Natuurlike polimeer - formule en toepassing

2024 Outeur: Angel Austin | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 05:14

Die meeste van vandag se boumateriaal, medisyne, materiaal, huishoudelike items, verpakking en verbruiksgoedere is polimere. Dit is 'n hele groep verbindings wat kenmerkende onderskeidende kenmerke het. Daar is baie van hulle, maar ten spyte hiervan groei die aantal polimere steeds. Sintetiese chemici ontdek immers jaarliks meer en meer nuwe stowwe. Terselfdertyd was dit die natuurlike polimeer wat te alle tye van besondere belang was. Wat is hierdie wonderlike molekules? Wat is hul eienskappe en wat is die kenmerke? Ons sal hierdie vrae in die loop van die artikel beantwoord.

Polimere: algemene kenmerke

Vanuit die oogpunt van chemie word 'n polimeer beskou as 'n molekule met 'n groot molekulêre gewig: van etlike duisende tot miljoene eenhede. Benewens hierdie kenmerk is daar egter nog verskeie waardeur stowwe presies as natuurlike en sintetiese polimere geklassifiseer kan word. Dit is:

• gedurig herhaalde monomere eenhede wat deur verskillende interaksies verbind is;
• die graad van polimerase (d.i. die aantal monomere) moet baie weeshoog, anders sal die verbinding as 'n oligomeer beskou word;
• sekere ruimtelike oriëntasie van 'n makromolekule;
• 'n stel belangrike fisiese en chemiese eienskappe wat uniek is aan hierdie groep.

Oor die algemeen is 'n stof van 'n polimeriese aard redelik maklik om van ander te onderskei.’n Mens hoef net na sy formule te kyk om dit te verstaan. 'n Tipiese voorbeeld is die bekende poliëtileen, wat wyd in die alledaagse lewe en industrie gebruik word. Dit is die produk van 'n polimerisasiereaksie waarin die onversadigde koolwaterstof eteen of etileen inkom. Die reaksie in algemene vorm word soos volg geskryf:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , waar n is die graad van polimerisasie van molekules, wat wys hoeveel monomeriese eenhede in die samestelling daarvan ingesluit is.

Ook as 'n voorbeeld kan 'n mens 'n natuurlike polimeer noem, wat aan almal bekend is, dit is stysel. Boonop behoort amylopektien, sellulose, hoenderproteïen en baie ander stowwe tot hierdie groep verbindings.

Reaksies wat makromolekules kan vorm, is van twee tipes:

• polimerisasie;
• polikondensasie.

Die verskil is dat die interaksieprodukte in die tweede geval lae molekulêre gewig het. Die struktuur van die polimeer kan anders wees, dit hang af van die atome wat dit vorm. Lineêre vorms word dikwels aangetref, maar daar is ook driedimensionele mase, wat baie kompleks is.

As ons praat oor die kragte en interaksies wat monomeereenhede bymekaar hou, dan kan ons verskeie basieses identifiseer:

• Van Der Waalssterkte;
• chemiese bindings (kovalent, ionies);
• elektrostatiese interaksie.

Alle polimere kan nie in een kategorie gekombineer word nie, aangesien hulle 'n heeltemal ander aard, metode van vorming het en verskillende funksies verrig. Hul eienskappe verskil ook. Daarom is daar 'n klassifikasie wat u toelaat om alle verteenwoordigers van hierdie groep stowwe in verskillende kategorieë te verdeel. Dit kan op verskeie tekens gebaseer wees.

Klassifikasie van polimere

As ons die kwalitatiewe samestelling van die molekules as basis neem, dan kan al die stowwe wat oorweeg word in drie groepe verdeel word.

1. Organies - dit is dié wat atome van koolstof, waterstof, swael, suurstof, fosfor, stikstof insluit. Dit wil sê daardie elemente wat biogeen is. Daar is baie voorbeelde: poliëtileen, polivinielchloried, polipropileen, viskose, nylon, natuurlike polimeer – proteïen, nukleïensure ensovoorts.
2. Elementalorganic - dié wat een of ander vreemde anorganiese en nie-biogene element insluit. Meestal is dit silikon, aluminium of titanium. Voorbeelde van sulke makromolekules: organiese glas, glaspolimere, saamgestelde materiale.
3. Anorganies - die ketting is gebaseer op silikonatome, nie koolstof nie. Radikale kan ook deel van sytakke wees. Hulle is redelik onlangs ontdek, in die middel van die 20ste eeu. Word gebruik in medisyne, konstruksie, ingenieurswese en ander nywerhede. Voorbeelde: silikoon, kaneel.

As jy polimere skei volgens oorsprong, kan jykies drie van hul groepe.

1. Natuurlike polimere, waarvan die gebruik sedert die oudheid algemeen uitgevoer is. Dit is sulke makromolekules, vir die skepping waarvan 'n persoon geen pogings aangewend het nie. Hulle is produkte van die reaksies van die natuur self. Voorbeelde: sy, wol, proteïen, nukleïensure, stysel, sellulose, leer, katoen, ens.
2. Kunsmatig. Dit is makromolekules wat deur die mens geskep word, maar gebaseer op natuurlike analoë. Dit wil sê, die eienskappe van 'n reeds bestaande natuurlike polimeer word eenvoudig verbeter en verander. Voorbeelde: kunsmatige rubber, rubber.
3. Sinteties - dit is polimere waaraan slegs 'n persoon deelneem. Daar is geen natuurlike analoë vir hulle nie. Wetenskaplikes ontwikkel metodes vir die sintese van nuwe materiale wat tegniese eienskappe verbeter het. Dit is hoe sintetiese polimeerverbindings van verskillende soorte gebore word. Voorbeelde: poliëtileen, polipropileen, viskose, asetaatvesel, ens.

Daar is nog een kenmerk wat die verdeling van die oorweegde stowwe in groepe onderlê. Dit is reaktiwiteit en termiese stabiliteit. Daar is twee kategorieë vir hierdie parameter:

• termoplastiek;
• termostel.

Die oudste, belangrikste en veral waardevolle is steeds 'n natuurlike polimeer. Die eienskappe daarvan is uniek. Daarom sal ons hierdie spesifieke kategorie makromolekules verder oorweeg.

Watter stof is 'n natuurlike polimeer?

Om hierdie vraag te beantwoord, kom ons kyk eers rondom ons. Wat omring ons?Lewende organismes rondom ons wat voed, asemhaal, voortplant, blom en vrugte en sade produseer. En wat verteenwoordig hulle vanuit 'n molekulêre oogpunt? Dit is verbindings soos:

• proteïene;
• nukleïensure;
• polisakkariede.

Dus, elkeen van hierdie verbindings is 'n natuurlike polimeer. Dit blyk dus dat lewe rondom ons slegs bestaan as gevolg van die teenwoordigheid van hierdie molekules. Sedert antieke tye het mense klei, boumengsels en mortiere gebruik om 'n huis te versterk en te skep, gare van wol te weef, en katoen, sy, wol en dierevel te gebruik om klere te skep. Natuurlike organiese polimere het die mens in alle stadiums van sy vorming en ontwikkeling vergesel en het hom op baie maniere gehelp om die resultate te bereik wat ons vandag het.

Die natuur self het alles gegee om mense se lewens so gemaklik moontlik te maak. Met verloop van tyd is rubber ontdek, die merkwaardige eienskappe daarvan is opgeklaar. Die mens het geleer om stysel vir voedseldoeleindes te gebruik, en sellulose vir tegniese doeleindes. Kamfer is ook 'n natuurlike polimeer, wat ook sedert antieke tye bekend is. Harse, proteïene, nukleïensure is almal voorbeelde van verbindings wat oorweeg word.

Struktuur van natuurlike polimere

Nie alle verteenwoordigers van hierdie klas stowwe het dieselfde struktuur nie. Natuurlike en sintetiese polimere kan dus aansienlik verskil. Hul molekules is so georiënteer dat dit die voordeligste en gerieflikste is om uit 'n energie-oogpunt te bestaan. Terselfdertyd is baie natuurlike spesies in staat om te swel en hul struktuur verander in die proses. Daar is verskeie mees algemene variante van die kettingstruktuur:

• lineêr;
• vertakt;
• stervormig;
• plat;
• mesh;
• band;
• kamvormig.

Kunsmatige en sintetiese verteenwoordigers van makromolekules het 'n baie groot massa, 'n groot aantal atome. Hulle is geskep met spesiaal gespesifiseerde eienskappe. Daarom is hul struktuur oorspronklik deur die mens beplan. Natuurlike polimere is meestal óf lineêr óf netvormig in struktuur.

Voorbeelde van natuurlike makromolekules

Natuurlike en kunsmatige polimere is baie na aan mekaar. Die eerste word immers die basis vir die skepping van die tweede. Daar is baie voorbeelde van sulke transformasies. Hier is 'n paar van hulle.

1. Gewone melkwit plastiek is 'n produk wat verkry word deur sellulose met salpetersuur te behandel met die byvoeging van natuurlike kanfer. Die polimerisasiereaksie veroorsaak dat die resulterende polimeer stol en die gewenste produk word. En die weekmaker - kanfer, maak dit in staat om sag te word wanneer dit verhit word en sy vorm verander.
2. Asetaatsy, koper-ammoniakvesel, viskose is almal voorbeelde van daardie drade, vesels wat uit sellulose verkry word. Weefsels gemaak van natuurlike katoen en linne is nie so duursaam nie, nie blink nie, verrimpel maklik. Maar die kunsmatige analoë daarvan is sonder hierdie tekortkominge, wat die gebruik daarvan baie aantreklik maak.
3. Kunstene, boumateriaal, mengsels, leervervangers isSien ook voorbeelde van polimere afkomstig van natuurlike grondstowwe.

Die stof, wat 'n natuurlike polimeer is, kan ook in sy ware vorm gebruik word. Daar is ook baie sulke voorbeelde:

• rosin;
• amber;
• stysel;
• amylopektien;
• sellulose;
• pels;
• wol;
• katoen;
• sy;
• sement;
• klei;
• lime;
• proteïene;
• nukleïensure ensovoorts.

Natuurlik is die klas verbindings wat ons oorweeg baie talle, prakties belangrik en betekenisvol vir mense. Kom ons kyk nou van naderby na verskeie verteenwoordigers van natuurlike polimere, wat tans in groot aanvraag is.

Sy en wol

Die formule van natuurlike sypolimeer is kompleks, want die chemiese samestelling daarvan word uitgedruk deur die volgende komponente:

• fibroin;
• sericin;
• waxes;
• fats.

Die hoofproteïen self, fibroien, bevat verskeie tipes aminosure. As jy jou sy polipeptiedketting voorstel, sal dit so iets lyk: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. En dit is net 'n deel daarvan. As ons ons voorstel dat 'n ewe komplekse serisien-proteïenmolekule met behulp van van der Waals-kragte aan hierdie struktuur geheg word, en dit saam gemeng word tot 'n enkele konformasie met was en vette, dan is dit duidelik waarom dit moeilik is om die formule uit te beeld. van natuurlike sy.

Vir vandagVandag word die meeste van hierdie produk deur China verskaf, want in sy oop ruimtes is daar 'n natuurlike habitat vir die hoofprodusent - die sywurm. Voorheen, vanaf die oudste tye, was natuurlike sy hoog op prys gestel. Net edele, ryk mense kon klere daaruit bekostig. Vandag laat baie eienskappe van hierdie stof veel te wense oor. Dit is byvoorbeeld hoogs gemagnetiseer en gekreukel, boonop verloor dit sy glans en vervaag dit van blootstelling aan die son. Daarom is kunsmatige afgeleides wat daarop gebaseer is, meer in gebruik.

Wol is ook 'n natuurlike polimeer, aangesien dit 'n afvalproduk van die vel en talgkliere van diere is. Op grond van hierdie proteïenproduk word breiwerk gemaak wat, soos sy, 'n waardevolle materiaal is.

Stysel

Natuurlike polimeerstysel is 'n afvalproduk van plante. Hulle produseer dit as gevolg van die proses van fotosintese en versamel in verskillende dele van die liggaam. Die chemiese samestelling daarvan:

• amylopektien;
• amylose;
• alfa-glukose.

Die ruimtelike struktuur van stysel is baie vertakt, wanordelik. Danksy die amylopektien wat in die samestelling ingesluit is, kan dit in water swel en verander in 'n sogenaamde pasta. Hierdie kolloïdale oplossing word in ingenieurswese en industrie gebruik. Medisyne, die voedselindustrie, die vervaardiging van plakpapierkleefmiddels is ook areas van gebruik vir hierdie stof.

Onder plante wat die maksimum hoeveelheid stysel bevat, kan ons onderskei:

• mielies;
• aartappel;
• rys;
• koring;
• cassava;
• oats;
• bokwiet;
• piesangs;
• sorghum.

Op grond van hierdie biopolimeer word brood gebak, pasta gemaak, kissels, graankos en ander voedselprodukte gekook.

Pulp

Vanuit die oogpunt van chemie is hierdie stof 'n polimeer, waarvan die samestelling uitgedruk word deur die formule (C₆H_{5 O} 5_{) . Die monomeriese skakel in die ketting is beta-glukose. Die belangrikste plekke van sellulose-inhoud is die selwande van plante. Daarom is hout 'n waardevolle bron van hierdie verbinding.}

Sellulose is 'n natuurlike polimeer wat 'n lineêre ruimtelike struktuur het. Dit word gebruik om die volgende tipe produkte te vervaardig:

• pulp- en papierprodukte;
• nagemaakte pels;
• verskillende soorte kunsmatige vesels;
• katoen;
• plastiek;
• rooklose poeier;
• filmstroke ensovoorts.

Natuurlik is die industriële betekenis daarvan groot. Om 'n gegewe verbinding in produksie te gebruik, moet dit eers uit plante onttrek word. Dit word gedoen deur langtermyn kook van hout in spesiale toestelle. Verdere verwerking, sowel as die reagense wat vir vertering gebruik word, verskil. Daar is verskeie maniere:

• sulfiet;
• nitraat;
• natrium;
• sulfaat.

Na hierdie behandeling bevat die produk steedsonsuiwerhede. Dit is gebaseer op lignien en hemisellulose. Om daarvan ontslae te raak, word die massa met chloor of alkali behandel.

In die menslike liggaam is daar nie sulke biologiese katalisators wat hierdie komplekse biopolimeer sal kan afbreek nie. Sommige diere (herbivore) het egter hierby aangepas. Hulle het sekere bakterieë in hul maag wat dit vir hulle doen. In ruil daarvoor ontvang mikroörganismes energie vir lewe en habitat. Hierdie vorm van simbiose is uiters voordelig vir beide partye.

Rubber

Dit is 'n natuurlike polimeer van waardevolle ekonomiese belang. Dit is die eerste keer beskryf deur Robert Cook, wat dit op een van sy reise ontdek het. Dit het so gebeur. Nadat hy op 'n eiland geland het wat bewoon is deur inboorlinge wat aan hom onbekend was, is hy gasvry deur hulle ontvang. Sy aandag is getrek deur plaaslike kinders wat met 'n ongewone voorwerp gespeel het. Hierdie bolvormige liggaam het van die vloer afgeskop en hoog op gehop, en dan teruggekeer.

Nadat Cook die plaaslike bevolking gevra het waaruit hierdie speelding gemaak is, het Cook uitgevind dat die sap van een van die bome, die hevea, op hierdie manier hard word. Heelwat later is uitgevind dat dit die rubberbiopolimeer is.

Die chemiese aard van hierdie verbinding is bekend - dit is isopreen wat natuurlike polimerisasie ondergaan het. Die rubberformule is (С₅Н₈) . Die eienskappe wat dit so hoog aangeslaan maak, is soos volg:

• elastisiteit;
• slytasiebestand;
• elektriese isolasie;
• waterbestand.

Daar is egter ook nadele. In die koue word dit bros en bros, en in die hitte word dit taai en viskeus. Daarom het dit nodig geword om analoë van 'n kunsmatige of sintetiese basis te sintetiseer. Vandag word rubbers wyd gebruik vir tegniese en industriële doeleindes. Die belangrikste produkte wat daarop gebaseer is:

• rubbers;
• eboniete.

Amber

Dit is 'n natuurlike polimeer, want in sy struktuur is dit 'n hars, sy fossielvorm. Die ruimtelike struktuur is 'n raam amorfe polimeer. Dit is baie vlambaar en kan met 'n vuurhoutjievlam aangesteek word. Dit het luminescerende eienskappe. Dit is 'n baie belangrike en waardevolle kwaliteit wat in juweliersware gebruik word. Juweliersware gebaseer op amber is baie mooi en in aanvraag.

Boonop word hierdie biopolimeer ook vir mediese doeleindes gebruik. Dit word ook gebruik om skuurpapier, vernisbedekkings vir verskeie oppervlaktes te maak.