Polimer natural - formula si aplicare

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 05:39

Majoritatea materialelor de construcție, medicamentele, țesăturile, articolele de uz casnic, ambalajele și consumabilele de astăzi sunt polimeri. Acesta este un întreg grup de compuși care au trăsături distinctive caracteristice. Sunt o mulțime, dar, în ciuda acestui fapt, numărul de polimeri continuă să crească. La urma urmei, chimiștii sintetici descoperă anual din ce în ce mai multe substanțe noi. În același timp, polimerul natural a fost de o importanță deosebită în orice moment. Care sunt aceste molecule uimitoare? Care sunt proprietățile lor și care sunt caracteristicile? Vom răspunde la aceste întrebări pe parcursul articolului.

Polimeri: caracteristici generale

Din punct de vedere al chimiei, un polimer este considerat a fi o moleculă cu o greutate moleculară uriașă: de la câteva mii la milioane de unități. Cu toate acestea, pe lângă această caracteristică, există mai multe alte substanțe prin care substanțele pot fi clasificate exact ca polimeri naturali și sintetici. Acesta este:

• unități monomerice care se repetă în mod constant care sunt conectate prin diferite interacțiuni;
• gradul de polimerază (adică numărul de monomeri) ar trebui să fie foartemare, altfel compusul va fi considerat un oligomer;
• o anumită orientare spațială a unei macromolecule;
• un set de proprietăți fizice și chimice importante care sunt unice pentru acest grup.

În general, o substanță de natură polimerică este destul de ușor de distins de altele. Trebuie doar să te uiți la formula lui pentru a o înțelege. Un exemplu tipic este binecunoscuta polietilenă, utilizată pe scară largă în viața de zi cu zi și în industrie. Este produsul unei reacții de polimerizare în care intră hidrocarbura nesaturată etena sau etilena. Reacția în formă generală se scrie după cum urmează:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , unde n este gradul de polimerizare al moleculelor, arătând câte unități monomerice sunt incluse în compoziția sa.

De asemenea, ca exemplu, se poate cita un polimer natural, care este binecunoscut tuturor, este amidonul. În plus, amilopectina, celuloza, proteina de pui și multe alte substanțe aparțin acestui grup de compuși.

Reacțiile care pot forma macromolecule sunt de două tipuri:

• polimerizare;
• policondens.

Diferența este că, în al doilea caz, produsele de interacțiune au greutate moleculară mică. Structura polimerului poate fi diferită, depinde de atomii care îl formează. Formele liniare sunt adesea găsite, dar există și rețele tridimensionale, care sunt foarte complexe.

Dacă vorbim despre forțele și interacțiunile care țin împreună unitățile monomerice, atunci putem identifica câteva dintre ele de bază:

• Van Der Waalsputere;
• legături chimice (covalente, ionice);
• interacțiune electrostatică.

Toți polimerii nu pot fi combinați într-o singură categorie, deoarece au o natură, o metodă de formare complet diferită și îndeplinesc funcții diferite. Proprietățile lor diferă și ele. Prin urmare, există o clasificare care vă permite să împărțiți toți reprezentanții acestui grup de substanțe în diferite categorii. Se poate baza pe mai multe semne.

Clasificarea polimerilor

Dacă luăm ca bază compoziția calitativă a moleculelor, atunci toate substanțele luate în considerare pot fi împărțite în trei grupe.

1. Organic - acestea sunt cele care includ atomi de carbon, hidrogen, sulf, oxigen, fosfor, azot. Adică acele elemente care sunt biogene. Există multe exemple: polietilenă, clorură de polivinil, polipropilenă, viscoză, nailon, polimer natural - proteine, acizi nucleici și așa mai departe.
2. Elementalorganic - cele care includ un element străin anorganic și non-biogenic. Cel mai adesea este silicon, aluminiu sau titan. Exemple de astfel de macromolecule: sticlă organică, polimeri de sticlă, materiale compozite.
3. Anorganic - lanțul se bazează pe atomi de siliciu, nu pe carbon. Radicalii pot face, de asemenea, parte din ramurile laterale. Au fost descoperite destul de recent, la mijlocul secolului XX. Folosit în medicină, construcții, inginerie și alte industrii. Exemple: silicon, cinabru.

Dacă separați polimerii după origine, putețiselectați trei dintre grupurile lor.

1. Polimeri naturali, a căror utilizare a fost realizată pe scară largă încă din antichitate. Acestea sunt astfel de macromolecule, pentru crearea cărora o persoană nu a făcut niciun efort. Sunt produse ale reacțiilor naturii însăși. Exemple: mătase, lână, proteine, acizi nucleici, amidon, celuloză, piele, bumbac etc.
2. Artificial. Acestea sunt macromolecule create de om, dar bazate pe analogi naturali. Adică, proprietățile unui polimer natural deja existent sunt pur și simplu îmbunătățite și schimbate. Exemple: cauciuc artificial, cauciuc.
3. Sintetice - aceștia sunt polimeri la crearea cărora participă doar o persoană. Nu există analogi naturali pentru ei. Oamenii de știință dezvoltă metode pentru sinteza de noi materiale care ar fi îmbunătățit caracteristicile tehnice. Așa se nasc compuși polimerici sintetici de diferite feluri. Exemple: polietilenă, polipropilenă, viscoză, fibre de acetat etc.

Există încă o caracteristică care stă la baza împărțirii substanțelor luate în considerare în grupuri. Acestea sunt reactivitatea și stabilitatea termică. Există două categorii pentru acest parametru:

• termoplastic;
• termosit.

Cel mai vechi, important și mai ales valoros este încă un polimer natural. Proprietățile sale sunt unice. Prin urmare, vom lua în considerare în continuare această categorie specială de macromolecule.

Care substanță este un polimer natural?

Pentru a răspunde la această întrebare, să ne uităm mai întâi în jurul nostru. Ce ne înconjoară?Organisme vii din jurul nostru care se hrănesc, respiră, se reproduc, înfloresc și produc fructe și semințe. Și ce reprezintă ele din punct de vedere molecular? Acestea sunt conexiuni precum:

• proteine;
• acizi nucleici;
• polizaharide.

Deci, fiecare dintre acești compuși este un polimer natural. Astfel, se dovedește că viața în jurul nostru există doar datorită prezenței acestor molecule. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au folosit lut, amestecuri de construcție și mortare pentru a întări și a crea o casă, țese fire din lână și au folosit bumbac, mătase, lână și piele de animale pentru a crea haine. Polimerii organici naturali l-au însoțit pe om în toate etapele formării și dezvoltării sale și l-au ajutat în multe feluri să obțină rezultatele pe care le avem astăzi.

Natura însăși a dat totul pentru a face viața oamenilor cât mai confortabilă. De-a lungul timpului, cauciucul a fost descoperit, proprietățile sale remarcabile au fost clarificate. Omul a învățat să folosească amidonul în scopuri alimentare și celuloza în scopuri tehnice. Camforul este, de asemenea, un polimer natural, care este cunoscut și din cele mai vechi timpuri. Rășinile, proteinele, acizii nucleici sunt toate exemple de compuși luați în considerare.

Structura polimerilor naturali

Nu toți reprezentanții acestei clase de substanțe au aceeași structură. Astfel, polimerii naturali și sintetici pot diferi semnificativ. Moleculele lor sunt orientate în așa fel încât este cel mai benefic și convenabil să existe din punct de vedere energetic. În același timp, multe specii naturale sunt capabile să se umfle și structura lor se schimbă în acest proces. Există mai multe variante comune ale structurii lanțului:

• liniar;
• ramificat;
• în formă de stea;
• plat;
• mesh;
• bandă;
• în formă de pieptene.

Reprezentanții artificiali și sintetici ai macromoleculelor au o masă foarte mare, un număr mare de atomi. Sunt create cu proprietăți special specificate. Prin urmare, structura lor a fost inițial planificată de om. Polimerii naturali au cel mai adesea structură fie liniară, fie reticulata.

Exemple de macromolecule naturale

Polimerii naturali și artificiali sunt foarte aproape unul de celăl alt. La urma urmei, primul devine baza pentru crearea celui de-al doilea. Există multe exemple de astfel de transformări. Iată câteva dintre ele.

1. Plasticul obișnuit alb-laptos este un produs obținut prin tratarea celulozei cu acid azotic cu adaos de camfor natural. Reacția de polimerizare face ca polimerul rezultat să se solidifice și să devină produsul dorit. Iar plastifiantul - camfor, îl face capabil să se înmoaie când este încălzit și să-și schimbe forma.
2. Matase acetat, fibra de cupru-amoniac, vascoza sunt toate exemple ale acelor fire, fibre care se obtin din celuloza. Țesăturile din bumbac și in natural nu sunt atât de rezistente, nu sunt strălucitoare, se încrețesc ușor. Dar analogii artificiali ai acestora sunt lipsiți de aceste neajunsuri, ceea ce face ca utilizarea lor să fie foarte atractivă.
3. Piatre artificiale, materiale de construcție, amestecuri, înlocuitori de piele suntVedeți și exemple de polimeri derivați din materii prime naturale.

Substanța, care este un polimer natural, poate fi folosită și în forma sa adevărată. Există, de asemenea, multe astfel de exemple:

• colofoniu;
• chihlimbar;
• amidon;
• amilopectină;
• celuloză;
• blană;
• lana;
• bumbac;
• mătase;
• ciment;
• argilă;
• lime;
• proteine;
• acizi nucleici și așa mai departe.

Evident, clasa de compuși pe care o luăm în considerare este foarte numeroasă, practic importantă și semnificativă pentru oameni. Acum să aruncăm o privire mai atentă la câțiva reprezentanți ai polimerilor naturali, care sunt la mare căutare în prezent.

Mătase și lână

Formula polimerului de mătase naturală este complexă, deoarece compoziția sa chimică este exprimată prin următoarele componente:

• fibroin;
• sericin;
• ceară;
• grasimi.

Proteina principală în sine, fibroina, conține mai multe tipuri de aminoacizi. Dacă vă imaginați lanțul polipeptidic, atunci va arăta cam așa: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Și aceasta este doar o parte din ea. Dacă ne imaginăm că o moleculă de proteină sericină la fel de complexă este atașată acestei structuri cu ajutorul forțelor van der Waals și împreună sunt amestecate într-o singură conformație cu ceară și grăsimi, atunci este clar de ce este dificil să descriem formula. din mătase naturală.

Pentru aziAstăzi, cea mai mare parte a acestui produs este furnizată de China, deoarece în spațiile sale deschise există un habitat natural pentru principalul producător - viermele de mătase. Anterior, începând din cele mai vechi timpuri, mătasea naturală era foarte apreciată. Doar oamenii nobili și bogați își puteau permite haine din ea. Astăzi, multe caracteristici ale acestei țesături lasă mult de dorit. De exemplu, este foarte magnetizat și șifonat, în plus, își pierde strălucirea și se estompează de la expunerea la soare. Prin urmare, derivatele artificiale bazate pe acesta sunt mai utilizate.

Lâna este, de asemenea, un polimer natural, deoarece este un produs rezidual al pielii și glandelor sebacee ale animalelor. Pe baza acestui produs proteic se realizează tricotaje care, la fel ca mătasea, sunt un material valoros.

Amidon

Amidonul polimeric natural este un produs rezidual al plantelor. Ele o produc ca urmare a procesului de fotosinteză și se acumulează în diferite părți ale corpului. Compoziția sa chimică:

• amilopectină;
• amiloză;
• alfa-glucoză.

Structura spațială a amidonului este foarte ramificată, dezordonată. Datorită amilopectinei incluse în compoziție, este capabilă să se umfle în apă, transformându-se într-o așa-numită pastă. Această soluție coloidală este utilizată în inginerie și industrie. Medicina, industria alimentară, fabricarea adezivilor pentru tapet sunt, de asemenea, domenii de utilizare pentru această substanță.

Dintre plantele care conțin cantitatea maximă de amidon, putem distinge:

• porumb;
• cartofi;
• orez;
• grâu;
• cassava;
• ovăz;
• hrișcă;
• banane;
• sorg.

Pe baza acestui biopolimer, pâinea este coaptă, se fac pastele, se gătesc kissels, cereale și alte produse alimentare.

Pulp

Din punct de vedere al chimiei, această substanță este un polimer, a cărui compoziție este exprimată prin formula (C₆H_{5 O} 5_{) . Veriga monomerică din lanț este beta-glucoza. Principalele locuri de conținut de celuloză sunt pereții celulari ai plantelor. De aceea lemnul este o sursă valoroasă a acestui compus.}

Celuloza este un polimer natural care are o structură spațială liniară. Este folosit pentru a produce următoarele tipuri de produse:

• produse din celuloză și hârtie;
• blană artificială;
• diferite tipuri de fibre artificiale;
• bumbac;
• plastic;
• pulbere fără fum;
• benzi de film și așa mai departe.

Evident, semnificația sa industrială este mare. Pentru ca un anumit compus să poată fi utilizat în producție, acesta trebuie mai întâi extras din plante. Acest lucru se realizează prin gătirea pe termen lung a lemnului în dispozitive speciale. Prelucrarea ulterioară, precum și reactivii utilizați pentru digestie, variază. Există mai multe moduri:

• sulfit;
• nitrat;
• sodiu;
• sulfat.

După acest tratament, produsul mai conțineimpurităţi. Are la bază lignină și hemiceluloză. Pentru a scăpa de ele, masa este tratată cu clor sau alcali.

În corpul uman nu există astfel de catalizatori biologici care ar fi capabili să descompună acest biopolimer complex. Cu toate acestea, unele animale (erbivore) s-au adaptat la acest lucru. Au anumite bacterii în stomac care o fac pentru ei. În schimb, microorganismele primesc energie pentru viață și habitat. Această formă de simbioză este extrem de benefică pentru ambele părți.

Cauciuc

Acesta este un polimer natural de importanță economică valoroasă. A fost descris pentru prima dată de Robert Cook, care a descoperit-o într-una dintre călătoriile sale. S-a întâmplat așa. După ce a aterizat pe o insulă locuită de băștinași necunoscuți de el, a fost primit cu ospitalitate de aceștia. Atenția i-a fost atrasă de copiii locali care se jucau cu un obiect neobișnuit. Acest corp sferic a dat de pe podea și a sărit sus, apoi s-a întors.

După ce a întrebat populația locală despre ce este făcută această jucărie, Cook a aflat că sucul unuia dintre copaci, hevea, se întărește în acest fel. Mult mai târziu s-a aflat că acesta este biopolimerul cauciucului.

Natura chimică a acestui compus este cunoscută - este izoprenul care a suferit o polimerizare naturală. Formula de cauciuc este (С₅Н₈) . Proprietățile sale care îl fac atât de apreciat sunt următoarele:

• elasticitate;
• rezistent la uzură;
• izolație electrică;
• rezistent la apă.

Totuși, există și dezavantaje. La frig devine casant și casant, iar la căldură devine lipicios și vâscos. De aceea a devenit necesară sintetizarea analogilor unei baze artificiale sau sintetice. Astăzi, cauciucurile sunt utilizate pe scară largă în scopuri tehnice și industriale. Cele mai importante produse bazate pe acestea:

• cauciucuri;
• ebonite.

Chihlimbar

Este un polimer natural, deoarece în structura sa este o rășină, forma sa fosilă. Structura spațială este un polimer amorf cadru. Este foarte inflamabil și poate fi aprins cu o flacără de chibrit. Are proprietăți de luminiscență. Aceasta este o calitate foarte importantă și valoroasă care este folosită în bijuterii. Bijuteriile pe bază de chihlimbar sunt foarte frumoase și la cerere.

În plus, acest biopolimer este folosit și în scopuri medicale. De asemenea, este folosit pentru a face șmirghel, acoperiri cu lac pentru diferite suprafețe.