Прыродны палімер - формула і прымяненне

Большая частка сучасных будаўнічых матэрыялаў, лекавых сродкаў, тканін, прадметаў побыту, ўпаковачных і расходных рэчываў з'яўляецца палімерамі. Гэта цэлая група злучэнняў, якія маюць характэрныя адметныя прыкметы. Іх вельмі шмат, але нягледзячы на гэта, лік палімераў працягвае расці. Бо хімікі-сінтэтыкі штогод адкрываюць усё новыя і новыя рэчывы. Пры гэтым асаблівае значэнне ва ўсе часы меў менавіта прыродны палімер. Што ж сабой уяўляюць гэтыя дзіўныя малекулы? Якія іх ўласцівасці і ў чым заключаюцца асаблівасці? Адкажам на гэтыя пытанні падчас артыкула.

Палімеры: агульная характарыстыка

З пункту гледжання хіміі, палімераў прынята лічыць малекулу, якая мае велізарную малекулярную масу: ад некалькіх тысяч да мільёнаў адзінак. Аднак, акрамя гэтага прыкметы, існуе і яшчэ некалькі, па якіх рэчывы можна класіфікаваць менавіта як прыродныя і сінтэтычныя палімеры. гэта:

• пастаянна паўтараюцца мономерные звёны, якія злучаюцца пры дапамозе розных узаемадзеянняў;
• ступень полимеразии (гэта значыць лік мономеров) павінна быць вельмі высокай, інакш злучэнне будзе лічыцца олигомером;
• пэўная прасторавая арыентацыя макрамалекул;
• набор важных фізіка-хімічных уласцівасцяў, характэрных толькі для дадзенай групы.

У цэлым рэчыва палімернай прыроды адрозніць ад іншых досыць лёгка. Варта толькі зірнуць на яго формулу, каб зразумець гэта. Тыповым прыкладам можа служыць усім вядомы поліэтылен, шырока ўжываецца ў побыце і прамысловасці. Ён з'яўляецца прадуктам рэакцыі полімерызацыі, у якую ўступае непредельные вуглевадарод этэн або этылен. Рэакцыя ў агульным выглядзе запісваецца наступным чынам:

nCH ₂ = CH ₂ → (-СН-СН-) _n, дзе n - гэта ступень полімерызацыі малекул, якая паказвае, колькі мономерных звёнаў ўваходзіць у яе склад.

Таксама ў якасці прыкладу можна прывесці прыродны палімер, які ўсім добра вядомы, гэта крухмал. Акрамя таго, да дадзенай групе злучэнняў належаць амілапектыну, цэлюлоза, курыны бялок і многія іншыя рэчывы.

Рэакцыі, у выніку якіх могуць ўтварыцца макрамалекулы, бываюць двух тыпаў:

• полімерызацыі;
• полікандэнсацыі.

Розніца ў тым, што ў другім выпадку прадукты ўзаемадзеяння з'яўляюцца нізкамалекулярных. Будова палімера можа быць розным, гэта залежыць ад тых атамаў, што яго ўтвараюць. Часта сустракаюцца лінейныя формы, але ёсць і трохмерныя сеткаватыя, вельмі складаныя.

Калі ж казаць пра сілы і узаемадзеяннях, якія ўтрымліваюць мономерные звёны разам, то можна пазначыць некалькі асноўных:

• Ван-Дэр-ваальсовых сілы;
• хімічныя сувязі (кавалентным, іённыя);
• электроностатическое ўзаемадзеянне.

Усе палімеры нельга аб'ядноўваць у адну катэгорыю, так як яны маюць зусім розную прыроду, спосаб адукацыі і выконваюць неаднолькавыя функцыі. Ўласцівасці іх таксама адрозніваюцца. Таму існуе класіфікацыя, якая дазваляе дзяліць ўсіх прадстаўнікоў гэтай групы рэчываў на розныя катэгорыі. У яе аснове можа ляжаць некалькі прыкмет.

класіфікацыя палімераў

Калі браць за аснову якасны склад малекул, то ўсё разгляданыя рэчывы можна вызначыць у тры групы.

1. Арганічныя - гэта тыя, у склад якіх уваходзяць атамы вугляроду, вадароду, серы, кіслароду, фосфару, азоту. Гэта значыць тыя элементы, якія з'яўляюцца біягенных. Прыкладаў можна прывесці масу: поліэтылен, полівінілхларыду, поліпрапілен, віскоза, нейлон, прыродны палімер - бялок, нуклеінавыя кіслаты і гэтак далей.
2. Элементорганические - такія, у склад якіх уваходзіць нейкі старонні неарганічны і ня біягенных элементаў. Часцей за ўсё гэта крэмній, алюміній або тытан. Прыклады падобных макрамалекул: арганічнае шкло, стеклополимеры, кампазіцыйныя матэрыялы.
3. Неарганічныя - у аснове ланцугу ляжаць атамы крэмнію, а не вугляроду. Радыкалы ж могуць быць часткай бакавых адгалінаванняў. Яны адкрытыя зусім нядаўна, у сярэдзіне XX стагоддзя. Выкарыстоўваюцца ў медыцыне, будаўніцтве, тэхніцы і іншых галінах. Прыклады: сілікон, цынобра.

Калі падзяляць палімеры па паходжанні, то можна вылучыць тры іх групы.

1. Прыродныя палімеры, прымяненне якіх шырока ажыццяўлялася з самай старажытнасці. Гэта такія макрамалекулы, для стварэння якіх чалавек не прыкладаў ніякіх намаганняў. Яны з'яўляюцца прадуктамі рэакцый самой прыроды. Прыклады: шоўк, поўсць, бялок, нуклеінавыя кіслаты, крухмал, цэлюлоза, скура, бавоўна і іншыя.
2. Штучныя. Гэта такія макрамалекулы, якія ствараюцца чалавекам, але на аснове прыродных аналагаў. Гэта значыць проста паляпшаюцца і змяняюцца ўласцівасці ўжо наяўнага прыроднага палімера. Прыклады: штучны каўчук, гума.
3. Сінтэтычныя - гэта такія палімеры, у стварэнні якіх удзельнічае толькі чалавек. Прыродных аналагаў для іх няма. Навукоўцы распрацоўваюць метады сінтэзу новых матэрыялаў, якія адрозніваліся б палепшанымі тэхнічнымі характарыстыкамі. Так нараджаюцца сінтэтычныя палімерныя злучэння рознага роду. Прыклады: поліэтылен, поліпрапілен, віскоза, ацетатного валакно і іншае.

Ёсць і яшчэ адзін прыкмета, які ляжыць у аснове падзелу разгляданых рэчываў на групы. Гэта рэакцыйная здольнасць і тэрмаўстойлівасць. Вылучаюць дзве катэгорыі па гэтым параметры:

• термопластичные;
• термореактивные.

Самым старажытным, важным і асабліва каштоўным з'яўляецца ўсё ж прыродны палімер. Яго ўласцівасці ўнікальныя. Таму далей разгледзім менавіта гэтую катэгорыю макрамалекул.

Якое рэчыва з'яўляецца прыродным палімераў?

Каб адказаць на гэтае пытанне, спачатку азірнемся вакол сябе. Што нас акружае? Жывыя арганізмы вакол нас, якія сілкуюцца, дыхаюць, размножваюцца, квітнеюць і даюць плады і насенне. А што яны ўяўляюць сабой з малекулярнай пункту гледжання? Гэта такія злучэнні, як:

• вавёркі;
• нуклеінавыя кіслаты;
• поліцукрыды.

Дык вось, прыродным палімераў з'яўляецца кожнае з прыведзеных злучэнняў. Такім чынам, выходзіць, што жыццё вакол нас існуе толькі дзякуючы наяўнасці гэтых малекул. З самых старажытных часоў людзі выкарыстоўвалі гліну, будаўнічыя сумесі і растворы для ўмацавання і стварэння жылля, ткалі пражу з воўны, ўжывалі для стварэння адзення бавоўна, шоўк, поўсць і скуру жывёл. Прыродныя арганічныя палімеры суправаджалі чалавека на ўсіх ступенях яго станаўлення і развіцця і шмат у чым дапамаглі яму дамагчыся тых вынікаў, што мы маем сёння.

Сама прырода давала усё для таго, каб жыццё людзей была максімальна камфортнай. З часам быў адкрыты каўчук, высветлены яго выдатныя ўласцівасці. Чалавек навучыўся выкарыстоўваць у харчовых мэтах крухмал, у тэхнічных - цэлюлозу. Прыродным палімераў з'яўляецца і камфара, якая таксама вядомая са старажытных часоў. Смалы, вавёркі, нуклеінавыя кіслаты - усё гэта прыклады разгляданых злучэнняў.

Будова прыродных палімераў

Не ўсе прадстаўнікі дадзенага класа рэчываў ўладкованыя аднолькава. Так, прыродныя і сінтэтычныя палімеры могуць істотна адрознівацца. Іх малекулы арыентуецца так, каб максімальна выгадна і зручна існаваць з энергетычнай пункту гледжання. Пры гэтым шматлікія прыродныя віды здольныя брыняць і структура іх у працэсе мяняецца. Можна вылучыць некалькі самых распаўсюджаных варыянтаў будынка ланцуга:

• лінейныя;
• разгалінаваныя;
• зорчатыя;
• плоскія;
• сеткаватыя;
• істужачныя;
• гребневидные.

Штучныя і сінтэтычныя прадстаўнікі макрамалекул маюць вельмі вялікую масу, велізарны лік атамаў. Іх ствараюць са спецыяльна зададзенымі ўласцівасцямі. Таму і будынак іх першапачаткова плануецца чалавекам. Натуральныя ж палімеры часцей за ўсё альбо лінейныя, альбо сеткаватыя па сваёй структуры.

Прыклады прыродных макрамалекул

Прыродныя і штучныя палімеры вельмі блізкія адзін аднаму. Бо першыя становяцца асновай для стварэння другое. Прыкладаў падобных ператварэнняў шмат. Прывядзём некаторыя з іх.

1. Звычайная пластмаса малочна-белага колеру - гэта прадукт, які атрымліваецца пры апрацоўцы азотнай кіслатой цэлюлозы з даданнем прыроднай камфоры. Рэакцыя полімерызацыі прыводзіць да зацвярдзення атрыманага палімера і ператварэнню ў патрэбны прадукт. А пластыфікатар - камфара, робіць яго здольным размягчаться пры награванні і змяняць сваю форму.
2. Ацетатного шоўк, медна-аміячнае валакно, віскоза - усё гэта прыклады тых нітак, валокнаў, якія атрымліваюць на аснове цэлюлозы. Тканіны з натуральнага бавоўны і лёну не так трывалыя, не бліскучыя, лёгка сминаемы. А вось штучныя аналагі іх гэтых недахопаў пазбаўленыя, што і робіць іх выкарыстанне вельмі прывабным.
3. Штучныя камяні, будаўнічыя матэрыялы, сумесі, скуразамяняльнікаў - гэта таксама прыклады палімераў, атрыманых на аснове натуральнай сыравіны.

Рэчыва, якое з'яўляецца прыродным палімераў, можа выкарыстоўвацца і ў праўдзівым выглядзе. Такіх прыкладаў таксама нямала:

• каніфоль;
• бурштын;
• крухмал;
• амілапектыну;
• цэлюлоза;
• мех;
• воўну;
• бавоўна;
• шоўк;
• цэмент;
• гліна;
• вапна;
• вавёркі;
• нуклеінавыя кіслаты і гэтак далей.

Відавочна, што разгляданы намі клас злучэнняў вельмі шматлікі, практычна важны і значны для людзей. Зараз разгледзім больш падрабязна некалькі прадстаўнікоў прыродных палімераў, якія з'яўляюцца вельмі запатрабаванымі ў цяперашні час.

Шоўк і поўсць

Формула прыроднага палімера шоўку складаная, бо яго хімічны склад выяўляецца наступнымі кампанентамі:

• фиброин;
• серицин;
• воскі;
• тлушчы.

Сам галоўны бялок - фиброин, налічвае ў сваім складзе некалькі разнавіднасцяў амінакіслот. Калі ўявіць яго полипептидную ланцужок, то яна будзе выглядаць прыкладна так: (-NH-CH ₂ -CO-NH-CH (CH ₃₎ -CO-NH-CH ₂ -CO-) _n. І гэта толькі яе частка. Калі ўявіць, што да дадзенай структуры пры дапамозе сіл Ван-Дэр-Ваальса далучаецца не менш складаная малекула бялку серицина, разам яны змешваюцца ў адзіную конформацию з воскам і тлушчамі, то зразумела, чаму складана адлюстраваць формулу натуральнага шоўку.

На сённяшні дзень вялікую частку дадзенага прадукту пастаўляе Кітай, бо на яго прасторах існуе натуральнае асяроддзе пасялення асноўнага вытворцы - тутавага шаўкапрада. Раней, пачынаючы з самых старажытных часоў, натуральны шоўк вельмі шанаваўся. Дазволіць сабе вопратку з яго маглі толькі знатныя, багатыя людзі. Сёння многія характарыстыкі гэтай тканіны пакідаюць жадаць лепшага. Напрыклад, ён моцна намагнічваецца і камечыцца, акрамя таго, ад знаходжання на сонца губляе бляск і цьмянее. Таму больш за ва ўжытку штучныя вытворныя на яго аснове.

Шэрсць - гэта таксама прыродны палімер, бо з'яўляецца прадуктам жыццядзейнасці скуры і сальных залоз жывёл. На аснове гэтага бялковага прадукта вырабляюць трыкатаж, які, як і шоўк, з'яўляецца каштоўным матэрыялам.

крухмал

Прыродны палімер крухмал з'яўляецца прадуктам жыццядзейнасці раслін. Яны вырабляюць яго ў выніку працэсу фотасінтэзу і назапашваюць у розных частках цела. Яго хімічны склад:

• амілапектыну;
• амилоза;
• альфа-глюкоза.

Прасторавая структура крухмалу вельмі разгалінаваная, неўпарадкаваных. Дзякуючы ўваходзіць у склад амілапектыну, ён здольны брыняць ў вадзе, ператвараючыся ў так званы клейстер. Гэты калоіднай раствор выкарыстоўваецца ў тэхніцы і прамысловасці. Медыцына, харчовая галіна, выраб абіўных клеяў - гэта таксама вобласці выкарыстання дадзенага рэчыва.

Сярод раслін, якія змяшчаюць максімальную колькасць крухмалу, можна вылучыць:

• кукурузу;
• бульба;
• рыс;
• пшаніцу;
• маніёк;
• авёс;
• грэчку;
• бананы;
• сорга.

На аснове гэтага біяпалімераў выпякаюць хлеб, вырабляюць макаронныя вырабы, вараць кісялі, кашы і іншыя харчовыя прадукты.

цэлюлоза

З пункту гледжання хіміі, дадзенае рэчыва - гэта палімер, склад якога выяўляецца формулай (З ₆ Н ₅ Аб _{5) n.} Мономерных звяном ланцуга з'яўляецца бэта-глюкоза. Асноўныя месцы ўтрымання цэлюлозы - гэта клеткавыя сценкі раслін. Менавіта таму драўніна - каштоўная крыніца гэтага злучэння.

Цэлюлоза - прыродны палімер, які мае лінейнае прасторавае будынак. Яна выкарыстоўваецца для вытворчасці наступных відаў вырабаў:

• цэлюлозна-папяровай прадукцыі;
• штучнага футра;
• розных відаў штучных валокнаў;
• бавоўны;
• пластмасы;
• бяздымнага пораху;
• кинопленок і гэтак далей.

Відавочна, што прамысловая значэнне яе вялікае. Каб дадзенае злучэнне магчыма было выкарыстоўваць у вытворчасці, яго варта для пачатку атрымаць з раслін. Гэта робяць шляхам працяглай варэння драўніны ў адмысловых прыладах. Далейшая апрацоўка, а таксама рэагенты, якія выкарыстоўваюцца для выварванне, адрозніваюцца. Ёсць некалькі спосабаў:

• сульфитный;
• азотнакіслага;
• Натрон;
• сульфатнай.

Пасля падобнай апрацоўкі прадукт ўсё яшчэ ўтрымлівае прымешкі. У аснове гэта лігнін і геміцэлюлоза. Каб пазбавіцца ад іх, масу апрацоўваюць хлорам або шчолаччу.

У арганізме чалавека не існуе такіх біялагічных каталізатараў, якія здолелі б расшчапіць гэты складаны біяпалімераў. Аднак некаторыя жывёлы (траваедныя) прыстасаваліся да гэтага. У іх страўніку пасяляюцца пэўныя бактэрыі, якія робяць гэта за іх. Узамен мікраарганізмы атрымліваюць энергію для жыцця і асяроддзе пражывання. Такая форма сімбіёзу з'яўляецца вельмі выгаднай для абодвух бакоў.

каўчук

Гэта прыродны палімер, які мае каштоўнае гаспадарчае значэнне. Упершыню ён быў апісаны яшчэ Робертам Кукам, які ў адным са сваіх падарожжаў яго выявіў. Адбылося гэта так. Высадзіўшыся на востраве, на якім жылі невядомыя яму тубыльцы, ён быў гасцінна сустрэты імі. Яго ўвага прыцягнулі мясцовыя дзеці, якія гулялі незвычайным прадметам. Гэта шарападобнае цела адштурхваюцца ад падлогі і падскаквала высока ўверх, затым вярталася.

Пацікавіўшыся ў мясцовага насельніцтва аб тым, з чаго зроблена гэтая цацка, Кук даведаўся, што так застывае сок аднаго з дрэў - гевеи. Шмат пазней было высветлена, што гэта і ёсць біяпалімераў каўчук.

Хімічная прырода дадзенага злучэння вядомая - гэта ізапрэну, які падвергнуўся натуральнай полімерызацыі. Формула каўчуку (З ₅ Н _{8) n.} Яго ўласцівасці, дзякуючы якім ён так высока цэніцца, наступныя:

• эластычнасць;
• зносаўстойлівасць;
• электраізаляцыі;
• воданепранікальнасць.

Аднак ёсць і недахопы. На холадзе ён становіцца далікатным і ломкім, а на спякоце - ліпкім і цягучым. Менавіта таму з'явілася неабходнасць сінтэзу аналагаў штучнай або сінтэтычнай асновы. Сёння каучукі шырока выкарыстоўваюцца ў тэхнічных і прамысловых мэтах. Самыя галоўныя прадукты на іх аснове:

• гумы;
• эбониты.

бурштын

З'яўляецца прыродным палімераў, паколькі па сваёй структуры ўяўляе смалу, выкапнёвую яе форму. Прасторавая структура - каркасны аморфны палімер. Вельмі гаручы, запаліць яго можна полымем запалкі. Валодае ўласцівасцямі люмінесцэнцыі. Гэта вельмі важнае і каштоўнае якасць, якое выкарыстоўваецца ў ювелірнай справе. Ўпрыгажэнні на аснове бурштыну вельмі прыгожыя і запатрабаваныя.

Акрамя таго, гэты біяпалімераў выкарыстоўваюць і ў медыцынскіх мэтах. З яго ж вырабляюць наждачную паперу, лакавыя пакрыцця для розных паверхняў.