http://poradumo.pp.ua

Online Журнал-Світ порад.
Головна сторінка
» » Природний полімер - формула та застосування

Природний полімер - формула та застосування

Велика частина сучасних будівельних матеріалів, лікарських засобів, тканин, предметів побуту, пакувальних і видаткових речовин є полімерами. Це ціла група сполук, що мають характерні відмінні ознаки. Їх дуже багато, але незважаючи на це, кількість полімерів продовжує зростати. Адже хіміки-синтетики щорічно відкривають все нові і нові речовини. При цьому особливе значення у всі часи мав саме природний полімер. Що ж собою являють ці дивовижні молекули? Які їх властивості і в чому полягають особливості? Відповімо на ці питання в ході статті.




Природний полімер - формула та застосування

Полімери: загальна характеристика

З точки зору хімії, полімером прийнято вважати молекулу, яка має величезну молекулярну масу: від кількох тисяч до мільйонів одиниць. Проте, крім цієї ознаки, існує і ще декілька, за якими речовини можна класифікувати саме як природні і синтетичні полімери. Це:

  • постійно повторювані мономерні ланки, які з'єднуються за допомогою різних взаємодій;
  • ступінь полимеразии (тобто число мономерів) повинна бути дуже високою, інакше з'єднання буде вважатися олігомером;
  • певна просторова орієнтація макромолекули;
  • набір важливих фізико-хімічних властивостей, характерних тільки для даної групи.

В цілому речовина полімерної природи відрізнити від інших досить легко. Варто лише поглянути на його формулу, щоб зрозуміти це. Типовим прикладом може служити всім відомий поліетилен, широко застосовується у побуті та промисловості. Він є продуктом реакції полімеризації, в яку вступає непредельный вуглеводень этен чи етилен. Реакція у загальному вигляді записується наступним чином:




nCH 2 =CH 2 ->(-СН-СН-) n , де n - ступінь полімеризації молекул, що показує, скільки мономерних ланок входить до її складу.

Також як приклад можна навести природний полімер, який усім добре відомий, це крохмаль. Крім того, до даної групи сполук належать амілопектин, целюлоза, курячий білок і багато інші речовини.

Реакції, в результаті яких можуть утворитися макромолекули, бувають двох типів:

  • полімеризації;
  • поліконденсації.

Різниця в тому, що в другому випадку продукти взаємодії є низькомолекулярними. Будова полімеру може бути різним, це залежить від тих атомів, що його утворюють. Часто зустрічаються лінійні форми, але є і сітчасті тривимірні, дуже складні.

Якщо ж говорити про сили та взаємодіях, які утримують мономерні ланки разом, то можна окреслити кілька основних:

  • Ван-Дер-Ваальсові сили;
  • хімічні зв'язки (ковалентні, іонні);
  • электроностатическое взаємодія.

Всі полімери не можна об'єднувати в одну категорію, так як вони мають абсолютно різну природу, спосіб утворення і виконують неоднакові функції. Властивості їх також різняться. Тому існує класифікація, яка дозволяє ділити всіх представників цієї групи речовин на різні категорії. В її основі може лежати кілька ознак.

Природний полімер - формула та застосування

Класифікація полімерів

Якщо брати за основу якісний склад молекул, то всі ці речовини можна визначити три групи.

  • Органічні – це ті, до складу яких входять атоми вуглецю, водню, сірки, кисню, фосфору, азоту. Тобто ті елементи, які є біогенними. Прикладів можна навести масу: поліетилен, полівінілхлорид, поліпропілен, віскоза, нейлон, природний полімер – білок, нуклеїнові кислоти і так далі.
  • Элементорганические – такі, в склад яких входить якийсь сторонній неорганічний і не біогенний елемент. Найчастіше це кремній, алюміній або титан. Приклади подібних макромолекул: органічне скло, стеклополимеры, композиційні матеріали.
  • Неорганічні – в основі ланцюга лежать атоми кремнію, а не вуглецю. Радикали ж можуть бути частиною бічних відгалужень. Вони відкриті зовсім недавно, в середині XX століття. Використовуються в медицині, будівництві, техніці та інших галузях. Приклади: силікон, кіновар.
  • Якщо розділяти полімери за походженням, то можна виділити три їх групи.


  • Природні полімери, застосування яких широко здійснювалося з самої давнини. Це такі макромолекули, для створення яких людина не докладав жодних зусиль. Вони є продуктами реакцій самої природи. Приклади: шовк, шерсть, білок, нуклеїнові кислоти, крохмаль, целюлоза, шкіра, бавовна та інші.
  • Штучні. Це такі макромолекули, які створюються людиною, але на основі природних аналогів. Тобто просто поліпшуються і змінюються властивості вже наявного природного полімеру. Приклади: штучний каучук, гума.
  • Синтетичні – це такі полімери, у створенні яких бере участь тільки людина. Природних аналогів для них немає. Вчені розробляють методи синтезу нових матеріалів, які відрізнялися б поліпшеними технічними характеристиками. Так народжуються синтетичні полімерні сполуки різного роду. Приклади: поліетилен, поліпропілен, віскоза, ацетатное волокно та інше.
  • Є і ще одна ознака, що лежить в основі поділу розглянутих речовин на групи. Це реакційна здатність і термостійкість. Виділяють дві категорії по цьому параметру:


    • термопластичні;
    • термореактивні.

    Найдавнішим, важливим і особливо цінним є все ж природний полімер. Його унікальні властивості. Тому далі розглянемо саме цю категорію макромолекул.

    Природний полімер - формула та застосування

    Яка речовина є природним полімером?

    Щоб відповісти на це питання, спочатку оглянемося навколо себе. Що нас оточує? Живі організми навколо нас, які живляться, дихають, розмножуються, цвітуть і дають плоди і насіння. А що вони являють собою з молекулярної точки зору? Це такі сполуки, як:

    • білки;
    • нуклеїнові кислоти;
    • полісахариди.

    Так от, природним полімером є кожна з наведених сполук. Таким чином, виходить, що життя навколо нас існує тільки завдяки наявності цих молекул. З найдавніших часів люди використовували глину, будівельні суміші і розчини для зміцнення і створення житла, ткали пряжу з вовни, застосовували для створення одягу бавовна, шовк, шерсть і шкіру тварин. Природні органічні полімери супроводжували людину на всіх щаблях його становлення та розвитку і багато в чому допомогли йому досягти тих результатів, що ми маємо сьогодні.

    Сама природа давала все для того, щоб життя людей було максимально комфортним. Згодом був відкритий каучук, з'ясовано його чудові властивості. Людина навчилася використовувати в харчових цілях крохмаль, у технічних – целюлозу. Природним полімером є і камфора, яка також відома з давніх часів. Смоли, білки, нуклеїнові кислоти – все це приклади розглянутих сполук.

    Будова природних полімерів

    Не всі представники даного класу речовин влаштовані однаково. Так, природні та синтетичні полімери можуть істотно розрізнятися. Їх молекули орієнтується так, щоб максимально вигідно і зручно існувати з енергетичної точки зору. При цьому багато природні види здатні набухати і структура їх в процесі змінюється. Можна виділити кілька найпоширеніших варіантів будови ланцюга:

    • лінійні;
    • розгалужені;
    • зірчасті;
    • плоскі;
    • сітчасті;
    • стрічкові;
    • гребневидные.

    Штучні і синтетичні представники макромолекул мають дуже велику масу, величезне число атомів. Їх створюють із спеціально заданими властивостями. Тому і будова їх спочатку планується людиною. Натуральні ж полімери найчастіше або лінійні, або сітчасті по своїй структурі.

    Природний полімер - формула та застосування

    Приклади природних макромолекул

    Природні та штучні полімери дуже близькі один одному. Адже перші стають основою для створення друге. Прикладів подібних перетворень багато. Наведемо деякі з них.

  • Звичайна пластмаса молочно-білого кольору – це продукт, одержуваний при обробці азотною кислотою целюлози з додаванням природного камфори. Реакція полімеризації призводить до затвердіння отриманого полімеру і перетворенню в потрібний продукт. А пластифікатор – камфора, робить його здатним розм'якшуватися при нагріванні і міняти свою форму.
  • Ацетатний шовк, мідно-аміачне волокно, віскоза – все це приклади тих ниток, волокон, які отримують на основі целюлози. Тканини з натуральної бавовни і льону не так міцні, не блискучі, легко сминаемы. А ось штучні аналоги цих недоліків позбавлені, що і робить їх використання досить привабливим.
  • Штучні камені, будівельні матеріали, суміші, шкірозамінник – це також приклади полімерів, отриманих на основі натуральної сировини.
  • Речовина, що є природним полімером, може використовуватися і в істинному вигляді. Таких прикладів теж чимало:

    • каніфоль;
    • бурштин;
    • крохмаль;
    • амілопектин;
    • целюлоза;
    • хутро;
    • вовна;
    • бавовна;
    • шовк;
    • цемент;
    • глина;
    • вапно;
    • білки;
    • нуклеїнові кислоти і так далі.

    Очевидно, що розглянутий нами клас сполук дуже численний, важливий і значущий для людей. Тепер розглянемо більш докладно кілька представників природних полімерів, які є дуже затребуваними в даний час.

    Природний полімер - формула та застосування

    Шовк і вовна

    Формула природного полімеру шовку складна, адже його хімічний склад виражається наступними компонентами:

    • фіброїн;
    • серицин;
    • воски;
    • жири.

    Сам головний білок – фіброїн, налічує у своєму складі кілька різновидів амінокислот. Якщо представити його полипептидную ланцюжок, то вона буде виглядати приблизно так: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH(CH 3 )-CO-NH-CH 2 -CO-) n. І це лише її частину. Якщо уявити, що до даної структури за допомогою сил Ван-Дер-Ваальса приєднується не менш складна молекула білка серицина, разом вони змішуються в єдину конформацію з воском і жирами, то зрозуміло, чому складно зобразити формулу натурального шовку.

    На сьогоднішній день більшу частину даного продукту поставляє Китай, адже на його теренах існує природна середовище існування основного виробника – тутового шовкопряда. Раніше, починаючи з найдавніших часів, натуральний шовк дуже цінувався. Дозволити собі одяг з нього могли лише знатні, багаті люди. Сьогодні багато характеристики цієї тканини залишають бажати кращого. Наприклад, він сильно намагнічується й мнеться, крім того, від перебування на сонці втрачає блиск і тьмяніє. Тому більше в побуті штучні похідні на його основі.

    Вовна – це теж природний полімер, так як є продуктом життєдіяльності шкіри і сальних залоз тварин. На основі цього білкового продукту виготовляють трикотаж, який, як і шовк, є цінним матеріалом.

    Природний полімер - формула та застосування

    Крохмаль

    Природний полімер крохмаль є продуктом життєдіяльності рослин. Вони виробляють його в результаті процесу фотосинтезу і накопичують у різних частинах тіла. Його хімічний склад:

    • амілопектин;
    • амілоза;
    • альфа-глюкоза.

    Просторова структура крохмалю дуже розгалужена, невпорядкована. Завдяки входить до складу амилопектину, він здатний набухати у воді, перетворюючись на так званий клейстер. Цей колоїдний розчин використовується в техніці і промисловості. Медицина, харчова галузь, виготовлення шпалерних клеїв – це також галузі використання даного речовини.

    Серед рослин, що містять максимальну кількість крохмалю, можна виділити:

    • кукурудзу;
    • картопля;
    • рис;
    • пшеницю;
    • маніок;
    • овес;
    • гречку;
    • банани;
    • сорго.

    На основі цього біополімеру випікають хліб, виготовляють макаронні вироби, варять киселі, каші та інші харчові продукти.

    Природний полімер - формула та застосування

    Целюлоза

    З точки зору хімії, дана речовина – це полімер, склад якого виражається формулою (З 6 Н 5 Про 5 ) n . Мономерным ланкою ланцюга є бета-глюкоза. Основні місця утримання целюлози – це клітинні стінки рослин. Саме тому деревина – цінне джерело цього з'єднання.

    Целюлоза – природній полімер, який має лінійну просторову будову. Вона використовується для виробництва наступних видів виробів:

    • целюлозно-паперової продукції;
    • штучного хутра;
    • різних видів штучних волокон;
    • бавовни;
    • пластмаси;
    • бездимного пороху;
    • кіноплівок і так далі.

    Очевидно, що промислове значення її велике. Щоб це з'єднання можливо було використовувати у виробництві, його слід спершу вийняти з рослин. Це роблять шляхом тривалої варіння деревини в спеціальних пристроях. Подальша обробка, а також реагенти, використовувані для виварювання, розрізняються. Є кілька способів:

    • сульфітний;
    • азотнокислий;
    • натронный;
    • сульфатний.

    Після подібної обробки продукт все ще містить домішки. В основі це лігнін і геміцелюлоза. Щоб позбавитися від них, масу обробляють хлором або лугом.

    В організмі людини не існує таких біологічних каталізаторів, які зуміли б розщепити цей складний біополімер. Однак деякі тварини (травоїдні) пристосувалися до цього. В їх шлунку поселяються певні бактерії, які роблять це за них. Натомість мікроорганізми отримують енергію для життя і середовище проживання. Така форма симбіозу є вкрай вигідною для обох сторін.

    Природний полімер - формула та застосування

    Каучук

    Це природний полімер, що має цінне господарське значення. Вперше він був описаний ще Робертом Куком, який в одному зі своїх подорожей його виявив. Сталося це так. Висадившись на острові, на якому жили невідомі йому тубільці, він був гостинно зустрінутий ними. Його увагу привернули місцеві діти, які грали незвичайним предметом. Це кулясте тіло відштовхувався від підлоги і подпрыгивало високо вгору, потім поверталося.

    Поцікавившись у місцевого населення про те, з чого зроблена ця іграшка, Кук дізнався, що так застигає сік одного з дерев – гевеї. Багато пізніше було з'ясовано, що це і є біополімер каучук.

    Хімічна природа даного з'єднання відома – це ізопрен, що піддався природної полімеризації. Формула каучуку (З 5 Н 8 ) n . Його властивості, завдяки яким він так високо цінується, наступні:

    • еластичність;
    • зносостійкість;
    • електроізоляція;
    • водонепроникність.

    Однак є й недоліки. На холоді він стає крихким і ламким, а на спеці – липким і тягучим. Саме тому з'явилася необхідність синтезу аналогів штучної або синтетичної основи. Сьогодні каучуки широко використовуються в технічних і промислових цілях. Найголовніші продукти на їх основі:

    • гуми;
    • эбониты.

    Бурштин

    Є природним полімером, оскільки за своєю структурою являє смолу, копалини палеозойської її форму. Просторова структура – каркасний аморфний полімер. Дуже горючий, запалити його можна полум'ям сірника. Має властивості люмінесценції. Це дуже важлива і цінна якість, яка використовується в ювелірній справі. Прикраси на основі бурштину дуже красиві і затребувані.

    Крім того, цей біополімер використовують у медичних цілях. З нього виготовляють наждачний папір, лакові покриття для різних поверхонь.

    of your page -->

    Популярні поради

    загрузка...