Naturlig polymer - formel og anvendelse

Mesteparten av den moderne konstruksjonenmaterialer, stoffer, vev, husholdningsartikler, emballasje og forbruksvarer er polymerer. Dette er en hel gruppe forbindelser med karakteristiske særegne egenskaper. Det er mange av dem, men til tross for dette fortsetter antall polymerer å vokse. Tross alt oppdager syntetiske kjemikere flere og flere nye stoffer hvert år. Samtidig hadde naturlig polymer til enhver tid en spesiell betydning. Hva er disse fantastiske molekylene? Hva er deres egenskaper og hva er funksjonene? Vi vil svare på disse spørsmålene i løpet av artikkelen.

Polymerer: generelle egenskaper

Fra kjemisk synspunkt er det vanlig å vurdere polymeret molekyl som har en enorm molekylær masse: fra noen få tusen til millioner enheter. Men i tillegg til denne funksjonen er det flere flere, ifølge hvilke stoffer kan klassifiseres akkurat som naturlige og syntetiske polymerer. Disse er:

• konstant gjentatte monomere enheter, som er forbundet ved hjelp av forskjellige interaksjoner;
• Graden av polymerisering (det vil si antall monomerer) må være veldig høy, ellers vil forbindelsen bli betraktet som en oligomer;
• bestemt romlig orientering av makromolekylen;
• et sett av viktige fysisk-kjemiske egenskaper, karakteristisk bare for denne gruppen.

Generelt er stoffet av polymer natur skilt fraandre er lett nok. Man må bare se på sin formel for å forstå dette. Et typisk eksempel kan tjene all kjent polyetylen, mye brukt i hverdagen og industrien. Det er produktet av en polymerisasjonsreaksjon i hvilken et umettet hydrokarbon av eten eller etylen kommer inn. Reaksjonen i generell form er skrevet som følger:

n-CH₂= CH₂→ (-CH-CH-)_n, hvor n er graden av polymerisering av molekylene, og viser hvor mange av monomerene som er inkludert i sammensetningen.

Også, som et eksempel, naturligEn polymer som er kjent for alle, er stivelse. I tillegg tilhører amylopektin, cellulose, kyllingprotein og mange andre stoffer denne gruppen av forbindelser.

Reaksjoner, som et resultat av hvilke makromolekyler kan danne, er av to typer:

• polymerisering;
• polykondensasjon.

Forskjellen er at i andre tilfelle, produkterinteraksjoner er lav molekylvekt. Strukturen av polymeren kan være forskjellig, det avhenger av atomer som danner det. Linjære former oppstår ofte, men det er også tredimensjonale masker, svært komplekse.

Hvis vi snakker om de krefter og samspill som holder de monomere koblingene sammen, kan vi identifisere noen få grunnleggende:

• Van der Waals styrker;
• kjemiske bindinger (kovalent, ionisk);
• Elektronostatisk interaksjon.

Alle polymerer kan ikke kombineres til en kategori,siden de har en helt annen natur, en form for formasjon og utføre ulik funksjon. Deres egenskaper varierer også. Derfor er det en klassifisering som gjør at alle representanter for denne gruppen av stoffer kan deles inn i forskjellige kategorier. Det kan være basert på flere tegn.

Klassifisering av polymerer

Hvis vi tar utgangspunkt i den kvalitative sammensetningen av molekylene, kan alle de aktuelle stoffene bestemmes i tre grupper.

1. Organisk - disse er de som inkludererkarbonatomer, hydrogen, svovel, oksygen, fosfor, nitrogen. Det er de elementene som er biogene. Eksempler inkluderer masse: polyetylen, polyvinylklorid, polypropylen, viskose, nylon, naturlig polymer-protein, nukleinsyrer og så videre.
2. Elementorganichnye - slik i hvilken strukturDet er noe uorganisk og ikke-biogent element. Ofte er det silisium, aluminium eller titan. Eksempler på slike makromolekyler er: organisk glass, glasspolymerer, komposittmaterialer.
3. Uorganisk - i hjertet av kjeden er atomersilisium, ikke karbon. Radikalene kan også være en del av laterale grener. De ble oppdaget bare nylig, i midten av det 20. århundre. Brukt i medisin, bygg, ingeniør og andre næringer. Eksempler: silikon, cinnabar.

Hvis vi deler polymerer av opprinnelse, kan vi skille tre grupper av dem.

1. Naturlige polymerer, anvendelsen av hvilken er allmentble utført fra selve antikken. Disse er slike makromolekyler, for etableringen av hvilken mannen ikke gjorde noe arbeid. De er produkter av naturens reaksjoner. Eksempler: silke, ull, protein, nukleinsyrer, stivelse, cellulose, lær, bomull og andre.
2. Kunstige.Dette er makromolekyler som er skapt av mennesker, men basert på naturlige analoger. Det vil si at egenskapene til den allerede eksisterende naturlige polymeren bare forbedres og endres. Eksempler: kunstig gummi, gummi.
3. Syntetisk er slike polymerer, i skapelsensom bare personen deltar. Det er ingen naturlige analoger for dem. Forskere utvikler metoder for å syntetisere nye materialer med forbedrede tekniske egenskaper. Slik blir syntetiske polymerforbindelser av forskjellige slag født. Eksempler: polyetylen, polypropylen, rayon, acetatfiber, etc.

Det er en funksjon som ligger til grunn for inndelingen av stoffene som vurderes i grupper. Dette er reaktivitet og termisk stabilitet. Det er to kategorier for denne parameteren:

• termoplast;
• termohærdende.

Den eldste, viktigste og spesielt verdifulle er den naturlige polymeren. Dens egenskaper er unike. Derfor vil vi nærmere vurdere denne spesielle kategorien av makromolekyler.

Hvilket stoff er en naturlig polymer?

For å svare på dette spørsmålet, la oss først se tilbakerundt deg. Hva omgir oss? Levende organismer rundt oss som mater, puster, formerer seg, blomstrer og produserer frukt og frø. Og hva er de sett fra et molekylært synspunkt? Dette er forbindelser som:

• proteiner;
• nukleinsyrer;
• polysakkarider.

Så, hver av den naturlige polymeren erde gitte forbindelsene. Dermed viser det seg at livet rundt oss bare eksisterer på grunn av tilstedeværelsen av disse molekylene. Siden eldgamle tider har folk brukt leire, bygningsblandinger og mørtel for å styrke og skape en bolig, vevd garn av ull, brukt bomull, silke, ull og dyrehud til å lage klær. Naturlige organiske polymerer fulgte mennesket i alle stadier av dannelsen og utviklingen, og hjalp ham på mange måter med å oppnå de resultatene vi har i dag.

Naturen selv ga alt for å sikre at livetfolk var så komfortable som mulig. Over tid ble gummi oppdaget, og dets bemerkelsesverdige egenskaper ble funnet ut. Mennesket har lært å bruke stivelse til mat, og cellulose til tekniske formål. Kamfer er også en naturlig polymer, som også har vært kjent siden antikken. Harpiks, proteiner, nukleinsyrer er alle eksempler på antatte forbindelser.

Strukturen til naturlige polymerer

Ikke alle representanter for denne klassen av stofferer ordnet på samme måte. Dermed kan naturlige og syntetiske polymerer variere betydelig. Molekylene deres er orientert på en slik måte at de gjør deres eksistens så lønnsom og praktisk som mulig fra et energisk synspunkt. Dessuten er mange naturlige arter i stand til å hovne opp og deres struktur endres i prosessen. Flere av de vanligste kjedestrukturalternativene kan skilles ut:

• lineær;
• forgrenet;
• stjerneformet;
• flat;
• mesh;
• båndet;
• kamformet.

Kunstige og syntetiske representantermakromolekyler har en veldig stor masse, et stort antall atomer. De er laget med spesialspesifiserte egenskaper. Derfor ble strukturen deres opprinnelig planlagt av mennesket. Naturlige polymerer er oftest enten lineære eller retikulerte i sin struktur.

Eksempler på naturlige makromolekyler

Naturlige og kunstige polymerer er veldig nær hverandre. Tross alt blir den første grunnlaget for opprettelsen av den andre. Det er mange eksempler på slike transformasjoner. Her er noen av dem.

1. Den vanlige melkehvite plasten eret produkt oppnådd ved å behandle cellulose med salpetersyre med tilsetning av naturlig kamfer. Polymerisasjonsreaksjonen fører til størkning av den resulterende polymer og transformasjon til ønsket produkt. Og mykneren - kamfer, gjør at den kan mykne opp ved oppvarming og endre form.
2. Acetatsilke, kobber-ammoniakkfiber, viskose- alt dette er eksempler på disse trådene, fibrene som oppnås på grunnlag av cellulose. Stoffer laget av naturlig bomull og lin er ikke så sterke, ikke skinnende, lett krøllete. Men de kunstige analogene til dem er blottet for disse manglene, noe som gjør bruken av dem veldig attraktiv.
3. Kunstige steiner, bygningsmaterialer, blandinger, kunstlær er også eksempler på polymerer hentet fra naturlige råvarer.

Stoffet, som er en naturlig polymer, kan brukes i sin sanne form. Det er også mange slike eksempler:

• rosin;
• rav;
• stivelse;
• amylopektin;
• cellulose;
• pels;
• ull;
• bomull;
• silke;
• sement;
• leire;
• kalk;
• proteiner;
• nukleinsyrer og så videre.

Tydeligvis den klassen vi vurdererforbindelser er veldig mange, praktisk viktige og viktige for mennesker. La oss nå se nærmere på flere representanter for naturlige polymerer, som det er veldig etterspurt på nåværende tidspunkt.

Silke og ull

Formelen til den naturlige polymeren av silke er kompleks fordi dens kjemiske sammensetning uttrykkes av følgende komponenter:

• fibroin;
• sericin;
• voks;
• fett.

Selve hovedproteinet, fibroin, inneholder flere typer aminosyrer. Hvis du forestiller deg polypeptidkjeden, vil den se ut slik: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_n. Og dette er bare en del av det.Hvis vi forestiller oss at et like komplekst proteinmolekyl sericin er festet til denne strukturen ved hjelp av van der Waals-krefter, sammen blir de blandet til en enkelt konformasjon med voks og fett, så er det klart hvorfor det er vanskelig å skildre formelen til naturlig silke.

Til dags dato er det meste av detteProduktet leveres av Kina, fordi det i det store omfanget er et naturlig habitat for hovedprodusenten - silkeormen. Tidligere, fra de eldgamle tider, ble naturlig silke høyt verdsatt. Bare edle, rike mennesker hadde råd til klær fra den. I dag lar mange av egenskapene til dette stoffet være mye å være ønsket. For eksempel er den sterkt magnetisert og rynket, i tillegg mister den glansen og blekner fra eksponering for solen. Derfor er kunstige derivater basert på den mer i bruk.

Ull er også en naturlig polymer sidener et avfallsprodukt fra hud og talgkjertler fra dyr. På grunnlag av dette proteinproduktet lages det strikkevarer, som i likhet med silke er et verdifullt materiale.

stivelse

Naturlig polymerstivelse er et planteavfallsprodukt. De produserer den gjennom prosessen med fotosyntese og akkumulerer den i forskjellige deler av kroppen. Dens kjemiske sammensetning:

• amylopektin;
• amylose;
• alfaglukose.

Den romlige strukturen til stivelse er veldigforgrenet, uordnet. Takket være amylopektinet som er inkludert i sammensetningen, er det i stand til å svelle i vann og bli til en såkalt pasta. Denne kolloidale løsningen brukes i ingeniørfag og industri. Medisin, næringsmiddelindustrien og produksjon av tapetlim er også bruksområder for dette stoffet.

Blant plantene som inneholder maksimal mengde stivelse, kan man skille:

• korn;
• poteter,
• ris;
• hvete;
• kassava;
• havre;
• bokhvete;
• bananer;
• sorghum.

På grunnlag av denne biopolymeren bakes brød, pasta lages, gelé, frokostblandinger og andre matvarer kokes.

cellulose

Fra kjemisk synspunkt er dette stoffet en polymer, hvis sammensetning uttrykkes med formelen (C₆H₅Oh₅)_n... Monomerleddet i kjeden er beta-glukose. De viktigste stedene med celluloseinnhold er celleveggene til planter. Derfor er tre en verdifull kilde til denne forbindelsen.

Cellulose er en naturlig polymer som har en lineær romlig struktur. Den brukes til produksjon av følgende typer produkter:

• papirmasse og papirprodukter;
• kunstig pels;
• forskjellige typer kunstige fibre;
• bomull;
• plast;
• røykfritt pulver;
• filmstrimler og så videre.

Det er åpenbart at dens industrielle betydning er stor.For at denne forbindelsen skal kunne brukes i produksjonen, må den først ekstraheres fra planter. Dette gjøres ved langvarig matlaging av tre i spesielle enheter. Videre behandling så vel som reagensene som brukes til fordøyelsen varierer. Det er flere måter:

• sulfitt;
• nitrat;
• natronny;
• sulfat.

Etter denne behandlingen inneholder produktet fortsatt urenheter. Den er basert på lignin og hemicellulose. For å kvitte seg med dem blir massen behandlet med klor eller alkali.

I menneskekroppen er det ingen slikebiologiske katalysatorer som ville være i stand til å bryte ned denne komplekse biopolymeren. Noen dyr (planteetere) har imidlertid tilpasset seg dette. Visse bakterier legger seg i magen som gjør det for dem. Til gjengjeld mottar mikroorganismer energi for liv og habitat. Denne formen for symbiose er ekstremt gunstig for begge parter.

Gummi

Det er en naturlig polymer med verdifulløkonomisk verdi. Det ble først beskrevet av Robert Cook, som oppdaget det på en av sine reiser. Det skjedde slik. Etter å ha landet på en øy hvor innfødte ukjente for ham bodde, ble han møtt med gjestfrihet av dem. Hans oppmerksomhet ble tiltrukket av lokale barn som lekte med en uvanlig gjenstand. Denne sfæriske kroppen presset av gulvet og spratt høyt opp, og kom tilbake.

Etter å ha spurt lokalbefolkningen om hva dette leketøyet var laget av, lærte Cook at det er slik saften til et av trærne, Hevea, stivner. Mye senere ble det funnet ut at dette er en biopolymergummi.

Den kjemiske naturen til denne forbindelsen er kjent - det er isopren som har gjennomgått naturlig polymerisering. Gummiformel (C₅H₈)_n... Dens egenskaper, takket være hvilken den er så høyt verdsatt, er som følger:

• elastisitet;
• slitasje motstand;
• elektrisk isolasjon;
• vannmotstand.

Imidlertid er det også ulemper.I kulde blir den sprø og sprø, og i varmen - klebrig og tøff. Derfor ble det nødvendig å syntetisere analoger av en kunstig eller syntetisk base. I dag er gummi mye brukt til tekniske og industrielle formål. De viktigste produktene basert på dem:

• gummi;
• ebonitter.

rav

Det er en naturlig polymer, fordi denstrukturen representerer harpiks, dens fossile form. Den romlige strukturen er en amorf rammepolymer. Det er svært brannfarlig og kan antennes med en fyrstikkflamme. Har luminescensegenskaper. Dette er en veldig viktig og verdifull kvalitet som brukes i smykker. Ravsmykker er veldig vakre og etterspurte.

I tillegg brukes denne biopolymeren til medisinske formål. Sandpapir, lakkbelegg for forskjellige overflater er laget av det.