Prirodni polimer - formula i primjena

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

Većina današnjeg građevinskog materijala, lijekova, tkanina, kućanskih predmeta, ambalaže i potrošnog materijala su polimeri. Ovo je cijela skupina spojeva koji imaju karakteristične karakteristike. Ima ih puno, ali unatoč tome, broj polimera nastavlja rasti. Uostalom, sintetički kemičari svake godine otkrivaju sve više i više novih tvari. U isto vrijeme, prirodni polimer je bio od posebne važnosti u svakom trenutku. Koje su to nevjerojatne molekule? Koja su njihova svojstva, a koje značajke? Odgovorit ćemo na ova pitanja tijekom članka.

Polimeri: opće karakteristike

S gledišta kemije, polimer se smatra molekulom velike molekularne težine: od nekoliko tisuća do milijuna jedinica. No, osim ove značajke, postoji još nekoliko prema kojima se tvari mogu svrstati upravo u prirodne i sintetske polimere. Ovo je:

• konstantno ponavljajuće monomerne jedinice koje su povezane različitim interakcijama;
• stupanj polimeraze (tj. broj monomera) trebao bi biti vrlovisoka, inače će se spoj smatrati oligomerom;
• određena prostorna orijentacija makromolekule;
• skup važnih fizičkih i kemijskih svojstava jedinstvenih za ovu grupu.

Općenito, tvar polimerne prirode prilično je lako razlikovati od drugih. Treba samo pogledati njegovu formulu da bi je razumjeli. Tipičan primjer je dobro poznati polietilen koji se široko koristi u svakodnevnom životu i industriji. To je produkt reakcije polimerizacije u koju ulazi nezasićeni ugljikovodik eten ili etilen. Reakcija u općem obliku piše se na sljedeći način:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , gdje n je stupanj polimerizacije molekula, koji pokazuje koliko je monomernih jedinica uključeno u njegov sastav.

Također, kao primjer može se navesti prirodni polimer, koji je svima dobro poznat, to je škrob. Osim toga, ovoj skupini spojeva pripadaju amilopektin, celuloza, pileći proteini i mnoge druge tvari.

Reakcije koje mogu formirati makromolekule su dvije vrste:

• polimerizacija;
• polikondenzacija.

Razlika je u tome što su u drugom slučaju produkti interakcije niske molekularne težine. Struktura polimera može biti različita, ovisi o atomima koji ga tvore. Često se nalaze linearni oblici, ali postoje i trodimenzionalne mreže, koje su vrlo složene.

Ako govorimo o silama i interakcijama koje drže monomerne jedinice zajedno, tada možemo identificirati nekoliko osnovnih:

• Van Der Waalssnaga;
• kemijske veze (kovalentne, ionske);
• elektrostatička interakcija.

Svi polimeri ne mogu se kombinirati u jednu kategoriju, jer imaju potpuno drugačiju prirodu, način stvaranja i obavljaju različite funkcije. Njihova svojstva se također razlikuju. Stoga postoji klasifikacija koja vam omogućuje da podijelite sve predstavnike ove skupine tvari u različite kategorije. Može se temeljiti na nekoliko znakova.

Klasifikacija polimera

Ako za osnovu uzmemo kvalitativni sastav molekula, onda se sve tvari koje se razmatraju mogu podijeliti u tri skupine.

1. Organski - to su oni koji uključuju atome ugljika, vodika, sumpora, kisika, fosfora, dušika. Odnosno oni elementi koji su biogeni. Postoji mnogo primjera: polietilen, polivinil klorid, polipropilen, viskoza, najlon, prirodni polimer - protein, nukleinske kiseline i tako dalje.
2. Elementalorganic - oni koji uključuju neki strani anorganski i nebiogeni element. Najčešće je to silicij, aluminij ili titan. Primjeri takvih makromolekula: organsko staklo, stakleni polimeri, kompozitni materijali.
3. Anorganski - lanac se temelji na atomima silicija, a ne na ugljiku. Radikali također mogu biti dio bočnih grana. Otkriveni su sasvim nedavno, sredinom 20. stoljeća. Koristi se u medicini, građevinarstvu, inženjerstvu i drugim industrijama. Primjeri: silikon, cinober.

Ako odvojite polimere prema podrijetlu, možeteodaberite tri njihove grupe.

1. Prirodni polimeri, čija je upotreba široko rasprostranjena od antike. To su takve makromolekule, za čije stvaranje se osoba nije trudila. Oni su produkti reakcija same prirode. Primjeri: svila, vuna, proteini, nukleinske kiseline, škrob, celuloza, koža, pamuk, itd.
2. Umjetno. To su makromolekule koje je stvorio čovjek, ali temeljene na prirodnim analozima. To jest, svojstva već postojećeg prirodnog polimera jednostavno se poboljšavaju i mijenjaju. Primjeri: umjetna guma, guma.
3. Sintetički - to su polimeri u čijem stvaranju sudjeluje samo osoba. Za njih nema prirodnih analoga. Znanstvenici razvijaju metode za sintezu novih materijala koji bi imali poboljšane tehničke karakteristike. Tako nastaju sintetski polimerni spojevi raznih vrsta. Primjeri: polietilen, polipropilen, viskoza, acetatna vlakna, itd.

Postoji još jedna značajka koja leži u osnovi podjele razmatranih tvari u skupine. To su reaktivnost i toplinska stabilnost. Postoje dvije kategorije za ovaj parametar:

• termoplastika;
• termoset.

Najdrevniji, najvažniji i posebno vrijedan još uvijek je prirodni polimer. Njegova svojstva su jedinstvena. Stoga ćemo dalje razmotriti ovu posebnu kategoriju makromolekula.

Koja je tvar prirodni polimer?

Da bismo odgovorili na ovo pitanje, prvo se osvrnimo oko sebe. Što nas okružuje?Živi organizmi oko nas koji se hrane, dišu, razmnožavaju, cvjetaju i proizvode plodove i sjemenke. A što oni predstavljaju s molekularne točke gledišta? To su veze poput:

• proteini;
• nukleinske kiseline;
• polisaharidi.

Dakle, svaki od ovih spojeva je prirodni polimer. Dakle, ispada da život oko nas postoji samo zbog prisutnosti ovih molekula. Ljudi su od davnina koristili glinu, građevinske mješavine i žbuke za jačanje i stvaranje doma, tkali pređu od vune, a za izradu odjeće koristili pamuk, svilu, vunu i životinjsku kožu. Prirodni organski polimeri pratili su čovjeka u svim fazama njegovog formiranja i razvoja i na mnogo načina pomogli mu da postigne rezultate koje imamo danas.

Sama priroda je dala sve kako bi život ljudi bio što ugodniji. S vremenom je otkrivena guma, razjašnjena su njezina izvanredna svojstva. Čovjek je naučio koristiti škrob u prehrambene svrhe, a celulozu u tehničke svrhe. Kamfor je također prirodni polimer, koji je također poznat od davnina. Smole, proteini, nukleinske kiseline su svi primjeri spojeva koji se razmatraju.

Struktura prirodnih polimera

Nemaju svi predstavnici ove klase tvari istu strukturu. Dakle, prirodni i sintetički polimeri mogu se značajno razlikovati. Njihove su molekule orijentirane na takav način da je s energetskog stajališta najkorisnije i najprikladnije postojati. Istodobno, mnoge prirodne vrste mogu nabubriti i njihova se struktura mijenja u procesu. Postoji nekoliko najčešćih varijanti strukture lanca:

• linearno;
• razgranati;
• zvijezda;
• stan;
• mesh;
• traka;
• u obliku češlja.

Umjetni i sintetski predstavnici makromolekula imaju vrlo veliku masu, ogroman broj atoma. Izrađuju se s posebno određenim svojstvima. Stoga je njihovu strukturu izvorno planirao čovjek. Prirodni polimeri su najčešće linearne ili mrežaste strukture.

Primjeri prirodnih makromolekula

Prirodni i umjetni polimeri vrlo su blizu jedan drugom. Uostalom, prvi postaju temelj za stvaranje drugog. Mnogo je primjera takvih transformacija. Evo nekih od njih.

1. Obična mliječno-bijela plastika je proizvod dobiven obradom celuloze dušičnom kiselinom uz dodatak prirodnog kamfora. Reakcija polimerizacije uzrokuje da se rezultirajući polimer skrući i postane željeni proizvod. A plastifikator - kamfor, čini ga sposobnim da omekša kada se zagrije i promijeni svoj oblik.
2. Acetatna svila, bakreno-amonijačna vlakna, viskoza su svi primjeri onih niti, vlakana koja se dobivaju iz celuloze. Tkanine od prirodnog pamuka i lana nisu toliko izdržljive, ne sjajne, lako se naboraju. Ali njihovi umjetni analozi su lišeni ovih nedostataka, što njihovu upotrebu čini vrlo privlačnom.
3. Umjetno kamenje, građevinski materijali, mješavine, nadomjesci kože suPogledajte također primjere polimera dobivenih iz prirodnih sirovina.

Tvar, koja je prirodni polimer, također se može koristiti u svom pravom obliku. Postoji i mnogo takvih primjera:

• kolofonija;
• jantar;
• škrob;
• amilopektin;
• celuloza;
• krzno;
• vuna;
• pamuk;
• svila;
• cement;
• glina;
• limeta;
• proteini;
• nukleinske kiseline i tako dalje.

Očito je da je klasa spojeva koju razmatramo vrlo brojna, praktički važna i značajna za ljude. Sada pogledajmo pobliže nekoliko predstavnika prirodnih polimera, koji su u ovom trenutku vrlo traženi.

Svila i vuna

Formula prirodnog polimera svile je složena, jer je njegov kemijski sastav izražen sljedećim komponentama:

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

Glavni protein, fibroin, sadrži nekoliko vrsta aminokiselina. Ako zamislite njegov polipeptidni lanac, onda će izgledati otprilike ovako: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. I ovo je samo dio toga. Ako zamislimo da je jednako složena proteinska molekula sericina pričvršćena na ovu strukturu uz pomoć van der Waalsovih sila, a zajedno se miješaju u jednu konformaciju s voskom i mastima, onda je jasno zašto je teško opisati formulu od prirodne svile.

Za danasDanas većinu ovog proizvoda isporučuje Kina, jer se na njezinim otvorenim prostorima nalazi prirodno stanište glavnog proizvođača - svilene bube. Prije, počevši od najstarijih vremena, prirodna svila bila je vrlo cijenjena. Odjeću od njega mogli su si priuštiti samo plemeniti, bogati ljudi. Danas mnoge karakteristike ove tkanine ostavljaju mnogo da se požele. Na primjer, jako je magnetiziran i naboran, osim toga gubi sjaj i blijedi od izlaganja suncu. Stoga su umjetne izvedenice koje se temelje na njemu sve više u upotrebi.

Vuna je također prirodni polimer, jer je otpadni produkt kože i žlijezda lojnica životinja. Na temelju ovog proteinskog proizvoda izrađuje se pletenina koja je, kao i svila, vrijedan materijal.

škrob

Prirodni polimer škrob je otpadni proizvod biljaka. Proizvode ga kao rezultat procesa fotosinteze i nakupljaju se u različitim dijelovima tijela. Njegov kemijski sastav:

• amilopektin;
• amiloza;
• alfa-glukoza.

Prostorna struktura škroba je vrlo razgranata, neuređena. Zahvaljujući amilopektinu uključenom u sastav, može nabubriti u vodi, pretvarajući se u takozvanu pastu. Ova koloidna otopina koristi se u strojarstvu i industriji. Medicina, prehrambena industrija, proizvodnja ljepila za tapete također su područja upotrebe ove tvari.

Među biljkama koje sadrže maksimalnu količinu škroba možemo razlikovati:

• kukuruz;
• krompir;
• riža;
• pšenica;
• maniokoka;
• zob;
• heljda;
• banane;
• sirak.

Na bazi ovog biopolimera peče se kruh, pravi se tjestenina, kuhaju kisulji, žitarice i drugi prehrambeni proizvodi.

Pulp

S gledišta kemije, ova tvar je polimer, čiji je sastav izražen formulom (C₆H_{5 O} 5_{) . Monomerna karika u lancu je beta-glukoza. Glavna mjesta sadržaja celuloze su stanične stijenke biljaka. Zato je drvo vrijedan izvor ovog spoja.}

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

• proizvodi od celuloze i papira;
• umjetno krzno;
• različite vrste umjetnih vlakana;
• pamuk;
• plastika;
• bezdimni prah;
• filmske trake i tako dalje.

Očito je da je njegov industrijski značaj velik. Da bi se određeni spoj mogao koristiti u proizvodnji, prvo se mora ekstrahirati iz biljaka. To se postiže dugotrajnim kuhanjem drva u posebnim uređajima. Daljnja obrada, kao i reagensi koji se koriste za probavu, variraju. Postoji nekoliko načina:

• sulfit;
• nitrat;
• natrij;
• sulfat.

Nakon ovog tretmana, proizvod još uvijek sadržinečistoće. Temelji se na ligninu i hemicelulozi. Da bi ih se riješili, masa se tretira klorom ili lužinom.

U ljudskom tijelu ne postoje takvi biološki katalizatori koji bi mogli razgraditi ovaj složeni biopolimer. Međutim, neke životinje (biljojedi) su se tome prilagodile. U želucu imaju određene bakterije koje to rade umjesto njih. Zauzvrat, mikroorganizmi dobivaju energiju za život i stanište. Ovaj oblik simbioze izuzetno je koristan za obje strane.

guma

Ovo je prirodni polimer od vrijedne ekonomske važnosti. Prvi ju je opisao Robert Cook, koji ju je otkrio na jednom od svojih putovanja. Dogodilo se ovako. Spustivši se na otok naseljen njemu nepoznatim domorocima, gostoljubivo su ga primili. Njegovu pažnju privukla su domaća djeca koja su se igrala neobičnim predmetom. Ovo sferno tijelo udarilo je s poda i odskočilo visoko uvis, a zatim se vratilo.

Upitavši lokalno stanovništvo od čega je napravljena ova igračka, Cook je saznao da se sok jednog od stabala, hevee, na taj način stvrdne. Mnogo kasnije se saznalo da je ovo biopolimer gume.

Kemijska priroda ovog spoja je poznata - to je izopren koji je prošao prirodnu polimerizaciju. Gumena formula je (S₅N₈) . Njegova svojstva koja ga čine tako visoko cijenjenim su sljedeća:

• elastičnost;
• otporan na habanje;
• električna izolacija;
• vodootporan.

Međutim, postoje i nedostaci. Na hladnoći postaje krhka i lomljiva, a na vrućini postaje ljepljiva i viskozna. Zato je postalo potrebno sintetizirati analoge umjetne ili sintetske baze. Danas se guma široko koristi u tehničke i industrijske svrhe. Najvažniji proizvodi temeljeni na njima:

• gume;
• eboniti.

Amber

To je prirodni polimer, jer je po svojoj strukturi smola, njegov fosilni oblik. Prostorna struktura je okvirni amorfni polimer. Vrlo je zapaljiv i može se zapaliti plamenom šibice. Ima svojstva luminiscencije. Ovo je vrlo važna i vrijedna kvaliteta koja se koristi u nakitu. Nakit na bazi jantara vrlo je lijep i tražen.

Osim toga, ovaj biopolimer se također koristi u medicinske svrhe. Također se koristi za izradu brusnog papira, lakiranja za razne površine.