Prirodni polimer - formula i primjena

Većina suvremenih građevinskih materijala, lijekova, tkiva, predmeta za kućanstvo, ambalaže i potrošnog materijala su polimeri. Ovo je čitava skupina spojeva s karakterističnim karakterističnim osobinama. Mnogo ih je, ali unatoč tome broj polimera i dalje raste. Uostalom, sintetički kemičari svake godine otkrivaju sve više i više novih tvari. Istodobno, prirodni polimer je imao poseban značaj u svakom trenutku. Koje su ove nevjerojatne molekule? Koja su njihova svojstva i kakve su značajke? Na ta pitanja ćemo odgovoriti tijekom članka.

Polimeri: opće karakteristike

Sa stajališta kemije, polimer se smatra molekula koja ima veliku molekularnu težinu od nekoliko tisuća do milijuna jedinica. Međutim, pored ove značajke, postoji još nekoliko, prema kojima se tvari mogu klasificirati upravo kao prirodni i sintetički polimeri. To su:

• stalno ponavljanje monomernih jedinica, koje su povezane pomoću različitih interakcija;
• stupanj polimerizacije (tj. broj monomera) mora biti vrlo visok, inače se spoj smatra oligomom;
• određena prostorna orijentacija makromolekule;
• skup važnih fizikalno-kemijskih svojstava, karakterističnih samo za ovu skupinu.

Općenito, supstanca polimerne prirode lako se razlikuje od ostalih. Moramo pogledati njegovu formulu da to shvatimo. Tipičan primjer može poslužiti svim poznatim polietilenom, široko korištenim u svakodnevnom životu i industriji. To je proizvod reakcija polimerizacije, u kojemu je nezasićeni ugljikovodik etilen ili etilen. Reakcija u općem obliku napisana je kako slijedi:

n-CH₂= CH₂→ (-CH = CH-)_n, gdje je n stupanj polimerizacije molekula, koji pokazuje koliko je monomernih jedinica uključeno u njegov sastav.

Također, kao primjer, prirodni polimer, koji je svima dobro poznat, je škrob. Dodatno, ove skupine spojeva pripadaju amilopektinu, celulozi, pilećem proteinu i mnogim drugim tvarima.

Reakcije, kao posljedica kojih mogu nastati makromolekule, su dvije vrste:

• polimerizacije;
• polikondenzacije.

Razlika je u tome što u drugom slučaju proizvodi interakcije su nisko molekularni. Struktura polimera može biti različita, ovisno o atomima koji ga oblikuju. Često se susreću linearni oblici, ali postoje i trodimenzionalne mreže, vrlo složene.

Ako govorimo o sili i interakcijama koje zajedno drže monomerne veze, možemo identificirati nekoliko osnovnih:

• Van der Waalsove snage;
• kemijske veze (kovalentne, ionske);
• Interakcija elektroostatike.

Svi polimeri ne mogu se kombinirati u jednu kategoriju, budući da imaju potpuno drugačiju prirodu, način oblikovanja i obavljaju nejednake funkcije. Njihova se svojstva također razlikuju. Stoga postoji klasifikacija koja omogućuje da se svi predstavnici ove skupine tvari podijele u različite kategorije. Može se temeljiti na nekoliko znakova.

Razvrstavanje polimera

Ako uzmemo kao osnovu kvalitativni sastav molekula, sve tvari koje se razmatraju mogu se odrediti u tri skupine.

1. Organski - to su oni koji uključuju atome ugljika, vodika, sumpora, kisika, fosfora, dušika. To jest, oni elementi koji su biogen. Primjeri su polietilen, polivinil klorid, polipropilen, najlon, rajona, prirodni polimer - bjelančevina, nukleinske kiseline i tako dalje.
2. Organo-organski - takvi, koji uključuju neke neobične anorganske i ne biogen element. Najčešće je silicij, aluminij ili titan. Primjeri takvih makromolekula su: organsko staklo, stakleni polimeri, kompozitni materijali.
3. Anorganske - u srcu lanca su atomi silicija, a ne ugljik. Radikali također mogu biti dio bočnih grana. Oni su otkriveni tek nedavno, sredinom 20. stoljeća. Koristi se u medicini, građevinarstvu, inženjeringu i drugim industrijama. Primjeri: silikon, cinabar.

Ako podijelimo polimere po njihovom podrijetlu, možemo razlikovati tri skupine od njih.

1. Prirodni polimeri, čija primjena je široko primijenjena od antike. To su takve makromolekule, za čije stvaranje čovjek nije trudio. Oni su proizvodi reakcija same prirode. Primjeri: svila, vuna, proteini, nukleinske kiseline, škrob, celuloza, koža, pamuk i drugi.
2. Umjetna. To su makromolekule koje stvaraju ljudi, ali na temelju prirodnih analoga. To znači da svojstva postojećeg prirodnog polimera jednostavno poboljšavaju i mijenjaju. Primjeri: umjetni gumu, gumu.
3. Sintetika - to su polimeri, u čijem stvaranju sudjeluje samo čovjek. Nema prirodnih analoga za njih. Znanstvenici razvijaju metode za sintetizaciju novih materijala koji bi bili obilježeni poboljšanim tehničkim karakteristikama. Tako nastaju sintezni polimerni spojevi raznih vrsta. Primjeri: polietilen, polipropilen, viskoza, acetat i tako dalje.

Postoji još jedna značajka koja podrazumijeva odvajanje razmatranih tvari u skupine. Ovo je reaktivnost i toplinska stabilnost. U ovom su parametru dvije kategorije:

• termoplastični;
• Duromeri.

Najstariji, važniji i osobito vrijedan je još uvijek prirodni polimer. Njegova svojstva su jedinstveni. Stoga ćemo razmotriti ovu kategoriju makromolekula.

Koja je supstanca prirodni polimer?

Da biste odgovorili na ovo pitanje, prvo pogledajte oko sebe. Što nas okružuje? Živi organizmi oko nas koji hrane, dišu, reprodukciju, cvjetanje i voće i sjeme. A što su oni s molekularne točke gledišta? To su takve veze kao:

• proteina;
• nukleinske kiseline;
• polisaharide.

Dakle, prirodni polimer je svaki od gornjih spojeva. Tako se ispostavlja da život oko nas postoji samo zbog prisustva ovih molekula. Od davnina, ljudi su se glina, mješavine i rješenja za jačanje i izgradnja domova, tkani pređe, vune, koja se koristi za izradu pamučne odjeće, svila, vuna i kožu životinja. Prirodni organski polimeri prati čovjeka u svim fazama njegovog oblikovanja i razvoja, te na mnoge načine pomogao da postignu rezultate koje imamo danas.

Priroda sama je dala sve kako bi se osiguralo da život ljudi bude što udobniji. S vremenom je otkrivena guma, razjašnjena su njegova izvanredna svojstva. Čovjek je naučio koristiti škrob za hranu, u tehničkoj celulozi. Prirodni polimer je također kamfor, koji je poznat još iz davnih vremena. Smole, proteini, nukleinske kiseline su svi primjeri spojeva koji se razmatraju.

Struktura prirodnih polimera

Nisu svi predstavnici ove klase tvari raspoređeni jednako. Dakle, prirodni i sintetički polimeri mogu značajno varirati. Njihove molekule su orijentirane tako da je najprofitabilnije i pogodnije postojati sa energetskog gledišta. Istodobno, mnoge prirodne vrste mogu oticati i njihova struktura varira u tom procesu. Postoji nekoliko najčešćih varijanti strukture lanca:

• linearan;
• razgranata;
• zvjezdastih;
• ravan;
• mesh;
• vrpca;
• češalj.

Umjetni i sintetički predstavnici makromolekula imaju vrlo veliku masu, veliki broj atoma. Oni su stvoreni s posebno specificiranim svojstvima. Stoga je njihova struktura u početku planirana od strane čovjeka. Prirodni polimeri najčešće su linearni ili mrežaste strukture.

Primjeri prirodnih makromolekula

Prirodni i umjetni polimeri vrlo su međusobno bliski. Uostalom, prvo je postalo osnova za stvaranje potonjeg. Primjeri takvih transformacija su mnogi. Evo nekih od njih.

1. Konvencionalna mliječno-bijela plastika je proizvod dobiven obradom dušične kiseline celuloze uz dodatak prirodnog kamfora. Reakcija polimerizacije dovodi do skrućivanja dobivenog polimera i prevođenja u željeni produkt. Plastifikator - kamfor, čini ga omekšati kad se grije i mijenja svoj oblik.
2. Acetat svila, cuprammonium vlakana, viskoza - primjeri su nitima, vlaknima, koji se dobivaju na osnovi celuloze. Tkanine od prirodnog pamuka i posteljine nisu toliko jake, ne sjajne, lako su zgužvane. Ali umjetni analozi svojih nedostataka lišeni su, što njihovu upotrebu privlači.
3. Umjetni kamen, građevni materijali, mješavine, umjetna tkanina također su primjeri polimera dobivenih na osnovi prirodnih sirovina.

Tvar koja je prirodni polimer može se koristiti u svom pravom obliku. Postoje mnogi takvi primjeri:

• kolofonij;
• jantara;
• škrob;
• amilopektina;
• celuloza;
• krzno;
• vuna;
• pamuk;
• svila;
• cement;
• glina;
• vapna;
• proteina;
• nukleinske kiseline i tako dalje.

Očigledno je da je klasa spojeva koje smo razmotrili vrlo brojni, praktički važni i značajni za ljude. Sada ćemo detaljnije ispitivati ​​nekoliko predstavnika prirodnih polimera, koji su u ovom trenutku vrlo traženi.

Svila i vuna

Formula prirodnog svilenog polimera je složena, jer je njezin kemijski sastav ekspresiran sljedećim komponentama:

• fibroin;
• sericin;
• voskovi;
• masti.

Glavni protein je fibroin, uključuje nekoliko vrsta aminokiselina. Ako predstavljate njegov polipeptidni lanac, izgledat će ovako: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_br. A ovo je samo dio toga. Ako zamislimo da na strukturu pomoću van der Waalsove pridružuje ne manje složene molekule sericin proteina, oni se miješaju zajedno u jednoj građi s voskom i masti, razumljivo je zašto je teško prikazati formulom prirodne svile.

Do danas, većina ovog proizvoda je isporučena od strane Kine, jer na svojim prostranstvima postoji prirodno stanište za glavnog proizvođača - svilene svile. Ranije, od najstarijih vremena, prirodna svila bila je vrlo cijenjena. Samo plemeniti, bogati ljudi mogli bi priuštiti odjeću od njega. Danas mnoge karakteristike ove tkanine ostavljaju mnogo da budu poželjne. Na primjer, snažno magnetizira i baca se, osim toga, da se na suncu gubi sjaji i zima. Stoga, više u korištenju umjetnih derivata na temelju njega.

Vuna je također prirodni polimer, jer je proizvod vitalne aktivnosti kože i lojnih žlijezda životinja. Na temelju tog proteinskog produkta proizvodi se pletenina, koja je, poput svile, vrijedan materijal.

škrob

Prirodni polimerni škrob je produkt biljnog života. Proizvode ga kao rezultat procesa fotosinteze i akumuliraju se u različitim dijelovima tijela. Njegov kemijski sastav:

• amilopektina;
• amiloze;
• alfa-glukoza.

Prostorna struktura škroba je vrlo razgranata, poremećena. Zahvaljujući amilopektinu uključenom u kompoziciju, može se uroniti u vodu, pretvarajući se u tzv. Pasta. ovo koloidno rješenje koristi se u inženjerstvu i industriji. Medicina, prehrambena industrija, proizvodnja tapeta za tapete također su područja korištenja ove tvari.

Među biljkama koje sadrže maksimalnu količinu škroba možemo razlikovati:

• kukuruza;
• krumpira;
• riže;
• pšenica;
• manioka;
• zob;
• heljda;
• banane;
• sirak.

Na temelju ovog biopolimera ispeći kruh, napravite tjesteninu, kuhanu marmeladu, kašu i druge prehrambene proizvode.

celuloza

S gledišta kemije, ta tvar je polimer čiji sastav se izražava formulom (C₆H₅oh₅)_n. Monomerna veza lanca je beta-glukoza. Glavna mjesta za održavanje celuloze su stanični zidovi biljaka. Zato je drvo vrijedan izvor ovog spoja.

Celuloza je prirodni polimer koji ima linearnu prostornu strukturu. Koristi se za proizvodnju sljedećih vrsta proizvoda:

• celuloze i papirnatih proizvoda;
• umjetna krzna;
• različite vrste umjetnih vlakana;
• pamuk;
• plastika;
• bezdimni prah;
• film i tako dalje.

Očito je da je njezin industrijski značaj velik. Da bi se ovaj spoj mogao upotrijebiti u proizvodnji, prvo ga treba izdvojiti iz biljaka. To se postiže produljenjem kuhanja drva u posebnim uređajima. Daljnja obrada, kao i reagensi koji se koriste za probavu, su različiti. Postoji nekoliko načina:

• sulfit;
• nitrat;
• soda;
• sulfat.

Nakon takve obrade, proizvod i dalje sadrži nečistoće. To se temelji na ligninu i hemicelulozi. Kako bi ih se riješili, masa se tretira s klorom ili s alkalijama.

U ljudskom tijelu nema takvih bioloških katalizatora koji bi mogli podijeliti ovaj kompleks biopolimer. Međutim, neke životinje (biljojedi) su se prilagodile tome. U trbuhu se određuju određene bakterije, koje to rade za njih. Zauzvrat, mikroorganizmi dobivaju energiju za život i stanište. Ovaj oblik simbioze iznimno je koristan za obje strane.

guma

Ovo je prirodni polimer koji ima vrijednu ekonomsku vrijednost. Prvo je opisao Robert Cook, koji ga je otkrio na jednom od svojih putovanja. To se dogodilo. Nakon što je stigao na otok na kojem su živjeli njegovi nepoznati stanovnici, gostoljubivo ih je primio. Njegova pozornost privukla je lokalna djeca koja su igrala neobičan predmet. Sferno tijelo se gurnulo od poda i skočilo visoko, a zatim se vratilo.

Upitan lokalnom stanovništvu o tome što je napravio ovu igračku, Cook je otkrio da sok od jednog od stabala - Hevea - stiffens. Mnogo kasnije je otkriveno da je to biopolimerna guma.

Poznata je kemijska priroda tog spoja - izoprena, podvrgnuta prirodnoj polimerizaciji. Gumena formula (C₅H₈)_n. Njegova svojstva, zbog kojih je tako visoko cijenjena, su kako slijedi:

• elastičnost;
• otpornost na trošenje;
• električna izolacija;
• otpornost na vodu.

Međutim, postoje nedostaci. U hladnoći postaje lomljiva i lomljiva, na toplinu ljepljivom i ljepljivom. Zato je bilo potrebno sintetizirati analoge umjetne ili sintetske osnove. Danas, gume su naširoko koristi za tehničke i industrijske svrhe. Najvažniji proizvodi temeljeni na njima:

• guma;
• ebanovina.

jantar

To je prirodni polimer, jer u svojoj strukturi predstavlja smolu, njegov fosilni oblik. Prostorna struktura je okvir amorfnog polimera. Vrlo zapaljiva, možete ga upaliti plamenom utakmice. Ima luminescentna svojstva. Ovo je vrlo važna i vrijedna kvaliteta koja se koristi u poslovanju nakita. Nakit na boji jantara je vrlo lijepa i zahtjevna.

Osim toga, ovaj biopolimer se također koristi u medicinske svrhe. Proizvodi i brusne papira, lakne premaze za različite površine.