Natuurlijk polymeer - formule en toepassing

Het grootste deel van de moderne constructiematerialen, geneesmiddelen, weefsels, huishoudelijke artikelen, verpakkingen en verbruiksartikelen zijn polymeren. Dit is een hele groep verbindingen met karakteristieke onderscheidende kenmerken. Er zijn er veel, maar desondanks blijft het aantal polymeren groeien. Synthetische chemici ontdekken immers elk jaar meer en meer nieuwe stoffen. Tegelijkertijd had natuurlijk polymeer altijd een speciale betekenis. Wat zijn deze verbazingwekkende moleculen? Wat zijn hun eigenschappen en wat zijn de functies? We zullen deze vragen in de loop van het artikel beantwoorden.

Polymeren: algemene kenmerken

Vanuit het oogpunt van chemie is het gebruikelijk om een ​​polymeer te beschouweneen molecuul met een enorme moleculaire massa: van een paar duizend tot miljoenen eenheden. Naast deze functie zijn er echter nog meer, volgens welke stoffen precies als natuurlijke en synthetische polymeren kunnen worden geclassificeerd. Dit zijn:

• voortdurend herhalende monomere eenheden, die verbonden zijn door middel van verschillende interacties;
• de polymerisatiegraad (dat wil zeggen het aantal monomeren) moet zeer hoog zijn, anders wordt de verbinding als een oligomeer beschouwd;
• definitieve ruimtelijke oriëntatie van het macromolecuul;
• een set van belangrijke fysisch-chemische eigenschappen, kenmerkend alleen voor deze groep.

Over het algemeen wordt de substantie van de polymeeraard onderscheiden vananderen zijn gemakkelijk genoeg. Men hoeft alleen maar naar zijn formule te kijken om dit te begrijpen. Een typisch voorbeeld kan dienen voor alle bekende polyethyleen, op grote schaal gebruikt in het dagelijks leven en de industrie. Het is het product van een polymerisatiereactie waarin een onverzadigde koolwaterstof van etheen of ethyleen binnendringt. De reactie in algemene vorm is als volgt geschreven:

nCH₂= CH₂→ (-CH-CH-)_n, waarbij n de polymerisatiegraad van de moleculen is, en laat zien hoeveel van de monomeereenheden in de samenstelling ervan zijn opgenomen.

Ook, als een voorbeeld, natuurlijkeen polymeer dat iedereen goed kent, is zetmeel. Bovendien behoren amylopectine, cellulose, kippeneiwit en vele andere stoffen tot deze groep verbindingen.

Reacties, waardoor macromoleculen zich kunnen vormen, zijn twee soorten:

• polymerisatie;
• polycondensatie.

Het verschil is dat in het tweede geval producteninteracties zijn laag moleculair gewicht. De structuur van het polymeer kan anders zijn, het hangt af van de atomen die het vormen. Lineaire vormen worden vaak tegengekomen, maar er zijn ook driedimensionale mazen, zeer complex.

Als we het hebben over de krachten en interacties die de monomere schakels bij elkaar houden, dan kunnen we enkele basale links identificeren:

• Van der Waals-krachten;
• chemische bindingen (covalent, ionisch);
• Electronostatische interactie.

Alle polymeren kunnen niet in één categorie worden gecombineerd,omdat ze een compleet andere aard hebben, een vorm van formatie en ongelijke functies vervullen. Hun eigenschappen variëren ook. Daarom is er een classificatie waarmee alle vertegenwoordigers van deze groep stoffen in verschillende categorieën kunnen worden verdeeld. Het kan op verschillende tekens gebaseerd zijn.

Classificatie van polymeren

Als we de kwalitatieve samenstelling van de moleculen als basis nemen, kunnen alle onderzochte stoffen in drie groepen worden bepaald.

1. Organisch - deze zijn diekoolstofatomen, waterstof, zwavel, zuurstof, fosfor, stikstof. Dat wil zeggen, die elementen die biogeen zijn. Voorbeelden zijn massa: polyethyleen, polyvinylchloride, polypropyleen, viscose, nylon, natuurlijk polymeer - eiwit, nucleïnezuren enzovoort.
2. Elementorganichnye - zodanig in welke structuurer is een extern anorganisch en niet-biogeen element. Meestal is het silicium, aluminium of titanium. Voorbeelden van dergelijke macromoleculen zijn: organisch glas, glaspolymeren, composietmaterialen.
3. Anorganisch - in het hart van de keten bevinden zich atomensilicium, geen koolstof. Radicalen kunnen ook deel uitmaken van zijtakken. Ze werden pas recent ontdekt, in het midden van de 20e eeuw. Gebruikt in de geneeskunde, bouw, techniek en andere industrieën. Voorbeelden: siliconen, cinnaber.

Als we polymeren van elkaar scheiden, kunnen we drie groepen van elkaar onderscheiden.

1. Natuurlijke polymeren, waarvan de toepassing wijdverspreid iswerd uitgevoerd vanaf de oudheid. Dit zijn zulke macromoleculen, voor de creatie waarvan de man geen moeite heeft gedaan. Ze zijn producten van de reacties van de natuur zelf. Voorbeelden: zijde, wol, proteïne, nucleïnezuren, zetmeel, cellulose, leer, katoen en andere.
2. Kunstmatige. Dit zijn macromoleculen die door mensen zijn gemaakt, maar op basis van natuurlijke analogen. Dat wil zeggen, de eigenschappen van een reeds bestaand natuurlijk polymeer verbeteren en veranderen eenvoudig. Voorbeelden: kunstrubber, rubber.
3. Synthetisch - dit zijn polymeren, in de creatie vanwaaraan alleen mensen deelnemen. Er zijn geen natuurlijke analogen voor hen. Wetenschappers ontwikkelen methoden voor het synthetiseren van nieuwe materialen die zouden zijn gekenmerkt door verbeterde technische kenmerken. Er worden dus synthetische polymere verbindingen van verschillende soorten geboren. Voorbeelden: polyethyleen, polypropyleen, viscose, acetaatvezel en dergelijke.

Er is nog een kenmerk dat ten grondslag ligt aan de scheiding van de onderzochte stoffen in groepen. Dit is de reactiviteit en thermische stabiliteit. Er zijn twee categorieën in deze parameter:

• thermoplast
• thermoharders.

Het oudste, belangrijke en vooral waardevolle is nog steeds een natuurlijk polymeer. De eigenschappen zijn uniek. Daarom zullen we deze categorie macromoleculen beschouwen.

Welke substantie is een natuurlijk polymeer?

Om deze vraag te beantwoorden, moet je eerst terugkijkenom zichzelf heen. Wat omringt ons? Levende organismen om ons heen die voeden, ademen, reproduceren, bloeien en vruchten en zaden geven. En wat zijn ze vanuit het moleculair oogpunt? Dit zijn connecties zoals:

• eiwitten;
• nucleïnezuren;
• polysacchariden.

Het natuurlijke polymeer is dat dusvan de gegeven verbindingen. Dus, het blijkt dat het leven om ons heen alleen bestaat vanwege de aanwezigheid van deze moleculen. Al vanaf de vroegste tijden gebruikten mensen klei, mortel en mortel om een ​​huis te versterken en te creëren, geweven garen van wol, gebruikt katoen, zijde, wol en dierenhuid om kleding te maken. Natuurlijke organische polymeren vergezelden de persoon in alle stadia van zijn vorming en ontwikkeling en hielpen hem op veel manieren de resultaten te bereiken die we vandaag hebben.

De natuur zelf heeft alles gegeven om leven te makenmensen waren zo comfortabel mogelijk. Na verloop van tijd werd rubber ontdekt, de opmerkelijke eigenschappen ervan werden opgehelderd. De man leerde om zetmeel te gebruiken voor voedingsdoeleinden, in de technische cellulose. Een natuurlijk polymeer is ook kamfer, dat ook bekend is uit de oudheid. Harsen, eiwitten en nucleïnezuren zijn allemaal voorbeelden van de verbindingen die worden overwogen.

Structuur van natuurlijke polymeren

Niet alle vertegenwoordigers van deze klasse van stoffenzijn identiek gerangschikt. Natuurlijke en synthetische polymeren kunnen dus aanzienlijk variëren. Hun moleculen zijn zo gericht dat het vanuit het oogpunt van energie het meest winstgevend en gemakkelijk is om te bestaan. Tegelijkertijd zijn veel natuurlijke soorten in staat tot zwelling en varieert hun structuur in het proces. Er zijn verschillende meest voorkomende varianten van de ketenstructuur:

• lineaire;
• vertakt;
• stervormige;
• vlak;
• mesh;
• tape;
• kam.

Kunstmatige en synthetische vertegenwoordigersmacromoleculen hebben een zeer grote massa, een enorm aantal atomen. Ze zijn gemaakt met speciaal gespecificeerde eigenschappen. Daarom is hun structuur aanvankelijk gepland door de mens. Natuurlijke polymeren zijn meestal lineair of mesh in structuur.

Voorbeelden van natuurlijke macromoleculen

Natuurlijke en kunstmatige polymeren liggen erg dicht bij elkaar. Immers, de eerste wordt de basis voor de creatie van de laatste. Voorbeelden van dergelijke transformaties zijn veel. Hier zijn enkele van hen.

1. Gewoon melkachtig wit plastic isproduct verkregen door behandeling met salpeterzuur van cellulose met toevoeging van natuurlijke kamfer. De polymerisatiereactie resulteert in het stollen van het resulterende polymeer en omzetting in het gewenste product. Een weekmaker - kamfer, maakt het in staat om te verzachten wanneer het wordt verwarmd en van vorm te veranderen.
2. Acetaat zijde, koper-ammoniak vezel, viscose- dit zijn allemaal voorbeelden van die garens, vezels, die op basis van cellulose zijn verkregen. Stoffen gemaakt van natuurlijk katoen en linnen zijn niet zo sterk, niet glanzend, ze zijn gemakkelijk verkreukeld. Maar kunstmatige analogen van hun tekortkomingen zijn beroofd, wat hun gebruik zeer aantrekkelijk maakt.
3. Kunstmatige stenen, bouwmaterialen, mengsels, kunstleer zijn ook voorbeelden van polymeren verkregen op basis van natuurlijke grondstoffen.

Een substantie die een natuurlijk polymeer is, kan in zijn ware vorm worden gebruikt. Er zijn veel van dergelijke voorbeelden:

• colofonium;
• amber;
• zetmeel;
• amylopectine;
• cellulose;
• bont;
• wol;
• katoen;
• zijde;
• cement;
• klei;
• kalk;
• eiwitten;
• nucleïnezuren enzovoort.

Het is duidelijk dat de klasse die door ons wordt beschouwdverbindingen zijn zeer talrijk, praktisch belangrijk en zinvol voor mensen. Nu zullen we meer in het bijzonder verschillende vertegenwoordigers van natuurlijke polymeren onderzoeken, die op dit moment erg in trek zijn.

Zijde en wol

De formule van het natuurlijke zijdepolymeer is complex, omdat de chemische samenstelling ervan wordt uitgedrukt door de volgende componenten:

• fibroin;
• sericine;
• wassen;
• vetten.

Het belangrijkste eiwit zelf is fibroïne, het bevat verschillende soorten aminozuren. Als je de polypeptideketen vertegenwoordigt, ziet het er ongeveer zo uit: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_n. En dit is slechts een deel ervan. Als we ons voorstellen dat een even complex molecuul van serineproteïne zich met behulp van Van der Waals krachten aan deze structuur voegt, mengen ze zich tot een enkele conformatie met was en vetten, dan is het duidelijk waarom het moeilijk is om de formule van natuurlijke zijde weer te geven.

Tot op heden, het meeste hiervanvan het product wordt geleverd door China, omdat in de open ruimten er een natuurlijke habitat is voor de belangrijkste producent - de zijderups. Eerder, sinds de oudste tijden, werd natuurlijke zijde zeer op prijs gesteld. Alleen edele, rijke mensen konden zich kleding van hem veroorloven. Tegenwoordig laten veel kenmerken van deze stof veel te wensen over. Het magnetiseert bijvoorbeeld sterk en verfrommelt bovendien doordat het in de zon is dat het zijn glans verliest. Daarom meer in het gebruik van kunstmatige derivaten op basis ervan.

Wol is ook een natuurlijk polymeeris een product van de vitale activiteit van de huid en talgklieren van dieren. Op basis van dit eiwitproduct wordt breigoed geproduceerd, dat net als zijde een waardevol materiaal is.

zetmeel

Natuurlijk polymeerzetmeel is een product van het plantenleven. Ze produceren het als een resultaat van het proces van fotosynthese en hopen zich op in verschillende delen van het lichaam. De chemische samenstelling ervan:

• amylopectine;
• amylose;
• alfa-glucose.

De ruimtelijke structuur van zetmeel is ergvertakt, ongeordend. Dankzij de amylopectine die in de samenstelling zit, kan het in water zwellen en in een zogenaamde pasta veranderen. Deze colloïdale oplossing wordt gebruikt in techniek en industrie. Geneesmiddelen, de voedingsindustrie, de vervaardiging van behangkleefstoffen zijn ook toepassingsgebieden van deze stof.

Onder de planten die de maximale hoeveelheid zetmeel bevatten, kunnen we onderscheiden:

• maïs;
• aardappelen;
• rijst;
• tarwe;
• cassave;
• haver;
• boekweit;
• bananen;
• sorghum.

Op basis van dit biopolymeer bak brood, maak pasta, gekookte gelei, pap en andere voedingsproducten.

cellulose

Vanuit het oogpunt van chemie is deze stof een polymeer waarvan de samenstelling tot uitdrukking komt door de formule (C.₆H₅oh₅)_n. De monomere verbinding van de keten is bèta-glucose. De belangrijkste plaatsen voor het houden van cellulose zijn de celwanden van planten. Dat is de reden waarom hout een waardevolle bron van deze verbinding is.

Cellulose is een natuurlijk polymeer met een lineaire ruimtelijke structuur. Het wordt gebruikt voor de productie van de volgende soorten producten:

• pulp en papierproducten;
• kunstbont;
• verschillende soorten kunstvezels;
• katoen;
• plastics;
• rookloos poeder;
• film enzovoort.

Het is duidelijk dat het industriële belang ervan groot is. Om deze verbinding mogelijk in de productie te kunnen gebruiken, moet deze eerst uit planten worden geëxtraheerd. Dit wordt gedaan door langdurig koken van hout in speciale apparaten. Verdere verwerking, evenals de reagentia die voor de spijsvertering worden gebruikt, zijn verschillend. Er zijn verschillende manieren:

• sulfiet;
• nitraat;
• soda;
• sulfaat.

Na een dergelijke verwerking bevat het product nog steeds onzuiverheden. Dit is gebaseerd op lignine en hemicellulose. Om ze kwijt te raken, wordt de massa behandeld met chloor of alkali.

In het menselijk lichaam zijn er geen dergelijkebiologische katalysatoren die in staat zouden zijn om dit complexe biopolymeer te splitsen. Sommige dieren (herbivoren) hebben zich hier echter aan aangepast. In hun maag regelen bepaalde bacteriën, die het voor hen doen. In ruil daarvoor ontvangen micro-organismen energie voor hun leven en habitat. Deze vorm van symbiose is uiterst gunstig voor beide partijen.

rubber

Dit is een natuurlijk polymeer dat waardevol iseconomische betekenis. Het werd voor het eerst beschreven door Robert Cook, die het tijdens een van zijn reizen ontdekte. Het gebeurde zo. Nadat hij op het eiland was beland waarop de tot hem onbekende inwoners leefden, werd hij gastvrij door hen ontvangen. Zijn aandacht werd getrokken door lokale kinderen die een ongewoon onderwerp speelden. Dit bolvormige lichaam duwde weg van de vloer en sprong hoog op en kwam toen terug.

Toen de plaatselijke bevolking werd gevraagd wat dit speelgoed was, kwam Cook erachter dat het sap van een van de bomen - Hevea - verstijft. Veel later werd ontdekt dat dit het biopolymeerrubber is.

De chemische aard van deze verbinding is bekend - isopreen, onderworpen aan natuurlijke polymerisatie. De rubberformule (C₅H₈)_n. De eigenschappen, waardoor het zo zeer wordt gewaardeerd, zijn als volgt:

• elasticiteit;
• slijtvastheid;
• elektrische isolatie;
• waterbestendigheid.

Er zijn echter nadelen. In de kou wordt het bros en broos en op de hitte kleverig en plakkerig. Daarom was er behoefte aan het synthetiseren van analogen van een kunstmatige of synthetische basis. Tegenwoordig worden rubbers op grote schaal gebruikt voor technische en industriële doeleinden. De belangrijkste producten op basis hiervan:

• rubber;
• ebbenhout.

amber

Het is een natuurlijk polymeer, omdat het in zijnstructuur staat voor hars, zijn fossiele vorm. De ruimtelijke structuur is een raamwerk amorf polymeer. Zeer brandbaar, je kunt hem aansteken met de vlam van een lucifer. Het heeft luminescentie-eigenschappen. Dit is een zeer belangrijke en waardevolle kwaliteit, die wordt gebruikt in de juwelenindustrie. Sieraden op basis van barnsteen zijn erg mooi en veel gevraagd.

Bovendien wordt dit biopolymeer ook voor medische doeleinden gebruikt. Het produceert ook schuurpapier, verniscoatings voor verschillende oppervlakken.