Naravni polimer - formula in uporaba

Večina sodobnih gradbenih materialov, zdravil, tkiv, gospodinjskih predmetov, embalaže in potrošnega materiala so polimeri. To je cela skupina spojin z značilnimi značilnostmi. Veliko jih je, vendar kljub temu še vedno narašča število polimerov. Konec koncev, sintetični kemiki odkrivajo več novih snovi vsako leto. Istočasno je imel naraven polimer vedno pomemben pomen. Katere so neverjetne molekule? Kakšne so njihove lastnosti in kakšne so značilnosti? Na ta vprašanja bomo odgovorili v članku.

Polimeri: splošne značilnosti

Z vidika kemije se polimer šteje za molekulo, ki ima veliko molekulsko maso: od več tisoč do milijonov enot. Vendar pa poleg te značilnosti še nekaj več, glede na katere se snovi lahko natančno razvrstijo kot naravne in sintetične polimere. To so:

• nenehno ponavljajoče monomerne enote, ki so povezane z različnimi interakcijami;
• stopnja polimerizacije (to je število monomerov) mora biti zelo visoka, sicer se bo spojina štela za oligomer;
• definitivna prostorska usmerjenost makromolekule;
• niz pomembnih fizikalno-kemijskih lastnosti, ki so značilne samo za to skupino.

Na splošno je vsebnost polimerne narave enostavno ločiti od drugih. Edino je treba samo razumeti njegovo formulo, da bi to razumeli. Tipičen primer lahko služi vsem znanim polietilenom, ki se pogosto uporablja v vsakdanjem življenju in industriji. To je izdelek polimerizacijska reakcija, v katerem je nenasičen ogljikovodik etilen ali etilen. Reakcija v splošni obliki je zapisana takole:

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

Prav tako je na primer naravni polimer, ki je znan vsem, škrob. Poleg tega amlopektin, celuloza, piščančji protein in mnoge druge snovi spadajo v to skupino spojin.

Reakcije, zaradi katerih lahko nastanejo makromolekule, sta dve vrsti:

• polimerizacija;
• polikondenzacija.

Razlika je v tem, da so v drugem primeru produkti interakcije nizko-molekularni. Struktura polimera je lahko drugačna, odvisna je od atomov, ki ga tvorijo. Pogosto se srečujejo linearne oblike, vendar so tudi tridimenzionalne mreže zelo zapletene.

Če govorimo o silah in interakcijah, ki imajo monomerne povezave skupaj, potem lahko ugotovimo nekaj osnovnih:

• Van der Waalsove sile;
• kemične vezi (kovalentne, ionske);
• Elektrostatska interakcija.

Vse polimere ni mogoče združiti v eno kategorijo, saj imajo popolnoma drugačno naravo, način oblikovanja in opravljajo neenake funkcije. Njihove lastnosti se razlikujejo. Zato obstaja razvrstitev, ki omogoča, da se vsi predstavniki te skupine snovi razdelijo v različne kategorije. Lahko temelji na več znakih.

Razvrstitev polimerov

Če upoštevamo kvalitativno sestavo molekul, se lahko vse obravnavane snovi določijo v treh skupinah.

1. Ekološko - to so tisti, ki vključujejo atome ogljika, vodika, žvepla, kisika, fosforja, dušika. To so tisti elementi, ki so biogeni. Primeri vključujejo maso: polietilen, polivinilklorid, polipropilen, viskoza, najlon, naravni polimerni protein, nukleinske kisline ipd.
2. Organsko-organski - taki, ki vključujejo nekaj tujih anorganskih in ne biogeni element. Najpogosteje je silicij, aluminij ali titan. Primeri takih makromolekul so: organsko steklo, stekleni polimeri, kompozitni materiali.
3. Anorgansko - v središču verige so atomi silicija, ne ogljik. Radikali so lahko tudi del bočnih vej. Odkrili so jih šele pred kratkim, sredi 20. stoletja. Uporablja se v medicini, gradbeništvu, inženiringu in drugih industrijah. Primeri: silikon, cinabar.

Če delimo polimere po njihovem izvoru, lahko razlikujemo tri skupine.

1. Naravni polimeri, katerih uporaba je bila široko uveljavljena že od antike. To so takšne makromolekule, za katere se človek ni trudil. So proizvodi reakcij same narave. Primeri: svila, volna, beljakovine, nukleinske kisline, škrob, celuloza, usnje, bombaž in drugi.
2. Umetno. To so makromolekule, ki jih ustvarjajo ljudje, vendar temeljijo na naravnih analogih. To pomeni, da se lastnosti že obstoječega naravnega polimera preprosto izboljšajo in spremenijo. Primeri: umetni guma, guma.
3. Sintetični - to so polimeri, pri ustvarjanju katerih sodeluje samo človek. Za njih ni nobenih naravnih analogov. Znanstveniki razvijajo metode za sintetizacijo novih materialov, za katere bi bile značilne izboljšane tehnične značilnosti. Tako se rodijo sintetične polimerne spojine različnih vrst. Primeri: polietilen, polipropilen, viskoza, acetatno vlakno in tako naprej.

Obstaja še ena značilnost, ki je podlaga za ločevanje obravnavanih snovi v skupine. To je reaktivnost in toplotna stabilnost. V tem parametru sta dve kategoriji:

• termoplastični;
• termosetiranje.

Najstarejši, pomemben in še posebej dragocen je še vedno naravni polimer. Njene lastnosti so edinstvene. Zato bomo to kategorijo makromolekul upoštevali.

Katera snov je naravni polimer?

Če želite odgovoriti na to vprašanje, najprej oglejte vas. Kaj nas obdaja? Živimi organizmi okoli nas, ki hranijo, dihajo, razmnožujejo, cvetijo in dajejo sadje in semena. In kaj so z molekularnega vidika? To so povezave, kot so:

• beljakovine;
• nukleinske kisline;
• polisaharidi.

Torej, naravni polimer je vsaka od zgoraj navedenih spojin. Tako se izkaže, da življenje okoli nas obstaja samo zaradi prisotnosti teh molekul. Od davnih časov, ljudje uporabljajo gline, mešanice in rešitve za krepitev in gradnjo domov, tkane preje, volne, ki se uporablja za ustvarjanje bombažna oblačila, svile, volne in kože živali. Naravni organski polimeri spremlja človeka na vseh stopnjah svojega nastajanja in razvoja, in v mnogih pogledih mu je pomagal doseči rezultate, ki jih imamo danes.

Narava sama je dala vse, da je življenje ljudi čim bolj udobno. Sčasoma je bila odkrita guma, njegove bistvene lastnosti so bile razčiščene. Človek se je naučil uporabljati škrob za prehranske namene, v tehnični celulozi. Naravni polimer je tudi kafra, ki je znana tudi iz antičnih časov. Smole, proteini, nukleinske kisline so vsi primeri obravnavanih spojin.

Struktura naravnih polimerov

Vsi predstavniki tega razreda snovi niso razporejeni enako. Tako se lahko naravni in sintetični polimeri znatno razlikujejo. Njihove molekule so usmerjene tako, da so najbolj donosne in primerne za obstoj z energijskega vidika. Hkrati je veliko naravnih vrst sposobnih oteklin in njihova struktura se v procesu spreminja. Obstaja več najpogostejših variant verige:

• linearno;
• razvejani;
• stellate;
• ravno;
• mreža;
• trak;
• glavnik v obliki.

Umetni in sintetični predstavniki makromolekul imajo zelo veliko maso, veliko število atomov. Ustvarjeni so s posebej določenimi lastnostmi. Zato je njihova struktura prvotno načrtovala človek. Naravni polimeri so najpogosteje linearni ali mrežaste strukture.

Primeri naravnih makromolekul

Naravni in umetni polimeri so zelo blizu drug drugemu. Konec koncev, prvi postanejo osnova za njegovo ustanovitev. Primeri takšnih transformacij so številni. Tukaj je nekaj od njih.

1. Konvencionalna mleko bela plastika je proizvod, pridobljen s predelavo dušikove kisline celuloze z dodatkom naravnega kamfa. Reakcijska polimerizacija povzroči strjevanje nastanka polimera in pretvorbo v želeni produkt. Mehčalec - kamfor, omogoča, da se pri segrevanju mehča in spremeni njegova oblika.
2. Acetatna svila, baker-amoniak vlaken, viskoza so vsi primeri teh preje, vlaken, ki se proizvajajo na osnovi celuloze. Tkanine iz naravnega bombaža in perila niso tako močne, ne sijoče, zlahka so zmečkane. Toda umetni analogi njihovih pomanjkljivosti so prikrajšani, zaradi česar je njihova uporaba zelo privlačna.
3. Umetni kamni, gradbeni materiali, zmesi, usnjeni izdelki so tudi primeri polimerov, pridobljenih na osnovi naravnih surovin.

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

• rozin;
• jantar;
• škrob;
• amilopektin;
• celuloza;
• krzno;
• volna;
• bombaž;
• svila;
• cement;
• glina;
• apno;
• beljakovine;
• nukleinske kisline in tako naprej.

Očitno je, da je razred spojin, ki smo jih upoštevali, zelo številen, praktično pomemben in pomemben za ljudi. Zdaj bomo podrobneje preučili več predstavnikov naravnih polimerov, ki so v tem trenutku zelo zahtevni.

Svila in volna

Formula naravnega svilenega polimera je zapletena, ker je njena kemična sestava izražena z naslednjimi sestavinami:

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

Glavni protein je fibroin, vsebuje več vrst aminokislin. Če predstavljate svojo polipeptidno verigo, bo izgledal nekaj takega: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_n. In to je le del tega. Če si predstavljamo, da je struktura z van der Waalsove pridruži ne manj kompleksne molekule sericin beljakovin, ki jih zmešamo skupaj v enem konformaciji z voskom in maščob, je razumljivo, zakaj je težko opisati formule naravne svile.

Do danes večino tega izdelka dobavlja Kitajska, saj je v svojih prostorih glavni proizvajalec - sviloprejk. Prej, od najstarejših časov, je bila naravna svila zelo cenjena. Samo plemiški in bogati ljudje bi lahko privoščili obleko od njega. Danes številne značilnosti tega tkanina puščajo veliko željo. Na primer, močno magnetizira in drobci, poleg tega, če je na soncu, izgubi sijaj in zatemnitve. Zato je več pri uporabi umetnih derivatov na podlagi tega.

Volna je tudi naravni polimer, saj je produkt vitalne aktivnosti kože in lojnic žlez živali. Na osnovi tega beljakovinskega produkta se proizvaja pletenina, ki je kot svila dragocen material.

Škrob

Naravni polimerni škrob je proizvod rastlinskega izvora. Proizvajajo ga kot rezultat procesa fotosinteze in se kopičijo v različnih delih telesa. Njegova kemična sestava:

• amilopektin;
• amiloza;
• alfa-glukoze.

Prostorska struktura škroba je zelo razvejana, razpršena. Zahvaljujoč amilopektinu, ki je vključen v sestavo, je sposoben nabrekniti v vodo in se tako spremeniti v tako imenovano pasto. To koloidna raztopina ki se uporabljajo v tehniki in industriji. Zdravila, živilska industrija, proizvodnja lepil za ozadje so tudi področja uporabe te snovi.

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

• koruza;
• krompir;
• riž;
• pšenica;
• kasava;
• oves;
• ajde;
• banane;
• sirek.

Na podlagi tega biopolimera pečemo kruh, naredimo testenine, kuhamo žele, kašo in druge prehrambene izdelke.

Celuloza

Z vidika kemije je ta snov polimer, katerega sestava je izražena s formulo (C₆H₅O podjetju₅)_n. Monomerna povezava verige je beta-glukoza. Glavna mesta za ohranjanje 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;
• plastike;
• brez kadilnega prahu;
• film in tako naprej.

Očitno je, da je njegov industrijski pomen velik. Da bi ta spojina lahko bila uporabljena v proizvodnji, jo je treba najprej izvleči iz rastlin. To se naredi s podaljšanim kuhanjem lesa v posebnih napravah. Nadaljnja obdelava, pa tudi reagenti, uporabljeni za prebavo, so različni. Obstaja več načinov:

• sulfit;
• nitrat;
• natron;
• sulfat.

Po takšni obdelavi izdelek še vedno vsebuje nečistoče. Temelji na ligninu in hemicelulozi. Da bi jih znebili, se masa obdeluje s klorom ali alkalijami.

V človeškem telesu ni takšnih bioloških katalizatorjev, ki bi lahko razdelili ta kompleksen biopolimer. Vendar so se nekatere živali (rastlinojede živali) prilagodile temu. V želodcu se dolocijo nekatere bakterije, ki to storijo zanje. V zameno, mikroorganizmi dobijo energijo za življenje in življenjski prostor. Ta oblika simbioze je zelo koristna za obe strani.

Rubber

To je naravni polimer, ki ima dragoceno ekonomsko vrednost. Najprej ga je opisal Robert Cook, ki ga je odkril na enem od njegovih potovanj. Tako se je zgodilo. Ko so pristali na otoku, na katerem so živeli neznanci, ga je gostoljubno sprejel. Njegove pozornosti so pritegnili lokalni otroci, ki so igrali nenavaden predmet. Ta sferična telo je potisnila stran od tal in skočila visoko, nato pa se vrnila nazaj.

Na vprašanje lokalnega prebivalstva o tem, kaj je naredila ta igrača, je Cook ugotovil, da sok enega od dreves - Hevea - utrudi. Že kasneje je bilo ugotovljeno, da gre za biopolimerno gumo.

Kemična narava te spojine je znana - izopren, izpostavljena naravni polimerizaciji. Gumijasta formula (C₅H_{8. mesto})_n. Njegove lastnosti, zaradi katerih je tako zelo cenjeno, so:

• elastičnost;
• odpornost proti obrabi;
• električna izolacija;
• vodoodpornost.

Vendar pa obstajajo pomanjkljivosti. V mrazu postane krhka in krhka ter na vročini - lepljiva in lepljiva. Zato je bilo treba sintetizirati analoge umetne ali sintetične osnove. Danes se gume uporabljajo v tehničnih in industrijskih namene. Najpomembnejši izdelki, ki temeljijo na njih:

• guma;
• eboniti.

Amber

Je naravni polimer, saj v svoji strukturi predstavlja smolo, fosilno obliko. Prostorska struktura je okvirni amorfni polimer. Zelo vnetljivo, lahko ga osvetlite s plamenom tekmo. Ima lastnosti luminescence. To je zelo pomembna in dragocena kakovost, ki se uporablja v nakitnem poslovanju. Nakit, ki temelji na jantarju, je zelo lep in na zahtevo.

Poleg tega se ta biopolimer uporablja tudi v medicinske namene. Proizvaja tudi brusne papirje, lakne premaze za različne površine.