Polymer semulajadi - formula dan penggunaan

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Kebanyakan bahan binaan hari ini, ubat-ubatan, fabrik, barangan rumah, pembungkusan dan bahan guna habis adalah polimer. Ini adalah kumpulan keseluruhan sebatian yang mempunyai ciri-ciri yang membezakan. Terdapat banyak daripada mereka, tetapi walaupun ini, bilangan polimer terus berkembang. Lagipun, ahli kimia sintetik setiap tahun menemui lebih banyak bahan baru. Pada masa yang sama, ia adalah polimer semula jadi yang sangat penting pada setiap masa. Apakah molekul yang menakjubkan ini? Apakah sifat mereka dan apakah ciri-cirinya? Kami akan menjawab soalan ini dalam perjalanan artikel.

Polimer: ciri umum

Dari sudut pandangan kimia, polimer dianggap sebagai molekul yang mempunyai berat molekul yang besar: daripada beberapa ribu hingga jutaan unit. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada ciri ini, terdapat beberapa lagi bahan yang boleh diklasifikasikan secara tepat sebagai polimer asli dan sintetik. Ini ialah:

• unit monomerik berulang secara berterusan yang disambungkan melalui interaksi berbeza;
• darjah polimerase (iaitu bilangan monomer) sepatutnya sangattinggi, jika tidak, sebatian itu akan dianggap sebagai oligomer;
• orientasi spatial tertentu bagi makromolekul;
• satu set sifat fizikal dan kimia penting yang unik untuk kumpulan ini.

Secara umumnya, bahan yang bersifat polimer agak mudah untuk dibezakan daripada yang lain. Seseorang hanya perlu melihat formulanya untuk memahaminya. Contoh biasa ialah polietilena yang terkenal, digunakan secara meluas dalam kehidupan seharian dan industri. Ia adalah hasil tindak balas pempolimeran di mana hidrokarbon etena atau etilena tak tepu masuk. Tindak balas dalam bentuk umum ditulis seperti berikut:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , di mana n ialah darjah pempolimeran molekul, menunjukkan bilangan unit monomer yang termasuk dalam komposisinya.

Selain itu, sebagai contoh, seseorang boleh memetik polimer semula jadi, yang diketahui oleh semua orang, ia adalah kanji. Selain itu, amilopektin, selulosa, protein ayam dan banyak bahan lain tergolong dalam kumpulan sebatian ini.

Tindak balas yang boleh membentuk makromolekul ada dua jenis:

• pempolimeran;
• polikondensasi.

Perbezaannya ialah dalam kes kedua, produk interaksi adalah berat molekul rendah. Struktur polimer boleh berbeza, ia bergantung kepada atom yang membentuknya. Bentuk linear sering dijumpai, tetapi terdapat juga jerat tiga dimensi, yang sangat kompleks.

Jika kita bercakap tentang daya dan interaksi yang menyatukan unit monomer, maka kita boleh mengenal pasti beberapa unit asas:

• Van Der Waalskekuatan;
• ikatan kimia (kovalen, ionik);
• interaksi elektrostatik.

Semua polimer tidak boleh digabungkan menjadi satu kategori, kerana ia mempunyai sifat, kaedah pembentukan dan melaksanakan fungsi yang berbeza sama sekali. Sifat mereka juga berbeza. Oleh itu, terdapat klasifikasi yang membolehkan anda membahagikan semua wakil kumpulan bahan ini ke dalam kategori yang berbeza. Ia mungkin berdasarkan beberapa tanda.

Pengkelasan polimer

Jika kita mengambil sebagai asas komposisi kualitatif molekul, maka semua bahan yang dipertimbangkan boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan.

1. Organik - ini adalah yang termasuk atom karbon, hidrogen, sulfur, oksigen, fosforus, nitrogen. Iaitu, unsur-unsur yang biogenik. Terdapat banyak contoh: polietilena, polivinil klorida, polipropilena, viscose, nilon, polimer semula jadi - protein, asid nukleik dan sebagainya.
2. Elementalorganic - yang mengandungi beberapa unsur bukan organik dan bukan biogenik luar. Selalunya ia adalah silikon, aluminium atau titanium. Contoh makromolekul sedemikian: kaca organik, polimer kaca, bahan komposit.
3. Inorganik - rantai berasaskan atom silikon, bukan karbon. Radikal juga boleh menjadi sebahagian daripada cabang sampingan. Mereka ditemui baru-baru ini, pada pertengahan abad ke-20. Digunakan dalam perubatan, pembinaan, kejuruteraan dan industri lain. Contoh: silikon, cinnabar.

Jika anda mengasingkan polimer mengikut asalan, anda bolehpilih tiga daripada kumpulan mereka.

1. Polimer semulajadi, penggunaannya telah dijalankan secara meluas sejak zaman dahulu. Ini adalah makromolekul sedemikian, untuk penciptaan yang seseorang tidak membuat sebarang usaha. Mereka adalah hasil daripada tindak balas alam itu sendiri. Contoh: sutera, bulu, protein, asid nukleik, kanji, selulosa, kulit, kapas, dll.
2. Tiruan. Ini adalah makromolekul yang dicipta oleh manusia, tetapi berdasarkan analog semula jadi. Iaitu, sifat polimer semula jadi yang sedia ada hanya diperbaiki dan diubah. Contoh: getah tiruan, getah.
3. Sintetik - ini adalah polimer dalam penciptaan yang mana hanya seseorang mengambil bahagian. Tiada analog semula jadi untuk mereka. Para saintis sedang membangunkan kaedah untuk sintesis bahan baharu yang akan meningkatkan ciri teknikal. Ini adalah bagaimana sebatian polimer sintetik pelbagai jenis dilahirkan. Contoh: polietilena, polipropilena, viscose, gentian asetat, dsb.

Terdapat satu lagi ciri yang mendasari pembahagian bahan yang dipertimbangkan ke dalam kumpulan. Ini adalah kereaktifan dan kestabilan terma. Terdapat dua kategori untuk parameter ini:

• termoplastik;
• termoset.

Yang paling kuno, penting dan sangat berharga masih merupakan polimer semula jadi. Ciri-cirinya adalah unik. Oleh itu, kami akan mempertimbangkan lagi kategori makromolekul khusus ini.

Bahan manakah yang merupakan polimer semula jadi?

Untuk menjawab soalan ini, mari kita lihat sekeliling kita dahulu. Apa yang mengelilingi kita?Organisma hidup di sekeliling kita yang memberi makan, bernafas, membiak, berkembang dan menghasilkan buah dan biji. Dan apakah yang mereka wakili dari sudut pandang molekul? Ini ialah sambungan seperti:

• protein;
• asid nukleik;
• polisakarida.

Jadi, setiap sebatian ini adalah polimer semula jadi. Oleh itu, ternyata kehidupan di sekeliling kita hanya wujud kerana kehadiran molekul ini. Sejak zaman purba, orang telah menggunakan tanah liat, membina campuran dan mortar untuk mengukuhkan dan mencipta rumah, menenun benang daripada bulu, dan menggunakan kapas, sutera, bulu dan kulit haiwan untuk mencipta pakaian. Polimer organik semulajadi mengiringi manusia pada semua peringkat pembentukan dan perkembangannya dan dalam banyak cara membantunya mencapai keputusan yang kita ada hari ini.

Alam sendiri memberikan segala-galanya untuk menjadikan kehidupan manusia senyaman mungkin. Dari masa ke masa, getah ditemui, sifat-sifatnya yang luar biasa telah dijelaskan. Manusia telah belajar menggunakan kanji untuk tujuan makanan, dan selulosa untuk tujuan teknikal. Camphor juga merupakan polimer semula jadi, yang juga telah diketahui sejak zaman purba. Resin, protein, asid nukleik adalah semua contoh sebatian yang sedang dipertimbangkan.

Struktur polimer semula jadi

Tidak semua wakil kelas bahan ini mempunyai struktur yang sama. Oleh itu, polimer semula jadi dan sintetik boleh berbeza dengan ketara. Molekul mereka berorientasikan sedemikian rupa sehingga paling bermanfaat dan mudah untuk wujud dari sudut pandangan tenaga. Pada masa yang sama, banyak spesies semula jadi dapat membengkak dan strukturnya berubah dalam proses. Terdapat beberapa varian paling biasa bagi struktur rantai:

• linear;
• bercabang;
• berbentuk bintang;
• datar;
• mesh;
• pita;
• berbentuk sikat.

Wakil tiruan dan sintetik bagi makromolekul mempunyai jisim yang sangat besar, sejumlah besar atom. Mereka dicipta dengan ciri-ciri yang ditentukan khas. Oleh itu, struktur mereka pada asalnya dirancang oleh manusia. Polimer semula jadi selalunya sama ada dalam struktur linear atau retikulasi.

Contoh makromolekul semula jadi

Polimer semulajadi dan tiruan sangat rapat antara satu sama lain. Lagipun, yang pertama menjadi asas untuk penciptaan yang kedua. Terdapat banyak contoh transformasi sedemikian. Berikut ialah beberapa daripadanya.

1. Plastik putih susu biasa ialah produk yang diperoleh dengan merawat selulosa dengan asid nitrik dengan penambahan kapur barus semula jadi. Tindak balas pempolimeran menyebabkan polimer yang terhasil menjadi pejal dan menjadi produk yang diingini. Dan pemplastik - kapur barus, menjadikannya lembut apabila dipanaskan dan mengubah bentuknya.
2. Sutera asetat, gentian kuprum-ammonia, viscose adalah semua contoh benang tersebut, gentian yang diperoleh daripada selulosa. Kain yang diperbuat daripada kapas dan linen asli tidak begitu tahan lama, tidak berkilat, mudah berkedut. Tetapi analog buatan mereka tidak mempunyai kekurangan ini, yang menjadikan penggunaannya sangat menarik.
3. Batu tiruan, bahan binaan, campuran, pengganti kulit adalahLihat juga contoh polimer yang diperoleh daripada bahan mentah semula jadi.

Bahan, yang merupakan polimer semula jadi, juga boleh digunakan dalam bentuk sebenar. Terdapat juga banyak contoh seperti itu:

• rosin;
• amber;
• kanji;
• amilopektin;
• selulosa;
• bulu;
• bulu;
• kapas;
• sutera;
• simen;
• tanah liat;
• limau;
• protein;
• asid nukleik dan sebagainya.

Jelas sekali, kelas sebatian yang kami pertimbangkan adalah sangat banyak, boleh dikatakan penting dan penting untuk orang ramai. Sekarang mari kita lihat lebih dekat beberapa wakil polimer semula jadi, yang sangat diperlukan pada masa ini.

Sutera dan bulu

Formula polimer sutera semulajadi adalah kompleks, kerana komposisi kimianya dinyatakan oleh komponen berikut:

• fibroin;
• sericin;
• lilin;
• lemak.

Protein utama itu sendiri, fibroin, mengandungi beberapa jenis asid amino. Jika anda bayangkan rantai polipeptidanya, maka ia akan kelihatan seperti ini: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Dan ini hanya sebahagian daripadanya. Jika kita membayangkan bahawa molekul protein sericin yang sama kompleks dilekatkan pada struktur ini dengan bantuan daya van der Waals, dan bersama-sama mereka bercampur menjadi satu konformasi dengan lilin dan lemak, maka jelas mengapa sukar untuk menggambarkan formula daripada sutera asli.

Untuk hari iniHari ini, kebanyakan produk ini dibekalkan oleh China, kerana di ruang terbukanya terdapat habitat semula jadi untuk pengeluar utama - ulat sutera. Sebelum ini, bermula dari zaman purba, sutera asli sangat dihargai. Hanya orang mulia dan kaya yang mampu membeli pakaian daripadanya. Hari ini, banyak ciri kain ini meninggalkan banyak yang diingini. Sebagai contoh, ia sangat bermagnet dan berkedut, di samping itu, ia kehilangan kilauannya dan pudar akibat pendedahan kepada matahari. Oleh itu, terbitan tiruan berdasarkannya lebih banyak digunakan.

Wol juga merupakan polimer semula jadi, kerana ia adalah bahan buangan kulit dan kelenjar sebum haiwan. Berdasarkan produk protein ini, pakaian rajut dibuat, yang, seperti sutera, merupakan bahan yang berharga.

Kanji

Kanji polimer semula jadi ialah bahan buangan tumbuhan. Mereka menghasilkannya hasil daripada proses fotosintesis dan terkumpul di bahagian badan yang berlainan. Komposisi kimianya:

• amilopektin;
• amylose;
• alfa-glukosa.

Struktur ruang kanji sangat bercabang, tidak teratur. Terima kasih kepada amilopektin yang termasuk dalam komposisi, ia dapat membengkak di dalam air, berubah menjadi pes yang dipanggil. Penyelesaian koloid ini digunakan dalam kejuruteraan dan industri. Perubatan, industri makanan, pembuatan pelekat kertas dinding juga merupakan bidang penggunaan bahan ini.

Antara tumbuhan yang mengandungi jumlah maksimum kanji, kita boleh bezakan:

• jagung;
• kentang;
• nasi;
• gandum;
• ubi kayu;
• oat;
• soba;
• pisang;
• sorgum.

Berdasarkan biopolimer ini, roti dibakar, pasta dibuat, kissels, bijirin dan produk makanan lain dimasak.

Pulp

Dari sudut pandangan kimia, bahan ini adalah polimer, yang komposisinya dinyatakan dengan formula (C₆H_{5 O} 5_{) . Pautan monomerik dalam rantai adalah beta-glukosa. Tapak utama kandungan selulosa ialah dinding sel tumbuhan. Itulah sebabnya kayu merupakan sumber berharga bagi sebatian ini.}

Selulosa ialah polimer semula jadi yang mempunyai struktur ruang linear. Ia digunakan untuk menghasilkan jenis produk berikut:

• pulpa dan produk kertas;
• bulu palsu;
• jenis gentian tiruan yang berbeza;
• kapas;
• plastik;
• serbuk tanpa asap;
• jalur filem dan sebagainya.

Jelas sekali, kepentingan industrinya adalah hebat. Agar sebatian tertentu digunakan dalam pengeluaran, ia mesti diekstrak terlebih dahulu daripada tumbuhan. Ini dilakukan dengan memasak kayu jangka panjang dalam peranti khas. Pemprosesan lanjut, serta reagen yang digunakan untuk pencernaan, berbeza-beza. Terdapat beberapa cara:

• sulfit;
• nitrat;
• natrium;
• sulfat.

Selepas rawatan ini, produk masih mengandungikekotoran. Ia berasaskan lignin dan hemiselulosa. Untuk menyingkirkannya, jisimnya dirawat dengan klorin atau alkali.

Dalam tubuh manusia tidak ada pemangkin biologi sedemikian yang akan dapat memecahkan biopolimer kompleks ini. Walau bagaimanapun, sesetengah haiwan (herbivor) telah menyesuaikan diri dengan ini. Mereka mempunyai bakteria tertentu dalam perut mereka yang melakukannya untuk mereka. Sebagai balasan, mikroorganisma menerima tenaga untuk kehidupan dan habitat. Bentuk simbiosis ini sangat bermanfaat untuk kedua-dua pihak.

Getah

Ini adalah polimer semula jadi yang mempunyai kepentingan ekonomi yang berharga. Ia pertama kali diterangkan oleh Robert Cook, yang menemuinya dalam salah satu pengembaraannya. Ia berlaku seperti ini. Setelah mendarat di sebuah pulau yang didiami oleh orang asli yang tidak dikenalinya, dia diterima dengan mesra oleh mereka. Perhatiannya tertarik dengan kanak-kanak tempatan yang sedang bermain dengan objek luar biasa. Badan sfera ini terhempas dari lantai dan melantun tinggi, kemudian kembali.

Setelah bertanya kepada penduduk tempatan tentang alat mainan ini, Cook mengetahui bahawa jus salah satu pokok, hevea, mengeras dengan cara ini. Tidak lama kemudian, didapati bahawa ini adalah biopolimer getah.

Sifat kimia sebatian ini diketahui - isoprena yang telah mengalami pempolimeran semula jadi. Formula getah ialah (С₅Н₈) . Ciri-cirinya yang menjadikannya sangat dihormati adalah seperti berikut:

• keanjalan;
• tahan haus;
• penebat elektrik;
• tahan air.

Namun, terdapat juga keburukannya. Dalam keadaan sejuk, ia menjadi rapuh dan rapuh, dan dalam keadaan panas, ia menjadi melekit dan likat. Itulah sebabnya ia menjadi perlu untuk mensintesis analog asas buatan atau sintetik. Hari ini, getah digunakan secara meluas untuk tujuan teknikal dan perindustrian. Produk paling penting berdasarkannya:

• getah;
• ebonit.

Amber

Ia adalah polimer semula jadi, kerana dalam strukturnya ia adalah resin, bentuk fosilnya. Struktur ruang ialah polimer amorfus bingkai. Ia sangat mudah terbakar dan boleh dinyalakan dengan nyalaan mancis. Ia mempunyai sifat luminescence. Ini adalah kualiti yang sangat penting dan berharga yang digunakan dalam perhiasan. Barang kemas berasaskan ambar sangat cantik dan mendapat permintaan.

Selain itu, biopolimer ini juga digunakan untuk tujuan perubatan. Ia juga digunakan untuk membuat kertas pasir, salutan varnis untuk pelbagai permukaan.