Natūralus polimeras – formulė ir pritaikymas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Dauguma šiandieninių statybinių medžiagų, vaistų, audinių, namų apyvokos reikmenų, pakuočių ir eksploatacinių medžiagų yra polimerai. Tai visa grupė junginių, turinčių būdingų skiriamųjų bruožų. Jų yra daug, tačiau nepaisant to, polimerų skaičius ir toliau auga. Juk sintetiniai chemikai kasmet atranda vis daugiau naujų medžiagų. Tuo pačiu metu tai buvo natūralus polimeras, kuris visada buvo ypač svarbus. Kas yra šios nuostabios molekulės? Kokios jų savybės ir kokios savybės? Į šiuos klausimus atsakysime straipsnio eigoje.

Polimerai: bendrosios charakteristikos

Chemijos požiūriu polimeras yra laikomas molekule, kurios molekulinė masė yra didžiulė: nuo kelių tūkstančių iki milijonų vienetų. Tačiau, be šios savybės, yra dar keletas, pagal kuriuos medžiagas galima priskirti prie natūralių ir sintetinių polimerų. Tai yra:

• nuolat pasikartojantys monomeriniai vienetai, kurie yra sujungti įvairiomis sąveikomis;
• polimerazės laipsnis (ty monomerų skaičius) turėtų būti labai didelisdidelis, kitaip junginys bus laikomas oligomeru;
• tam tikra makromolekulės erdvinė orientacija;
• svarbių fizinių ir cheminių savybių rinkinys, būdingas tik šiai grupei.

Apskritai polimerinę medžiagą gana lengva atskirti nuo kitų. Norint suprasti, tereikia pažvelgti į jo formulę. Tipiškas pavyzdys yra gerai žinomas polietilenas, plačiai naudojamas kasdieniame gyvenime ir pramonėje. Tai polimerizacijos reakcijos, į kurią patenka nesotusis angliavandenilis etenas arba etilenas, produktas. Reakcija bendra forma rašoma taip:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , kur n yra molekulių polimerizacijos laipsnis, rodantis, kiek monomerinių vienetų yra jos sudėtyje.

Taip pat kaip pavyzdį galima pateikti visiems gerai žinomą natūralų polimerą, tai yra krakmolas. Be to, šiai junginių grupei priklauso amilopektinas, celiuliozė, vištienos b altymai ir daugelis kitų medžiagų.

Reakcijos, kurios gali sudaryti makromolekules, yra dviejų tipų:

• polimerizacija;
• polikondensacija.

Skirtumas tas, kad antruoju atveju sąveikos produktai yra mažos molekulinės masės. Polimero struktūra gali būti skirtinga, tai priklauso nuo jį sudarančių atomų. Dažnai randamos linijinės formos, tačiau yra ir trimačių akių, kurios yra labai sudėtingos.

Jei kalbame apie jėgas ir sąveikas, kurios kartu laiko monomerų vienetus, galime išskirti keletą pagrindinių:

• Van Der Waalsstiprumas;
• cheminiai ryšiai (kovalentiniai, joniniai);
• elektrostatinė sąveika.

Visų polimerų negalima sujungti į vieną kategoriją, nes jie turi visiškai skirtingą pobūdį, formavimo būdą ir atlieka skirtingas funkcijas. Jų savybės taip pat skiriasi. Todėl yra klasifikacija, leidžianti suskirstyti visus šios medžiagų grupės atstovus į skirtingas kategorijas. Tai gali būti pagrįsta keliais ženklais.

Polimerų klasifikacija

Jei laikytume kokybinę molekulių sudėtį, tada visas nagrinėjamas medžiagas galima suskirstyti į tris grupes.

1. Organiniai – tai tie, kurie apima anglies, vandenilio, sieros, deguonies, fosforo, azoto atomus. Tai yra tie elementai, kurie yra biogeniški. Yra daug pavyzdžių: polietilenas, polivinilchloridas, polipropilenas, viskozė, nailonas, natūralus polimeras – b altymai, nukleorūgštys ir pan.
2. Elementalorganic – tie, kuriuose yra pašalinių neorganinių ir nebiogeninių elementų. Dažniausiai tai yra silicis, aliuminis arba titanas. Tokių makromolekulių pavyzdžiai: organinis stiklas, stiklo polimerai, kompozicinės medžiagos.
3. Neorganinė – grandinė pagrįsta silicio atomais, o ne anglies atomais. Radikalai taip pat gali būti šoninių šakų dalis. Jie buvo atrasti visai neseniai, XX amžiaus viduryje. Naudojamas medicinoje, statyboje, inžinerijoje ir kitose pramonės šakose. Pavyzdžiai: silikonas, cinabaras.

Jei atskirsite polimerus pagal kilmę, galitepasirinkite tris jų grupes.

1. Natūralūs polimerai, kurie plačiai naudojami nuo antikos laikų. Tai tokios makromolekulės, kurioms sukurti žmogus nedėjo jokių pastangų. Jie yra pačios gamtos reakcijų produktai. Pavyzdžiai: šilkas, vilna, b altymai, nukleorūgštys, krakmolas, celiuliozė, oda, medvilnė ir kt.
2. Dirbtinis. Tai makromolekulės, kurias sukuria žmogus, bet pagrįstos natūraliais analogais. Tai yra, jau esamo natūralaus polimero savybės tiesiog pagerinamos ir keičiamos. Pavyzdžiai: dirbtinė guma, guma.
3. Sintetiniai – tai polimerai, kurių kūrime dalyvauja tik žmogus. Natūralių analogų jiems nėra. Mokslininkai kuria naujų medžiagų sintezės metodus, kurie pagerintų technines charakteristikas. Taip gimsta įvairių rūšių sintetiniai polimerų junginiai. Pavyzdžiai: polietilenas, polipropilenas, viskozė, acetatinis pluoštas ir kt.

Yra dar viena savybė, pagal kurią nagrinėjamos medžiagos skirstomos į grupes. Tai yra reaktyvumas ir terminis stabilumas. Yra dvi šio parametro kategorijos:

• termoplastikas;
• termosas.

Seniausias, svarbiausias ir ypač vertingas vis dar yra natūralus polimeras. Jo savybės yra unikalios. Todėl toliau svarstysime šią konkrečią makromolekulių kategoriją.

Kokia medžiaga yra natūralus polimeras?

Norėdami atsakyti į šį klausimą, pirmiausia apsižvalgykime aplinkui. Kas mus supa?Mus supantys gyvi organizmai, kurie maitinasi, kvėpuoja, dauginasi, žydi ir gamina vaisius bei sėklas. Ir ką jie reprezentuoja molekuliniu požiūriu? Tai tokie ryšiai:

• b altymai;
• nukleorūgštys;
• polisacharidai.

Taigi, kiekvienas iš šių junginių yra natūralus polimeras. Taigi paaiškėja, kad gyvybė aplink mus egzistuoja tik dėl šių molekulių buvimo. Nuo seniausių laikų žmonės namų stiprinimui ir kūrimui naudojo molį, statybinius mišinius, skiedinius, iš vilnos pynė verpalus, drabužiams kurti naudojo medvilnę, šilką, vilną, gyvūnų odą. Natūralūs organiniai polimerai lydėjo žmogų visuose jo formavimosi ir vystymosi etapuose ir daugeliu atžvilgių padėjo jam pasiekti rezultatų, kuriuos turime šiandien.

Pati gamta atidavė viską, kad žmonių gyvenimas būtų kuo patogesnis. Laikui bėgant buvo atrasta guma, išaiškintos jos nuostabios savybės. Žmogus išmoko krakmolą naudoti maistui, o celiuliozę – techniniams tikslams. Kamparas taip pat yra natūralus polimeras, kuris taip pat žinomas nuo seniausių laikų. Dervos, b altymai, nukleino rūgštys – tai visi nagrinėjamų junginių pavyzdžiai.

Natūralių polimerų struktūra

Ne visų šios medžiagų klasės atstovų struktūra yra tokia pati. Taigi natūralūs ir sintetiniai polimerai gali labai skirtis. Jų molekulės orientuotos taip, kad energetiniu požiūriu būtų naudingiausia ir patogiausia egzistuoti. Tuo pačiu metu daugelis natūralių rūšių gali išsipūsti, o jų struktūra keičiasi. Yra keli dažniausiai pasitaikantys grandinės struktūros variantai:

• linijinis;
• išsišakojęs;
• žvaigždės formos;
• butas;
• tinklelis;
• juosta;
• šukos formos.

Dirbtiniai ir sintetiniai makromolekulių atstovai turi labai didelę masę, didžiulį atomų skaičių. Jie sukurti su specialiai nurodytomis savybėmis. Todėl jų struktūrą iš pradžių suplanavo žmogus. Natūralūs polimerai dažniausiai yra linijinės arba tinklinės struktūros.

Natūralių makromolekulių pavyzdžiai

Natūralūs ir dirbtiniai polimerai yra labai arti vienas kito. Juk pirmasis tampa antrosios kūrimo pagrindu. Tokių transformacijų pavyzdžių yra daug. Štai keletas iš jų.

1. Paprastas pieno b altumo plastikas yra produktas, gaunamas apdorojant celiuliozę azoto rūgštimi, pridedant natūralaus kamparo. Polimerizacijos reakcijos metu gautas polimeras sukietėja ir tampa norimu produktu. O plastifikatorius kamparas leidžia suminkštėti kaitinant ir pakeisti formą.
2. Acetatinis šilkas, vario ir amoniako pluoštas, viskozė yra tų siūlų, pluoštų, kurie gaunami iš celiuliozės, pavyzdžiai. Audiniai iš natūralios medvilnės ir lino nėra tokie patvarūs, neblizga, lengvai susiglamžo. Tačiau dirbtiniai jų analogai neturi šių trūkumų, todėl jų naudojimas yra labai patrauklus.
3. Dirbtiniai akmenys, statybinės medžiagos, mišiniai, odos pakaitalaiTaip pat žr. polimerų, gautų iš natūralių žaliavų, pavyzdžius.

Medžiaga, kuri yra natūralus polimeras, taip pat gali būti naudojama tikra forma. Taip pat yra daug tokių pavyzdžių:

• kanifolija;
• gintaras;
• krakmolas;
• amilopektinas;
• celiuliozė;
• kailis;
• vilna;
• medvilnė;
• šilkas;
• cementas;
• molis;
• kalkės;
• b altymai;
• nukleorūgštys ir pan.

Akivaizdu, kad mūsų svarstoma junginių klasė yra labai didelė, praktiškai svarbi ir reikšminga žmonėms. Dabar atidžiau pažvelkime į keletą natūralių polimerų atstovų, kurie šiuo metu yra labai paklausūs.

Šilkas ir vilna

Natūralaus šilko polimero formulė yra sudėtinga, nes jo cheminė sudėtis išreiškiama šiais komponentais:

• fibroinas;
• sericinas;
• vaškai;
• riebalai.

Pačiame pagrindiniame b altyme – fibroine – yra kelių rūšių aminorūgščių. Jei įsivaizduojate jo polipeptidinę grandinę, ji atrodys maždaug taip: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Ir tai tik dalis. Jei įsivaizduotume, kad prie šios struktūros van der Waals jėgų pagalba yra prijungta vienodai sudėtinga sericino b altymo molekulė, kuri kartu su vašku ir riebalais susimaišo į vieną konformaciją, tada aišku, kodėl sunku pavaizduoti formulę. natūralaus šilko.

ŠiandienŠiandien didžiąją dalį šio produkto tiekia Kinija, nes jos atvirose erdvėse yra natūrali pagrindinio gamintojo – šilkaverpių – buveinė. Anksčiau, nuo seniausių laikų, natūralus šilkas buvo labai vertinamas. Drabužius iš jos galėjo leisti tik kilmingi, turtingi žmonės. Šiandien daugelis šio audinio savybių palieka daug norimų rezultatų. Pavyzdžiui, jis yra labai įmagnetintas ir susiraukšlėjęs, be to, praranda blizgesį ir blunka nuo saulės poveikio. Todėl juo pagrįsti dirbtiniai dariniai yra labiau naudojami.

Vilna taip pat yra natūralus polimeras, nes ji yra gyvūnų odos ir riebalinių liaukų atliekos. Šio b altyminio produkto pagrindu gaminami mezginiai, kurie, kaip ir šilkas, yra vertinga medžiaga.

Krakmolas

Natūralus polimerinis krakmolas yra augalų atliekų produktas. Jie jį gamina kaip fotosintezės proceso rezultatą ir kaupiasi įvairiose kūno dalyse. Jo cheminė sudėtis:

• amilopektinas;
• amilozė;
• alfa-gliukozė.

Erdvinė krakmolo struktūra yra labai šakota, netvarkinga. Dėl sudėtyje esančio amilopektino jis gali išsipūsti vandenyje, virsdamas vadinamąja pasta. Šis koloidinis tirpalas naudojamas inžinerijoje ir pramonėje. Medicina, maisto pramonė, tapetų klijų gamyba taip pat yra šios medžiagos naudojimo sritys.

Tarp augalų, kuriuose yra didžiausias krakmolo kiekis, galime išskirti:

• kukurūzai;
• bulvės;
• ryžiai;
• kviečiai;
• kasava;
• avižos;
• grikiai;
• bananai;
• sorgas.

Šio biopolimero pagrindu kepama duona, gaminami makaronai, verdami kisieliai, dribsniai ir kiti maisto produktai.

Pulp

Chemijos požiūriu ši medžiaga yra polimeras, kurio sudėtis išreiškiama formule (C₆H_{5 O} 5_{) . Monomerinė grandis grandinėje yra beta gliukozė. Pagrindinės celiuliozės turinio vietos yra augalų ląstelių sienelės. Štai kodėl mediena yra vertingas šio junginio š altinis.}

Celiuliozė yra natūralus polimeras, turintis linijinę erdvinę struktūrą. Jis naudojamas šių tipų produktams gaminti:

• celiuliozės ir popieriaus gaminiai;
• dirbtinis kailis;
• skirtingų tipų dirbtiniai pluoštai;
• medvilnė;
• plastikas;
• bedūminiai milteliai;
• filmų juostos ir pan.

Akivaizdu, kad jo pramoninė reikšmė yra didelė. Tam, kad tam tikras junginys būtų naudojamas gamyboje, pirmiausia jis turi būti išgaunamas iš augalų. Tai atliekama ilgai verdant medieną specialiuose įrenginiuose. Tolesnis apdorojimas, taip pat reagentai, naudojami virškinimui, skiriasi. Yra keli būdai:

• sulfitas;
• nitratas;
• natris;
• sulfatas.

Po šio gydymo produkto vis dar yrapriemaišų. Jo pagrindą sudaro ligninas ir hemiceliuliozė. Norint jų atsikratyti, masė apdorojama chloru arba šarmu.

Žmogaus kūne nėra tokių biologinių katalizatorių, kurie galėtų suskaidyti šį sudėtingą biopolimerą. Tačiau kai kurie gyvūnai (žolėdžiai) prie to prisitaikė. Jų skrandyje yra tam tikrų bakterijų, kurios tai daro už juos. Už tai mikroorganizmai gauna energijos gyvybei ir buveinei. Ši simbiozės forma itin naudinga abiem pusėms.

Gumos

Tai natūralus polimeras, turintis ekonominę reikšmę. Pirmą kartą jį aprašė Robertas Cookas, atradęs jį vienoje iš savo kelionių. Tai atsitiko taip. Nusileidęs į salą, kurioje gyveno jam nežinomi vietiniai gyventojai, jis buvo svetingai jų priimtas. Jo dėmesį patraukė vietiniai vaikai, kurie žaidė su neįprastu daiktu. Šis sferinis kūnas nukrito nuo grindų ir šoko aukštyn, tada grįžo atgal.

Paklausęs vietos gyventojų, iš ko pagamintas šis žaislas, Kukas sužinojo, kad tokiu būdu sukietėja vieno iš medžių, hevea, sultys. Daug vėliau buvo išsiaiškinta, kad tai yra gumos biopolimeras.

Šio junginio cheminė prigimtis yra žinoma – tai izoprenas, kuris buvo natūraliai polimerizuotas. Gumos formulė yra (С₅Н₈) . Jo savybės, dėl kurių jis yra labai vertinamas, yra šios:

• elastingumas;
• atsparus dilimui;
• elektros izoliacija;
• atsparus vandeniui.

Tačiau yra ir trūkumų. Š altyje jis tampa trapus ir trapus, o karštyje - lipnus ir klampus. Štai kodėl atsirado būtinybė sintetinti dirbtinės ar sintetinės bazės analogus. Šiandien gumos plačiai naudojamos techniniams ir pramoniniams tikslams. Svarbiausi produktai pagal juos:

• gumos;
• ebonitai.

Gintaras

Tai natūralus polimeras, nes savo struktūra yra derva, iškastinė forma. Erdvinė struktūra yra karkasinis amorfinis polimeras. Jis labai degus ir gali būti uždegtas degtuko liepsna. Jis turi liuminescencinių savybių. Tai labai svarbi ir vertinga savybė, kuri naudojama papuošaluose. Papuošalai iš gintaro yra labai gražūs ir paklausūs.

Be to, šis biopolimeras taip pat naudojamas medicinos reikmėms. Taip pat naudojamas švitriniam popieriui, įvairių paviršių lako dangoms gaminti.