Prirodni polimer - formula i primjena

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Većina današnjeg građevinskog materijala, lijekova, tkanina, predmeta za domaćinstvo, ambalaže i potrošnog materijala su polimeri. Ovo je cijela grupa spojeva koji imaju karakteristične karakteristike. Ima ih puno, ali unatoč tome, broj polimera nastavlja rasti. Uostalom, sintetički kemičari iz godine u godinu otkrivaju sve više i više novih supstanci. Istovremeno, prirodni polimer je bio od posebne važnosti u svakom trenutku. Šta su ovi neverovatni molekuli? Koje su njihove osobine, a koje karakteristike? Odgovorićemo na ova pitanja u toku članka.

Polimeri: opšte karakteristike

Sa stanovišta hemije, polimer se smatra molekulom velike molekulske težine: od nekoliko hiljada do miliona jedinica. Međutim, osim ove osobine, postoji još nekoliko po kojima se tvari mogu svrstati upravo u prirodne i sintetičke polimere. Ovo je:

• konstantno ponavljajuće monomerne jedinice koje su povezane kroz različite interakcije;
• stepen polimeraze (tj. broj monomera) bi trebao biti vrlovisoka, inače će se spoj smatrati oligomerom;
• određena prostorna orijentacija makromolekule;
• skup važnih fizičkih i hemijskih svojstava koja su jedinstvena za ovu grupu.

Općenito, supstancu 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 proizvod reakcije polimerizacije u koju ulazi nezasićeni ugljikovodik eten ili etilen. Reakcija se u opštem obliku piše na sljedeći način:

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

Takođe, kao primjer može se navesti prirodni polimer, koji je svima dobro poznat, a to je škrob. Osim toga, amilopektin, celuloza, pileći protein i mnoge druge supstance pripadaju ovoj grupi jedinjenja.

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, zavisi od atoma koji ga formiraju. Često se nalaze linearni oblici, ali postoje i trodimenzionalne mreže, koje su veoma složene.

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

• Van Der Waalssnaga;
• hemijske veze (kovalentne, jonske);
• elektrostatička interakcija.

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

Klasifikacija polimera

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

1. Organski - to su oni koji uključuju atome ugljenika, vodonika, sumpora, kiseonika, fosfora, azota. Odnosno, oni elementi koji su biogeni. Postoji mnogo primjera: polietilen, polivinil hlorid, polipropilen, viskoza, najlon, prirodni polimer - protein, nukleinske kiseline i tako dalje.
2. Elementalorganic - oni koji uključuju neki strani neorganski i nebiogeni element. Najčešće je to silicijum, aluminijum ili titanijum. Primjeri takvih makromolekula: organsko staklo, stakleni polimeri, kompozitni materijali.
3. Neorganski - lanac se zasniva na atomima silicijuma, a ne na ugljeniku. Radikali također mogu biti dio bočnih grana. Otkriveni su sasvim nedavno, sredinom 20. veka. Koristi se u medicini, građevinarstvu, inženjeringu i drugim industrijama. Primjeri: silikon, cinober.

Ako odvojite polimere prema porijeklu, možeteodaberite tri njihove grupe.

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

Postoji još jedna karakteristika koja leži u osnovi podjele razmatranih supstanci u grupe. To su reaktivnost i termička 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 supstanca je prirodni polimer?

Da odgovorimo na ovo pitanje, prvo se osvrnimo oko sebe. Šta nas okružuje?Živi organizmi oko nas koji se hrane, dišu, razmnožavaju, cvjetaju i proizvode plodove i sjemenke. A šta oni predstavljaju sa molekularne tačke gledišta? Ovo su veze poput:

• proteini;
• nukleinske kiseline;
• polisaharidi.

Dakle, svako od ovih jedinjenja je prirodni polimer. Tako se ispostavlja da život oko nas postoji samo zbog prisustva ovih molekula. Ljudi su od davnina koristili glinu, građevinske mješavine i m altere za jačanje i stvaranje doma, tkali pređu od vune i koristili pamuk, svilu, vunu i životinjsku kožu za izradu odjeće. 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 da život ljudi bude što ugodniji. Vremenom je otkrivena guma, razjašnjena su njena izuzetna 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 jedinjenja koja se razmatraju.

Struktura prirodnih polimera

Nemaju svi predstavnici ove klase supstanci istu strukturu. Stoga se prirodni i sintetički polimeri mogu značajno razlikovati. Njihovi molekuli su orijentisani na takav način da je najkorisnije i najpogodnije postojati sa energetske tačke gledišta. U isto vrijeme, mnoge prirodne vrste mogu nabubriti i njihova struktura se mijenja u tom procesu. Postoji nekoliko najčešćih varijanti strukture lanca:

• linear;
• branched;
• zvijezda;
• stan;
• mesh;
• traka;
• u obliku češlja.

Veštački i sintetički predstavnici makromolekula imaju veoma veliku masu, ogroman broj atoma. Kreiraju se sa posebno određenim svojstvima. Stoga je njihovu strukturu prvobitno planirao čovjek. Prirodni polimeri su najčešće linearne ili mrežaste strukture.

Primjeri prirodnih makromolekula

Prirodni i veštački polimeri su veoma bliski jedan drugom. Uostalom, prvi postaju osnova za stvaranje drugog. Mnogo je primjera takvih transformacija. Evo nekih od njih.

1. Obična mliječno-bijela plastika je proizvod dobiven tretiranjem celuloze dušičnom kiselinom uz dodatak prirodnog kamfora. Reakcija polimerizacije uzrokuje da se rezultirajući polimer očvrsne i postane željeni proizvod. A plastifikator - kamfor, čini ga sposobnim da omekša kada se zagrije i promijeni svoj oblik.
2. Acetatna svila, bakar-amonijačna vlakna, viskoza su sve primjeri onih niti, vlakana koja se dobijaju od celuloze. Tkanine od prirodnog pamuka i lana nisu toliko izdržljive, ne sjajne, lako se gužvaju. Ali njihovi umjetni analozi su lišeni ovih nedostataka, što njihovu upotrebu čini vrlo atraktivnom.
3. Umjetno kamenje, građevinski materijali, mješavine, zamjene za kožu suPogledajte i primjere polimera dobijenih od prirodnih sirovina.

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

• kalofonija;
• amber;
• škrob;
• amilopektin;
• celuloza;
• krzno;
• vuna;
• pamuk;
• silk;
• cement;
• glina;
• lime;
• proteini;
• nukleinske kiseline i tako dalje.

Očigledno je da je klasa jedinjenja koju razmatramo veoma brojna, praktično važna i značajna za ljude. Sada pogledajmo izbliza nekoliko predstavnika prirodnih polimera, koji su u ovom trenutku veoma traženi.

Svila i vuna

Formula prirodnog polimera svile je kompleksna, jer je njen hemijski sastav izražen sledećim komponentama:

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

Sam 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 se na ovu strukturu uz pomoć van der Waalsovih sila pričvrsti jednako složena proteinska molekula sericina, a zajedno se pomiješaju 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 njenim otvorenim prostorima nalazi prirodno stanište glavnog proizvođača - svilene bube. Ranije, počevši od najstarijih vremena, prirodna svila je bila visoko cijenjena. Odjeću od nje mogli su sebi 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 umjetni derivati zasnovani na njemu sve više u upotrebi.

Vuna je takođe prirodni polimer, jer je otpadni proizvod kože i lojnih žlijezda životinja. Na osnovu ovog proteinskog proizvoda izrađuje se trikotaža koja je, kao i svila, vrijedan materijal.

Skrob

Prirodni polimer škrob je otpadni proizvod biljaka. Proizvode ga kao rezultat procesa fotosinteze i akumuliraju se u različitim dijelovima tijela. Njegov hemijski 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 se koristi u inženjerstvu i industriji. Medicina, prehrambena industrija, proizvodnja ljepila za tapete su također područja upotrebe ove supstance.

Među biljkama koje sadrže maksimalnu količinu škroba možemo razlikovati:

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

Na bazi ovog biopolimera peče se hljeb, prave tjestenine, kuhaju kislice, žitarice i drugi prehrambeni proizvodi.

Pulp

S tačke gledišta hemije, ova supstanca je polimer, čiji je sastav izražen formulom (C₆H_{5 O} 5_{) . Monomerna karika u lancu je beta-glukoza. Glavna mjesta sadržaja celuloze su ćelijski zidovi biljaka. Zato je drvo vrijedan izvor ovog jedinjenja.}

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.

Očigledno, njegov industrijski značaj je veliki. Da bi se određeno jedinjenje moglo koristiti u proizvodnji, prvo se mora ekstrahovati iz biljaka. To se postiže dugotrajnim kuvanjem drva u posebnim uređajima. Dalja obrada, kao i reagensi koji se koriste za varenje, variraju. Postoji nekoliko načina:

• sulfit;
• nitrat;
• sodium;
• sulfat.

Nakon ovog tretmana, proizvod i dalje sadržinečistoće. Bazira se na ligninu i hemicelulozi. Da bi ih se riješili, masa se tretira hlorom ili alkalijom.

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

guma

Ovo je prirodni polimer od vrijedne ekonomske važnosti. Prvi ga je opisao Robert Cook, koji ga je otkrio na jednom od svojih putovanja. Desilo se ovako. Spustivši se na ostrvo naseljeno njemu nepoznatim domorocima, gostoljubivo su ga primili. Njegovu pažnju privukla su lokalna djeca koja su se igrala neobičnim predmetom. Ovo sferično tijelo je udarilo od 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, stvrdne na ovaj način. Mnogo kasnije se saznalo da je ovo biopolimer gume.

Hemijska priroda ovog jedinjenja 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 lomljiv i lomljiv, a na vrućini postaje ljepljiv i viskozan. Zbog toga je postalo neophodno sintetizirati analoge umjetne ili sintetičke baze. Danas se guma široko koristi u tehničke i industrijske svrhe. Najvažniji proizvodi zasnovani na njima:

• gume;
• eboniti.

Amber

To je prirodni polimer, jer je po svojoj strukturi smola, njegov fosilni oblik. Prostorna struktura je okvirni amorfni polimer. Veoma je zapaljiv i može se zapaliti plamenom šibice. Ima svojstva luminiscencije. Ovo je vrlo važan i vrijedan kvalitet koji se koristi u nakitu. Nakit od ćilibara je veoma lijep i tražen.

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