen velik. Da bi lahko določeno spojino uporabili v proizvodnji, jo je treba najprej ekstrahirati iz rastlin. To se naredi z dolgotrajnim kuhanjem lesa v posebnih napravah. Nadaljnja obdelava, pa tudi reagenti, ki se uporabljajo za prebavo, se razlikujejo. Obstaja več načinov:

• sulfit;
• nitrat;
• natrij;
• sulfat.

Po tej obdelavi izdelek še vedno vsebujenečistoče. Temelji na ligninu in hemicelulozi. Da se jih znebimo, maso obdelamo s klorom ali alkalijo.

V človeškem telesu ni takšnih bioloških katalizatorjev, ki bi lahko razgradili ta kompleksni biopolimer. Vendar so se nekatere živali (rastlinojedci) temu prilagodile. V želodcu imajo določene bakterije, ki to naredijo namesto njih. Mikroorganizmi v zameno prejmejo energijo za življenje in življenjski prostor. Ta oblika simbioze je izjemno koristna za obe strani.

guma

To je naravni polimer dragocenega gospodarskega pomena. Prvi ga je opisal Robert Cook, ki ga je odkril na enem od svojih potovanj. Zgodilo se je takole. Ko je pristal na otoku, ki ga naseljujejo njemu neznani domačini, so ga gostoljubno sprejeli. Njegovo pozornost so pritegnili lokalni otroci, ki so se igrali z nenavadnim predmetom. To sferično telo je brcnilo s tal in odskočilo visoko navzgor, nato pa se je vrnilo.

Ko je povprašal lokalno prebivalstvo, iz česa je ta igrača, je Cook izvedel, da se sok enega od dreves, hevea, strdi na ta način. Veliko kasneje se je izkazalo, da je to gumijasti biopolimer.

Kemična narava te spojine je znana - to je izopren, ki je bil podvržen naravni polimerizaciji. Gumijasta formula je (С₅Н₈) . Njegove lastnosti, zaradi katerih je tako zelo cenjen, so naslednje:

• elastičnost;
• odporen proti obrabi;
• električna izolacija;
• vodoodporen.

Vendar pa obstajajo tudi slabosti. Na mrazu postane krhka in krhka, na vročini pa lepljiva in viskozna. Zato je bilo potrebno sintetizirati analoge umetne ali sintetične baze. Danes se gume široko uporabljajo za tehnične in industrijske namene. Najpomembnejši izdelki, ki temeljijo na njih:

• gume;
• eboniti.

jantar

Je naravni polimer, saj je v svoji strukturi smola, njena fosilna oblika. Prostorska struktura je okvirni amorfni polimer. Je zelo vnetljiv in se lahko vžge s plamenom vžigalice. Ima luminiscenčne lastnosti. To je zelo pomembna in dragocena kakovost, ki se uporablja v nakitu. Nakit na osnovi jantarja je zelo lep in iskan.

Poleg tega se ta biopolimer uporablja tudi v medicinske namene. Uporablja se tudi za izdelavo brusnih papirjev, lakiranih premazov za različne površine.