Natural na polimer - formula at aplikasyon

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Karamihan sa mga materyales ngayon sa paggawa, gamot, tela, gamit sa bahay, packaging at mga consumable ay polymer. Ito ay isang buong pangkat ng mga compound na may mga katangian na nagpapakilala sa mga katangian. Marami sa kanila, ngunit sa kabila nito, ang bilang ng mga polimer ay patuloy na lumalaki. Pagkatapos ng lahat, taun-taon natutuklasan ng mga sintetikong chemist ang higit at higit pang mga bagong sangkap. Kasabay nito, ito ay ang natural na polimer na partikular na kahalagahan sa lahat ng oras. Ano ang mga kamangha-manghang molekula na ito? Ano ang kanilang mga katangian at ano ang mga tampok? Sasagutin namin ang mga tanong na ito sa kurso ng artikulo.

Polymer: pangkalahatang katangian

Mula sa pananaw ng chemistry, ang polymer ay itinuturing na isang molekula na may malaking molekular na timbang: mula sa ilang libo hanggang milyon-milyong mga yunit. Gayunpaman, bilang karagdagan sa tampok na ito, mayroong ilang higit pa kung saan ang mga sangkap ay maaaring tumpak na mauri bilang natural at sintetikong mga polimer. Ito ay:

patuloy na umuulit na mga monomeric unit na konektado sa pamamagitan ng iba't ibang pakikipag-ugnayan;
ang antas ng polymerase (ibig sabihin, ang bilang ng mga monomer) ay dapat na napakamataas, kung hindi, ang tambalan ay ituturing na oligomer;
tiyak na spatial na oryentasyon ng isang macromolecule;
isang set ng mahahalagang katangiang pisikal at kemikal na natatangi sa pangkat na ito.

Sa pangkalahatan, ang isang substance na may likas na polymeric ay medyo madaling makilala mula sa iba. Kailangan lamang tingnan ang kanyang pormula upang maunawaan ito. Ang isang tipikal na halimbawa ay ang kilalang polyethylene, na malawakang ginagamit sa pang-araw-araw na buhay at industriya. Ito ay produkto ng isang polymerization reaction kung saan pumapasok ang unsaturated hydrocarbon ethene o ethylene. Ang reaksyon sa pangkalahatang anyo ay nakasulat tulad ng sumusunod:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , saan n ay ang antas ng polymerization ng mga molekula, na nagpapakita kung gaano karaming mga monomeric unit ang kasama sa komposisyon nito.

Gayundin, bilang isang halimbawa, maaaring banggitin ng isa ang isang natural na polimer, na kilala sa lahat, ito ay almirol. Bilang karagdagan, ang amylopectin, cellulose, protina ng manok at marami pang ibang sangkap ay nabibilang sa grupong ito ng mga compound.

Ang mga reaksyon na maaaring bumuo ng mga macromolecule ay may dalawang uri:

polymerization;
polycondensation.

Ang pagkakaiba ay na sa pangalawang kaso, ang mga produkto ng pakikipag-ugnayan ay mababa ang timbang sa molekula. Ang istraktura ng polimer ay maaaring magkakaiba, depende ito sa mga atom na bumubuo nito. Madalas na matatagpuan ang mga linear na anyo, ngunit mayroon ding mga three-dimensional na mesh, na napakasalimuot.

Kung pag-uusapan natin ang tungkol sa mga puwersa at pakikipag-ugnayan na nagsasama-sama ng mga monomer unit, matutukoy natin ang ilang pangunahing mga:

Van Der Waalslakas;
chemical bond (covalent, ionic);
electrostatic na pakikipag-ugnayan.

Hindi maaaring pagsamahin ang lahat ng polymer sa isang kategorya, dahil mayroon silang ganap na magkakaibang kalikasan, paraan ng pagbuo at gumaganap ng iba't ibang mga function. Magkaiba rin ang mga katangian nila. Samakatuwid, mayroong isang pag-uuri na nagpapahintulot sa iyo na hatiin ang lahat ng mga kinatawan ng pangkat na ito ng mga sangkap sa iba't ibang kategorya. Maaaring nakabatay ito sa ilang palatandaan.

Pag-uuri ng mga polimer

Kung gagawin nating batayan ang qualitative composition ng mga molecule, kung gayon ang lahat ng substance na isinasaalang-alang ay maaaring hatiin sa tatlong grupo.

Organic - ito ang mga kasamang atoms ng carbon, hydrogen, sulfur, oxygen, phosphorus, nitrogen. Iyon ay, ang mga elementong iyon na biogenic. Maraming halimbawa: polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, viscose, nylon, natural polymer - protina, nucleic acid at iba pa.
Elementalorganic - yaong may kasamang ilang extraneous na inorganic at non-biogenic na elemento. Kadalasan ito ay silikon, aluminyo o titan. Mga halimbawa ng naturang macromolecules: organic glass, glass polymers, composite materials.
Inorganic - nakabatay ang chain sa mga silicon atom, hindi carbon. Ang mga radikal ay maaari ding maging bahagi ng mga sanga sa gilid. Ang mga ito ay natuklasan kamakailan lamang, sa kalagitnaan ng ika-20 siglo. Ginagamit sa medisina, konstruksyon, inhinyero at iba pang industriya. Mga halimbawa: silicone, cinnabar.

Kung paghihiwalayin mo ang mga polymer ayon sa pinagmulan, magagawa mopumili ng tatlo sa kanilang mga grupo.

Mga natural na polimer, ang paggamit nito ay malawakang isinasagawa mula pa noong unang panahon. Ang mga ito ay tulad ng mga macromolecule, para sa paglikha kung saan ang isang tao ay hindi gumawa ng anumang mga pagsisikap. Ang mga ito ay produkto ng mga reaksyon ng kalikasan mismo. Mga halimbawa: sutla, lana, protina, nucleic acid, starch, cellulose, leather, cotton, atbp.
Artipisyal. Ito ay mga macromolecule na nilikha ng tao, ngunit batay sa natural na mga analogue. Iyon ay, ang mga katangian ng isang umiiral na natural na polimer ay pinabuting lamang at binago. Mga halimbawa: artipisyal na goma, goma.
Synthetic - ito ay mga polymer sa paglikha kung saan isang tao lamang ang nakikilahok. Walang mga natural na analogues para sa kanila. Gumagawa ang mga siyentipiko ng mga pamamaraan para sa synthesis ng mga bagong materyales na mapapabuti sana ang mga teknikal na katangian. Ito ay kung paano ipinanganak ang mga sintetikong polymer compound ng iba't ibang uri. Mga halimbawa: polyethylene, polypropylene, viscose, acetate fiber, atbp.

May isa pang tampok na sumasailalim sa paghahati ng mga itinuturing na substance sa mga pangkat. Ang mga ito ay reaktibiti at thermal stability. Mayroong dalawang kategorya para sa parameter na ito:

thermoplastic;
thermoset.

Ang pinakaluma, mahalaga at lalong mahalaga ay isang natural na polimer pa rin. Ang mga katangian nito ay natatangi. Samakatuwid, higit pa nating isasaalang-alang ang partikular na kategoryang ito ng mga macromolecule.

Aling substance ang natural na polimer?

Upang masagot ang tanong na ito, tumingin muna tayo sa ating paligid. Ano ang nakapaligid sa atin?Mga buhay na organismo sa paligid natin na kumakain, humihinga, nagpaparami, namumulaklak at gumagawa ng mga prutas at buto. At ano ang kinakatawan nila mula sa isang molekular na pananaw? Ito ang mga koneksyon tulad ng:

proteins;
nucleic acid;
polysaccharides.

Kaya, ang bawat isa sa mga compound na ito ay isang natural na polimer. Kaya, lumalabas na ang buhay sa paligid natin ay umiiral lamang dahil sa pagkakaroon ng mga molekulang ito. Mula noong sinaunang panahon, ang mga tao ay gumagamit ng luwad, pagbuo ng mga pinaghalong at mortar upang palakasin at lumikha ng isang tahanan, maghabi ng sinulid mula sa lana, at gumamit ng bulak, seda, lana at balat ng hayop upang lumikha ng mga damit. Sinamahan ng mga natural na organikong polymer ang tao sa lahat ng yugto ng kanyang pagbuo at pag-unlad at sa maraming paraan ay nakatulong sa kanya na makamit ang mga resulta na mayroon tayo ngayon.

Ang kalikasan mismo ang nagbigay ng lahat para maging komportable ang buhay ng mga tao hangga't maaari. Sa paglipas ng panahon, natuklasan ang goma, ang mga kahanga-hangang katangian nito ay nilinaw. Natutunan ng tao na gumamit ng almirol para sa mga layunin ng pagkain, at selulusa para sa mga teknikal na layunin. Ang Camphor ay isa ring natural na polimer, na kilala rin noong sinaunang panahon. Ang mga resin, protina, nucleic acid ay lahat ng mga halimbawa ng mga compound na isinasaalang-alang.

Istruktura ng mga natural na polimer

Hindi lahat ng kinatawan ng klase ng mga sangkap na ito ay may parehong istraktura. Kaya, ang mga natural at sintetikong polimer ay maaaring magkaiba nang malaki. Ang kanilang mga molekula ay nakatuon sa paraang ito ay pinaka-kapaki-pakinabang at maginhawang umiral mula sa isang punto ng enerhiya. Kasabay nito, maraming mga natural na species ang maaaring bumukol at ang kanilang istraktura ay nagbabago sa proseso. Mayroong ilang pinakakaraniwang variant ng istraktura ng chain:

linear;
branched;
hugis-bituin;
flat;
mesh;
tape;
hugis suklay.

Ang mga artipisyal at sintetikong kinatawan ng mga macromolecule ay may napakalaking masa, isang malaking bilang ng mga atomo. Nilikha ang mga ito na may espesyal na tinukoy na mga katangian. Samakatuwid, ang kanilang istraktura ay orihinal na binalak ng tao. Ang mga natural na polimer ay kadalasang linear o reticulated sa istraktura.

Mga halimbawa ng natural na macromolecules

Natural at artipisyal na polimer ay napakalapit sa isa't isa. Pagkatapos ng lahat, ang una ay naging batayan para sa paglikha ng pangalawa. Maraming mga halimbawa ng gayong mga pagbabago. Narito ang ilan sa mga ito.

Ordinaryong milky-white plastic ay isang produktong nakuha sa pamamagitan ng paggamot sa cellulose na may nitric acid na may karagdagan ng natural na camphor. Ang reaksyon ng polymerization ay nagiging sanhi ng nagresultang polimer upang patigasin at maging ang nais na produkto. At ang plasticizer - camphor, ay ginagawa itong lumambot kapag pinainit at nagbabago ng hugis.

Ang

Acetate silk, copper-ammonia fiber, viscose ay lahat ng mga halimbawa ng mga sinulid na iyon, mga hibla na nakukuha mula sa cellulose. Ang mga tela na gawa sa natural na cotton at linen ay hindi masyadong matibay, hindi makintab, madaling kulubot. Ngunit ang mga artipisyal na analogue ng mga ito ay wala sa mga pagkukulang na ito, na ginagawang talagang kaakit-akit ang kanilang paggamit.
Artipisyal na mga bato, mga materyales sa gusali, pinaghalong mga kapalit ayTingnan din ang mga halimbawa ng polymer na nagmula sa natural na hilaw na materyales.

Ang substance, na isang natural na polimer, ay maaari ding gamitin sa totoong anyo nito. Mayroon ding maraming tulad na mga halimbawa:

rosin;
amber;
almirol;
amylopectin;
cellulose;
fur;
lana;
cotton;
seda;
semento;
clay;
dayap;
proteins;
nucleic acid at iba pa.

Malinaw, ang klase ng mga compound na isinasaalang-alang namin ay napakarami, halos mahalaga at makabuluhan para sa mga tao. Ngayon tingnan natin ang ilang mga kinatawan ng mga natural na polimer, na lubhang kailangan sa kasalukuyang panahon.

Seda at lana

Ang formula ng natural na silk polymer ay kumplikado, dahil ang kemikal na komposisyon nito ay ipinahayag ng mga sumusunod na bahagi:

fibroin;
sericin;
waxes;
fats.

Ang pangunahing protina mismo, ang fibroin, ay naglalaman ng ilang uri ng mga amino acid. Kung maiisip mo ang polypeptide chain nito, magiging ganito ang hitsura nito: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. At ito ay bahagi lamang nito. Kung iniisip natin na ang isang pantay na kumplikadong molekula ng protina ng sericin ay nakakabit sa istraktura na ito sa tulong ng mga puwersa ng van der Waals, at sama-sama silang pinaghalo sa isang solong conform na may waks at taba, kung gayon malinaw kung bakit mahirap ilarawan ang formula. ng natural na seda.

Para sa araw na itoNgayon, ang karamihan sa produktong ito ay ibinibigay ng China, dahil sa mga bukas na espasyo nito ay may natural na tirahan para sa pangunahing producer - ang silkworm. Noong nakaraan, simula sa pinaka sinaunang panahon, ang natural na sutla ay lubos na pinahahalagahan. Tanging mga marangal, mayayamang tao lamang ang kayang bumili ng damit mula rito. Ngayon, maraming mga katangian ng telang ito ang nag-iiwan ng maraming nais. Halimbawa, ito ay lubos na magnetized at kulubot, bilang karagdagan, ito ay nawawala ang kinang nito at kumukupas mula sa pagkakalantad sa araw. Samakatuwid, mas ginagamit ang mga artipisyal na derivative batay dito.

Ang

Wool ay isa ring natural na polimer, dahil ito ay basurang produkto ng balat at sebaceous glands ng mga hayop. Batay sa produktong protina na ito, ginawa ang mga knitwear, na, tulad ng seda, ay isang mahalagang materyal.

Almirol

Natural polymer starch ay isang basurang produkto ng mga halaman. Ginagawa nila ito bilang isang resulta ng proseso ng photosynthesis at naipon sa iba't ibang bahagi ng katawan. Ang kemikal na komposisyon nito:

amylopectin;
amylose;
alpha-glucose.

Ang spatial na istraktura ng starch ay napaka branched, hindi maayos. Salamat sa amylopectin na kasama sa komposisyon, nagagawa nitong bumuka sa tubig, na nagiging isang tinatawag na i-paste. Ang colloidal solution na ito ay ginagamit sa engineering at industriya. Ang gamot, ang industriya ng pagkain, ang paggawa ng mga wallpaper adhesive ay mga lugar din ng paggamit para sa sangkap na ito.

Sa mga halaman na naglalaman ng maximum na dami ng starch, makikilala natin ang:

mais;
patatas;
rice;
wheat;
cassava;
oats;
bakwit;
saging;
sorghum.

Batay sa biopolymer na ito, niluluto ang tinapay, ginagawa ang pasta, niluluto ang mga kissel, cereal at iba pang produktong pagkain.

Pulp

Mula sa pananaw ng kimika, ang sangkap na ito ay isang polimer, ang komposisyon nito ay ipinahayag ng formula (C₆H_{5 O} 5₎ _{. Ang monomeric na link sa chain ay beta-glucose. Ang mga pangunahing site ng nilalaman ng selulusa ay ang mga pader ng cell ng mga halaman. Kaya naman ang kahoy ay isang mahalagang pinagmumulan ng tambalang ito.}

Ang

Cellulose ay isang natural na polimer na may linear spatial na istraktura. Ito ay ginagamit upang makagawa ng mga sumusunod na uri ng mga produkto:

pulp at mga produktong papel;
faux fur;
iba't ibang uri ng artificial fibers;
cotton;
plastics;
smokeless powder;
film strip at iba pa.

Malinaw, ang kahalagahan nito sa industriya ay malaki. Upang ang isang naibigay na tambalan ay magamit sa paggawa, kailangan muna itong makuha mula sa mga halaman. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pangmatagalang pagluluto ng kahoy sa mga espesyal na aparato. Ang karagdagang pagproseso, pati na rin ang mga reagents na ginagamit para sa panunaw, ay nag-iiba. Mayroong ilang mga paraan:

sulfite;
nitrate;
sodium;
sulfate.

Pagkatapos ng paggamot na ito, naglalaman pa rin ang produktomga dumi. Ito ay batay sa lignin at hemicellulose. Upang maalis ang mga ito, ang masa ay ginagamot sa chlorine o alkali.

Sa katawan ng tao ay walang ganoong biological catalysts na makakapagsira sa kumplikadong biopolymer na ito. Gayunpaman, ang ilang mga hayop (herbivores) ay umangkop dito. Mayroon silang ilang bakterya sa kanilang tiyan na gumagawa nito para sa kanila. Bilang kapalit, ang mga mikroorganismo ay tumatanggap ng enerhiya para sa buhay at tirahan. Ang anyo ng symbiosis na ito ay lubhang kapaki-pakinabang para sa magkabilang panig.

Goma

Ito ay isang natural na polimer na may mahalagang kahalagahan sa ekonomiya. Una itong inilarawan ni Robert Cook, na natuklasan ito sa isa sa kanyang mga paglalakbay. Nangyari ito ng ganito. Pagkarating sa isang isla na tinitirhan ng mga katutubo na hindi niya kilala, siya ay magiliw na tinanggap ng mga ito. Naakit ang kanyang atensyon ng mga lokal na bata na naglalaro ng hindi pangkaraniwang bagay. Ang spherical body na ito ay bumagsak sa sahig at tumalbog nang mataas, pagkatapos ay bumalik.

Na nagtanong sa lokal na populasyon tungkol sa kung saan ginawa ang laruang ito, nalaman ni Cook na ang katas ng isa sa mga puno, ang hevea, ay tumitigas sa ganitong paraan. Nang maglaon ay nalaman na ito ang rubber biopolymer.

Ang kemikal na katangian ng tambalang ito ay kilala - ito ay isoprene na sumailalim sa natural na polymerization. Ang rubber formula ay (С₅Н₈) . Ang mga pag-aari nito na nagpapahalaga dito ay ang mga sumusunod:

elasticity;
wear resistant;
electrical insulation;
water resistant.

Gayunpaman, may mga disadvantage din. Sa lamig, ito ay nagiging malutong at malutong, at sa init, ito ay nagiging malagkit at malapot. Iyon ang dahilan kung bakit naging kinakailangan upang synthesize ang mga analogue ng isang artipisyal o sintetikong base. Ngayon, ang mga goma ay malawakang ginagamit para sa mga layuning teknikal at pang-industriya. Ang pinakamahalagang produkto batay sa mga ito:

goma;
ebonite.

Amber

Ito ay isang natural na polimer, dahil sa istraktura nito ay isang dagta, ang anyo ng fossil nito. Ang spatial na istraktura ay isang frame amorphous polymer. Ito ay napaka-nasusunog at maaaring mag-apoy gamit ang apoy ng posporo. Mayroon itong mga katangian ng luminescence. Ito ay isang napakahalaga at mahalagang kalidad na ginagamit sa alahas. Ang mga alahas na batay sa amber ay napakaganda at in demand.

Bilang karagdagan, ang biopolymer na ito ay ginagamit din para sa mga layuning medikal. Ginagamit din ito sa paggawa ng papel de liha, varnish coatings para sa iba't ibang surface.