Polimer natural - formulă și aplicare

Majoritatea materialelor moderne de construcții, medicamente, țesuturi, obiecte de uz casnic, ambalaje și consumabile sunt polimeri. Acesta este un întreg grup de compuși cu caracteristici distinctive caracteristice. Există o mulțime de ele, dar în ciuda acestui fapt, numărul de polimeri continuă să crească. La urma urmei, chimiștii sintetici descoperă din ce în ce mai multe substanțe noi în fiecare an. În același timp, polimerul natural a avut o semnificație specială în orice moment. Care sunt aceste molecule uimitoare? Care sunt proprietățile lor și care sunt caracteristicile lor? Vom răspunde la aceste întrebări în cursul articolului.

Polimeri: caracteristici generale

Din punctul de vedere al chimiei, polimerul este considerat a fi o moleculă care are o masă moleculară imensă: de la câteva mii la milioane de unități. Cu toate acestea, în plus față de această caracteristică, există și alte câteva, conform cărora substanțele pot fi clasificate exact ca polimeri naturali și sintetici. Acestea sunt:

• repetând în mod constant unitățile monomere, care sunt conectate prin intermediul unor interacțiuni diferite;
• gradul de polimerizare (adică numărul de monomeri) trebuie să fie foarte mare, altfel compusul va fi considerat un oligomer;
• orientarea spațială orientată a macromoleculei;
• un set de proprietăți fizico-chimice importante, caracteristice numai acestui grup.

În general, substanța naturii polimerice este ușor de distins de celelalte. Trebuie doar să te uiți la formula lui pentru a înțelege acest lucru. Un exemplu tipic poate servi tuturor polietilenei cunoscute, utilizată pe scară largă în viața cotidiană și în industrie. Este un produs reacția de polimerizare, în care hidrocarbură nesaturată etilenă sau etilenă. Reacția în formă generală este scrisă după cum urmează:

nch₂= CH₂→ (-CH-CH-)_n, unde n este gradul de polimerizare a moleculelor, care arată cât de multe unități monomerice sunt incluse în compoziția sa.

De asemenea, ca un exemplu, un polimer natural, bine cunoscut tuturor, este amidonul. În plus, amilopectina, celuloza, proteina de pui și multe alte substanțe aparțin acestui grup de compuși.

Reacțiile, în urma cărora se pot forma macromoleculele, sunt de două tipuri:

• polimerizare;
• policondensare.

Diferența este că în cel de-al doilea caz, produsele de interacțiune sunt de mică moleculă. Structura polimerului poate fi diferită, depinde de atomii care îl formează. Formele liniare sunt adesea întâlnite, dar există, de asemenea, plasă tridimensională, foarte complexă.

Dacă vorbim despre forțele și interacțiunile care cuprind legăturile monomerice, putem identifica câteva elemente de bază:

• Forțele Van der Waals;
• legături chimice (covalenți, ionici);
• Interacțiunea electronostatică.

Toți polimerii nu pot fi combinați într-o singură categorie, deoarece au o natură complet diferită, un mod de formare și îndeplinesc funcții inegale. Proprietățile lor variază de asemenea. Prin urmare, există o clasificare care permite ca toți reprezentanții acestui grup de substanțe să fie împărțiți 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 determinate în trei grupe.

1. Organice - acestea sunt cele care includ atomi de carbon, hidrogen, sulf, oxigen, fosfor, azot. Adică acele elemente care sunt biogene. Exemplele includ masa: polietilenă, clorură de polivinil, polipropilenă, viscoză, nailon, proteine ​​polimerice naturale, acizi nucleici și așa mai departe.
2. Organo-organice - astfel, care includ unele anorganice străine și nu element biogenic. Cel mai adesea este siliciul, aluminiu sau titanul. Exemple de astfel de macromolecule sunt: sticlă organică, polimeri de sticlă, materiale compozite.
3. Anorganice - în inima lanțului sunt atomi de siliciu, nu carbon. Radicalii pot fi, de asemenea, parte din ramuri laterale. Ele au fost descoperite abia recent, la mijlocul secolului al XX-lea. Utilizat în medicină, construcții, inginerie și alte industrii. Exemple: silicon, cinabru.

Dacă împărțim polimerii după originea lor, putem distinge trei grupuri dintre ele.

1. Polimeri naturali, a căror aplicare a fost implementată pe scară largă încă din antichitate. Acestea sunt astfel de macromolecule, pentru crearea cărora omul nu a făcut nici un efort. Ele sunt produse ale reacțiilor naturii însăși. Exemple: mătase, lână, proteine, acizi nucleici, amidon, celuloză, piele, bumbac și altele.
2. Artificială. Acestea sunt macromolecule create de oameni, dar bazate pe analogi naturali. Adică proprietățile unui polimer natural deja existent se îmbunătățesc și se schimbă. Exemple: artificial cauciuc, cauciuc.
3. Sintetice - acestea sunt polimeri, la crearea cărora doar omul participă. Nu există analogi naturali pentru ei. Oamenii de știință dezvoltă metode de sinteză a materialelor noi care ar fi fost caracterizate de caracteristici tehnice îmbunătățite. Astfel se nasc compuși sintetici polimerici de diferite tipuri. Exemple: polietilenă, polipropilenă, viscoză, acetat de fibre și așa mai departe.

Există încă o caracteristică care stă la baza separării substanțelor considerate în grupuri. Aceasta este reactivitatea și stabilitatea termică. Există două categorii în acest parametru:

• termoplastic;
• termostabile.

Cea mai veche, importantă și deosebit de valoroasă este în continuare un polimer natural. Proprietățile sale sunt unice. Prin urmare, vom lua în considerare această categorie de macromolecule.

Ce substanță este un polimer natural?

Pentru a răspunde la această întrebare, uită-te mai întâi în jurul tău. Ce ne înconjoară? Organisme vii din jurul nostru, care hrănesc, respir, reproduc, înflorește și dau fructe și semințe. Și care sunt ele din punct de vedere molecular? Acestea sunt conexiuni precum:

• proteine;
• acizi nucleici;
• polizaharide.

Deci, polimerul natural este fiecare dintre compușii de mai sus. Astfel, se pare că viața din jurul nostru există numai datorită prezenței acestor molecule. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au folosit lut, amestecuri și soluții pentru consolidarea și construirea de case, fire țesute, lână, utilizate pentru crearea de îmbrăcăminte din bumbac, mătase, lână și piele de animale. Polimerii organici naturali au însoțit persoana în toate etapele formării și dezvoltării sale și, în multe privințe, l-au ajutat să obțină rezultatele pe care le avem astăzi.

Natura însăși a dat totul pentru a se asigura că viața oamenilor era cât se poate de confortabilă. De-a lungul timpului, a fost descoperit cauciuc, proprietățile sale remarcabile au fost clarificate. Omul a învățat să folosească amidon în scopuri alimentare, în tehnică - celuloză. Un polimer natural este, de asemenea, camfor, cunoscut și din cele mai vechi timpuri. Rășinile, proteinele, acizii nucleici sunt toate exemplele compușilor luați în considerare.

Structura polimerilor naturali

Nu toți reprezentanții acestei clase de substanțe sunt aranjați în mod identic. Astfel, polimerii naturali și sintetici pot varia semnificativ. Moleculele lor sunt orientate astfel încât să fie cel mai profitabil și convenabil să existe din punct de vedere energetic. În același timp, multe specii naturale sunt capabile de umflături și structura lor variază în cadrul procesului. Există câteva variante cele mai comune ale structurii lanțului:

• liniar;
• ramificat;
• stelat;
• plat;
• ochiurilor de plasă;
• bandă;
• pieptene.

Reprezentanții artificiali și sintetici ai macromoleculelor au o masă foarte mare, un număr imens de atomi. Acestea sunt create cu proprietăți specificate. Prin urmare, structura lor este inițial planificată de om. Polimerii naturali sunt cel mai adesea fie liniari, fie în structură.

Exemple de macromolecule naturale

Polimerii naturali și artificiali sunt foarte apropiați unul de celălalt. La urma urmei, acestea devin baza pentru crearea celor din urmă. Exemple de astfel de transformări sunt multe. Iată câteva dintre ele.

1. Materialul plastic convențional de lapte alb este un produs obținut prin procesarea acidului azotic al celulozei cu adăugarea de camfor natural. Reacția de polimerizare are ca rezultat solidificarea polimerului rezultat și transformarea în produsul dorit. Un plastifiant - camfor, face capabil să se înmoaie când se încălzește și își schimbă forma.
2. Acetat de mătase, fibre de cupru-amoniac, viscoza sunt toate exemplele de fire, fibre care sunt produse pe baza de celuloză. Țesăturile din bumbac natural și lenjeria de corp nu sunt atât de puternice, nu sunt strălucitoare, ele pot fi ușor călcate. Dar analogii artificiali ai deficiențelor lor sunt privați, ceea ce face ca utilizarea lor să fie foarte atractivă.
3. Pietrele artificiale, materialele de construcție, amestecurile, pielea sunt, de asemenea, exemple de polimeri obținuți pe bază de materii prime naturale.

O substanță care este un polimer natural poate fi folosită în forma sa adevărată. Există multe astfel de exemple:

• colofoniu;
• chihlimbar;
• amidon;
• amilopectina;
• celuloză;
• blană;
• lână;
• bumbac;
• mătase;
• ciment;
• argilă;
• var;
• proteine;
• acizi nucleici și așa mai departe.

Este evident că clasa compușilor considerați de noi este foarte numeroasă, practic importantă și semnificativă pentru oameni. Acum vom examina în detaliu câțiva reprezentanți ai polimerilor naturali, care sunt foarte solicitați în prezent.

Mătase și lână

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

• fibroină;
• sericin;
• ceruri;
• grăsimi.

Proteina principală în sine este fibroină, include mai multe soiuri de aminoacizi. Dacă reprezentați lanțul său polipeptidic, acesta va arăta astfel: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO)_n. Și aceasta este doar o parte din ea. Dacă ne imaginăm că la structura prin intermediul van der Waals se alătură nu mai puțin complex moleculă de proteină sericin, acestea sunt amestecate împreună într-o singură conformație cu o ceară și grăsimi, este de înțeles de ce este dificil de a descrie formula de mătase naturală.

Până în prezent, cea mai mare parte a acestui produs este furnizată de China, deoarece în expansiunile sale există un habitat natural pentru principalul producător - viermii de mătase. Anterior, din cele mai vechi timpuri, mătasea naturală a fost foarte apreciată. Doar nobili, bogați își puteau permite hainele de la el. Astăzi multe caracteristici ale acestei țesături lasă mult de dorit. De exemplu, magnetizarea puternic și crumples, în plus, de la a fi în soare își pierde strălucirea și diminuă. Prin urmare, mai mult în utilizarea de derivate artificiale bazate pe ea.

Lana este, de asemenea, un polimer natural, deoarece este un produs al activității vitale a pielii și a glandelor sebacee ale animalelor. Pe baza acestui produs proteic, se produce tricotaje, care, asemenea mătăsii, reprezintă un material valoros.

amidon

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

• amilopectina;
• 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. acest soluție coloidală utilizate în inginerie și industrie. Medicina, industria alimentară, fabricarea de adezivi pentru tapet sunt de asemenea zone de utilizare a acestei substanțe.

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

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

Pe baza acestui pâine de coacere biopolimer, se prepară paste, jeleu fiert, terci și alte produse alimentare.

celuloză

Din punctul de vedere al chimiei, această substanță este un polimer a cărui compoziție este exprimată prin formula (C₆H₅oh₅)_n. Legătura monomerică a lanțului este beta-glucoza. Principalele locuri pentru păstrarea celulozei sunt pereții celulari ai plantelor. Acesta este motivul pentru care lemnul este o sursă valoroasă a acestui compus.

Celuloza este un polimer natural care are o structură spațială liniară. Se folosește pentru fabricarea următoarelor tipuri de produse:

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

Este evident că importanța sa industrială este excelentă. Pentru a face ca acest compus să poată fi utilizat în producție, acesta trebuie mai întâi să fie extras din plante. Acest lucru se face prin gătitul prelungit al lemnului în dispozitive speciale. Procesarea ulterioară, precum și reactivii utilizați pentru digestie, sunt diferite. Există mai multe moduri:

• sulfit;
• nitrat;
• soda;
• sulfat.

După o astfel de prelucrare, produsul încă conține impurități. Aceasta se bazează pe lignină și hemiceluloză. Pentru a scăpa de ele, masa este tratată cu clor sau alcaline.

În corpul uman nu există astfel de catalizatori biologici care ar fi capabili să împartă acest biopolimer complex. Cu toate acestea, unele animale (ierbivore) s-au adaptat la aceasta. În stomacul lor, anumite bacterii se așează, 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 care are o valoare economică valoroasă. A fost descris prima dată de Robert Cook, care la descoperit într-una din călătoriile sale. Sa întâmplat așa. După ce a aterizat pe insula pe care locuiau localnicii necunoscuți, el a fost primit în mod ospitalier de ei. Atenția lui a fost atrasă de copiii locali care au jucat un subiect neobișnuit. Acest corp sferic se îndepărtă de podea și sări în sus, apoi se întoarse.

Întrebați localnicii despre ceea ce se face din această jucărie, Cook a aflat că acest lucru se solidifică sucul unui copac - Hevea. Mult mai târziu sa constatat că acesta este cauciucul biopolymer.

Natura chimică a acestui compus este cunoscută - izoprenul, supus polimerizării naturale. Formula de cauciuc (C.₅H₈)_n. Proprietățile sale, datorită cărora sunt foarte apreciate, sunt după cum urmează:

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

Cu toate acestea, există dezavantaje. În frig, devine fragil și fragil, iar pe căldură - lipicios și lipicios. De aceea a existat nevoia de a sintetiza analogi de bază artificială sau sintetică. Astăzi, cauciucurile sunt utilizate pe scară largă în scopuri tehnice și industriale. Cele mai importante produse pe baza lor:

• cauciuc;
• abanos.

chihlimbar

Este un polimer natural, deoarece în structura sa reprezintă rășina, forma sa fosilă. Structura spațială este un polimer amorf cadru. Foarte combustibil, îl puteți aprinde cu flacăra unui meci. Are proprietăți luminescente. Aceasta este o calitate foarte importantă și valoroasă, care este folosită în afaceri de bijuterii. Bijuterii pe bază de chihlimbar este foarte frumoasă și în cerere.

În plus, acest biopolimer este utilizat și în scopuri medicale. De asemenea, produce șmirghel, acoperiri de lac pentru diverse suprafețe.