Табиғи полимер - формуласы және қолданылуы

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Қазіргі құрылыс материалдарының, дәрі-дәрмектің, матаның, тұрмыстық заттардың, қаптаманың және шығын материалдарының көпшілігі полимерлер болып табылады. Бұл өзіне тән ерекше белгілері бар қосылыстардың тұтас тобы. Олардың саны өте көп, бірақ соған қарамастан полимерлер саны өсуде. Өйткені, синтетикалық химиктер жыл сайын көбірек жаңа заттарды ашады. Сонымен қатар, бұл барлық уақытта ерекше маңызды болған табиғи полимер болды. Бұл таңғажайып молекулалар қандай? Олардың қасиеттері қандай және қандай ерекшеліктері бар? Бұл сұрақтарға мақала барысында жауап береміз.

Полимерлер: жалпы сипаттамалар

Химия тұрғысынан полимер үлкен молекулалық массасы бар молекула болып саналады: бірнеше мыңнан миллион бірлікке дейін. Дегенмен, бұл ерекшеліктен басқа, заттарды табиғи және синтетикалық полимерлер ретінде дәл жіктеуге болатын тағы бірнеше бар. Бұл:

әртүрлі әрекеттесу арқылы қосылған мономерлік бірліктерді үнемі қайталау;
полимераза дәрежесі (яғни мономерлер саны) өте жоғары болуы керек.жоғары, әйтпесе қосылыс олигомер болып саналады;
макромолекуланың белгілі бір кеңістіктік бағдары;
осы топқа ғана тән маңызды физикалық және химиялық қасиеттер жиынтығы.

Жалпы алғанда, полимерлі затты басқалардан айыру өте оңай. Оны түсіну үшін оның формуласына қарау керек. Типтік мысал - күнделікті өмірде және өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын белгілі полиэтилен. Бұл қанықпаған көмірсутек этилен немесе этилен кіретін полимерлену реакциясының өнімі. Реакция жалпы түрде былай жазылады:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , мұнда n – молекулалардың полимерлену дәрежесі, оның құрамына қанша мономерлік бірлік кіретінін көрсетеді.

Сонымен қатар, мысал ретінде барлығына жақсы белгілі табиғи полимерді келтіруге болады, ол крахмал. Сонымен қатар, амилопектин, целлюлоза, тауық ақуызы және басқа да көптеген заттар қосылыстардың осы тобына жатады.

Макромолекула түзе алатын реакциялар екі түрлі болады:

полимерлену;
поликонденсация.

Айырмашылығы екінші жағдайда өзара әрекеттесу өнімдері төмен молекулалық салмақ болып табылады. Полимердің құрылымы әртүрлі болуы мүмкін, ол оны құрайтын атомдарға байланысты. Сызықтық пішіндер жиі кездеседі, бірақ үш өлшемді торлар да бар, олар өте күрделі.

Егер мономер бірліктерін біріктіретін күштер мен өзара әрекеттесулер туралы айтатын болсақ, онда біз бірнеше негізгілерін анықтай аламыз:

Ван Дер Ваальскүш;
химиялық байланыс (ковалентті, иондық);
электростатикалық әрекеттесу.

Барлық полимерлер бір категорияға біріктірілмейді, өйткені олардың табиғаты, түзілу әдісі мүлде басқа және әртүрлі қызметтерді орындайды. Олардың қасиеттері де ерекшеленеді. Сондықтан осы топтағы заттардың барлық өкілдерін әртүрлі санаттарға бөлуге мүмкіндік беретін классификация бар. Ол бірнеше белгілерге негізделген болуы мүмкін.

Полимерлердің классификациясы

Молекулалардың сапалық құрамын негізге алсақ, онда қарастырылып отырған барлық заттарды үш топқа бөлуге болады.

Органикалық - бұл көміртегі, сутегі, күкірт, оттегі, фосфор, азот атомдарын қамтитындар. Яғни, биогенді болып табылатын элементтер. Көптеген мысалдар бар: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, нейлон, табиғи полимер - ақуыз, нуклеин қышқылдары және т.б.
Elementalorganic - кейбір бөгде бейорганикалық және биогенді емес элементтерді қамтитындар. Көбінесе бұл кремний, алюминий немесе титан. Мұндай макромолекулалардың мысалдары: органикалық шыны, шыны полимерлер, композиттік материалдар.
Бейорганикалық - тізбек көміртегі емес, кремний атомдарына негізделген. Радикалдар да бүйірлік тармақтардың бөлігі болуы мүмкін. Олар жақында, 20 ғасырдың ортасында ашылды. Медицинада, құрылыста, машина жасауда және басқа салаларда қолданылады. Мысалдар: силикон, кинобар.

Полимерлерді шығу тегі бойынша бөлетін болсаңыз, мүмкінолардың үш тобын таңдаңыз.

Табиғи полимерлер, оларды қолдану ерте заманнан бері кеңінен жүргізіліп келеді. Бұл макромолекулалар, оларды жасау үшін адам ешқандай күш жұмсамаған. Олар табиғаттың өз реакцияларының өнімдері. Мысалдар: жібек, жүн, ақуыз, нуклеин қышқылдары, крахмал, целлюлоза, былғары, мақта, т.б.
Жасанды. Бұл адам жасаған, бірақ табиғи аналогтарға негізделген макромолекулалар. Яғни, қазірдің өзінде бар табиғи полимердің қасиеттері жай ғана жақсарады және өзгертіледі. Мысалдар: жасанды резеңке, резеңке.
Синтетикалық - бұл полимерлер, олардың жасалуына тек адам қатысады. Олардың табиғи аналогтары жоқ. Ғалымдар техникалық сипаттамаларын жақсартатын жаңа материалдарды синтездеу әдістерін әзірлеуде. Осылайша әртүрлі синтетикалық полимерлі қосылыстар пайда болады. Мысалдар: полиэтилен, полипропилен, вискоза, ацетатты талшық, т.б.

Қарастырылған заттарды топтарға бөлудің негізінде жатқан тағы бір ерекшелік бар. Бұл реактивтілік және термиялық тұрақтылық. Бұл параметр үшін екі санат бар:

термопластикалық;
термосет.

Ең көне, маңызды және ерекше құнды әлі де табиғи полимер. Оның қасиеттері ерекше. Сондықтан біз макромолекулалардың осы нақты категориясын әрі қарай қарастырамыз.

Қандай зат табиғи полимер болып табылады?

Бұл сұраққа жауап беру үшін алдымен айналамызға көз салайық. Бізді не қоршап тұр?Қоректенетін, тыныс алатын, көбейетін, гүлдеп, жемістер мен тұқым шығаратын бізді қоршаған тірі ағзалар. Ал олар молекулалық тұрғыдан нені білдіреді? Бұл қосылымдар:

белоктар;
нуклеин қышқылдары;
полисахаридтер.

Сонымен, бұл қосылыстардың әрқайсысы табиғи полимер болып табылады. Осылайша, бізді қоршаған тіршілік тек осы молекулалардың болуына байланысты болады екен. Ежелгі заманнан бері адамдар үйді нығайту және жасау үшін саз, құрылыс қоспалары мен ерітінділерін пайдаланған, жүннен жіп тоқып, киім жасау үшін мақта, жібек, жүн және жануарлар терісін пайдаланған. Табиғи органикалық полимерлер адамның қалыптасуы мен дамуының барлық кезеңдерінде бірге жүрді және оған көптеген жолдармен бүгінгі таңдағы нәтижелерге жетуге көмектесті.

Табиғаттың өзі адамдардың өмірін барынша жайлы ету үшін бәрін берді. Уақыт өте келе резеңке ашылды, оның тамаша қасиеттері нақтыланды. Адам крахмалды тағамдық мақсатта, ал целлюлозаны техникалық мақсатта пайдалануды үйренді. Камфора да табиғи полимер болып табылады, ол да көне заманнан бері белгілі. Шайырлар, белоктар, нуклеин қышқылдары қарастырылатын қосылыстардың мысалдары болып табылады.

Табиғи полимерлердің құрылымы

Бұл заттар класының барлық өкілдерінің құрылымы бірдей емес. Осылайша, табиғи және синтетикалық полимерлер айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін. Олардың молекулалары энергетикалық тұрғыдан өмір сүру ең пайдалы және ыңғайлы болатындай етіп бағытталған. Сонымен қатар көптеген табиғи түрлер ісінуге қабілетті және олардың құрылымы процесте өзгереді. Тізбек құрылымының бірнеше кең таралған нұсқалары бар:

сызықты;
тармақталған;
жұлдыз тәрізді;
жалпақ;
тор;
таспа;
тарақ тәрізді.

Макромолекулалардың жасанды және синтетикалық өкілдерінің массасы өте үлкен, атомдар саны өте көп. Олар арнайы көрсетілген қасиеттермен жасалған. Сондықтан олардың құрылымын бастапқыда адам жоспарлаған. Табиғи полимерлер құрылымы бойынша көбінесе сызықты немесе торлы болады.

табиғи полимер қандай зат болып табылады

Табиғи макромолекулалардың мысалдары

Табиғи және жасанды полимерлер бір-біріне өте жақын. Өйткені, біріншісі екіншісінің жасалуына негіз болады. Мұндай түрлендірулердің көптеген мысалдары бар. Міне, олардың кейбіреулері.

Кәдімгі сүттей ақ пластик – бұл табиғи камфораны қосып, целлюлозаны азот қышқылымен өңдеу арқылы алынған өнім. Полимерлену реакциясы нәтижесінде алынған полимер қатып, қажетті өнімге айналады. Ал пластификатор - камфора оны қыздырғанда жұмсартып, пішінін өзгертуге мүмкіндік береді.
Ацетат жібек, мыс-аммиак талшығы, вискоза - целлюлозадан алынатын жіптерге, талшықтарға мысалдар. Табиғи мақта мен зығырдан жасалған маталар соншалықты берік емес, жылтыр емес, оңай мыжылады. Бірақ олардың жасанды аналогтарында бұл кемшіліктер жоқ, бұл оларды пайдалануды өте тартымды етеді.
Жасанды тастар, құрылыс материалдары, қоспалар, былғары алмастырғыштарСондай-ақ табиғи шикізаттан алынған полимерлер мысалдарын қараңыз.

Табиғи полимер болып табылатын затты өзінің шынайы түрінде де қолдануға болады. Мұндай мысалдар да көп:

розин;
сары;
крахмал;
амилопектин;
целлюлоза;
тон;
жүн;
мақта;
жібек;
цемент;
саз;
лайм;
белоктар;
нуклеин қышқылдары және т.б.

Әрине, біз қарастырып отырған қосылыстар класы өте көп, іс жүзінде маңызды және адамдар үшін маңызды. Енді қазіргі уақытта үлкен сұранысқа ие табиғи полимерлердің бірнеше өкілдерін толығырақ қарастырайық.

Жібек және жүн

Табиғи жібек полимерінің формуласы күрделі, себебі оның химиялық құрамы келесі компоненттермен өрнектеледі:

фиброин;
серицин;
балауыздар;
майлар.

Негізгі ақуыздың өзі фиброинде аминқышқылдарының бірнеше түрі бар. Егер сіз оның полипептидтік тізбегін елестетсеңіз, онда ол келесідей болады: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Бұл оның бір бөлігі ғана. Егер бұл құрылымға ван-дер-Ваальс күштерінің көмегімен бірдей күрделі серицин белок молекуласы қосылып, олар бірге балауыз және майлармен бір конформацияға араласады деп елестетсек, онда формуланы бейнелеу неге қиын екені түсінікті болады. табиғи жібектен.

БүгінгеБүгінде бұл өнімнің басым бөлігін Қытай жеткізеді, өйткені оның ашық жерлерінде негізгі өндіруші – жібек құртының табиғи мекендейтін орны бар. Бұрын, ең көне заманнан бастап, табиғи жібек жоғары бағаланған. Одан тек текті, бай адамдар ғана киім ала алатын. Бүгінгі күні бұл матаның көптеген сипаттамалары қалаған нәрсені қалдырады. Мысалы, ол қатты магниттелген және мыжылған, сонымен қатар ол күн сәулесінің әсерінен жылтырлығын жоғалтады және жоғалады. Сондықтан оған негізделген жасанды туындылар көбірек қолданылады.

Жүн де табиғи полимер болып табылады, өйткені ол жануарлардың терісі мен май бездерінің қалдықтары болып табылады. Осы ақуыз өнімі негізінде жібек сияқты бағалы материал болып табылатын трикотаж бұйымдары жасалады.

Крахмал

Табиғи полимерлі крахмал - өсімдіктердің қалдық өнімі. Олар оны фотосинтез процесі нәтижесінде түзеді және дененің әртүрлі бөліктерінде жиналады. Оның химиялық құрамы:

амилопектин;
амилоза;
альфа-глюкоза.

Крахмалдың кеңістіктік құрылымы өте тармақталған, ретсіз. Композицияға енгізілген амилопектиннің арқасында ол суда ісініп, паста деп аталатын затқа айналады. Бұл коллоидты ерітінді машина жасауда және өнеркәсіпте қолданылады. Медицина, тамақ өнеркәсібі, тұсқағазға арналған желімдер өндірісі де осы затты қолдану саласы болып табылады.

Құрамында крахмалдың ең көп мөлшері бар өсімдіктердің арасында мыналарды ажыратуға болады:

жүгері;
картоп;
күріш;
бидай;
маниок;
сұлы;
қарақұмық;
банандар;
сорго.

Осы биополимер негізінде нан пісіріледі, макарон өнімдері, кисельдер, жарма және басқа да тағам өнімдері пісіріледі.

Целлюлоза

Химия тұрғысынан бұл зат құрамы (C₆H_{5 формуласымен өрнектелетін полимер болып табылады. O} 5₎ _{. Тізбектегі мономерлі байланыс бета-глюкоза болып табылады. Целлюлозаның негізгі тораптары өсімдіктердің жасушалық қабырғалары болып табылады. Сондықтан ағаш бұл қосылыстың құнды көзі болып табылады.}

Целлюлоза – сызықтық кеңістіктік құрылымы бар табиғи полимер. Ол келесі өнім түрлерін өндіру үшін қолданылады:

целлюлоза және қағаз өнімдері;
жасанды үлбір;
жасанды талшықтардың әртүрлі түрлері;
мақта;
пластиктер;
түтінсіз ұнтақ;
фильм жолақтары және т.б.

Өнеркәсіптік маңызы зор екені анық. Берілген қосылыс өндірісте қолданылуы үшін алдымен оны өсімдіктерден алу керек. Бұл ағашты арнайы құрылғыларда ұзақ уақыт пісіру арқылы жасалады. Әрі қарай өңдеу, сондай-ақ ас қорыту үшін қолданылатын реагенттер әртүрлі. Бірнеше жол бар:

сульфит;
нитрат;
натрий;
сульфат.

Осы өңдеуден кейін өнімде әлі де барқоспалар. Ол лигнин мен гемицеллюлозаға негізделген. Олардан құтылу үшін массаны хлормен немесе сілтімен өңдейді.

Адам ағзасында бұл күрделі биополимерді ыдырататын мұндай биологиялық катализаторлар жоқ. Алайда кейбір жануарлар (шөпқоректілер) бұған бейімделген. Олардың асқазанында олар үшін әрекет ететін белгілі бір бактериялар бар. Оның орнына микроорганизмдер тіршілік ету және тіршілік ету ортасы үшін энергия алады. Симбиоздың бұл түрі екі тарап үшін де өте тиімді.

Резеңке

Бұл құнды экономикалық маңызы бар табиғи полимер. Оны алғаш рет саяхаттарының бірінде тапқан Роберт Кук сипаттаған. Осылай болды. Өзіне бейтаныс жергілікті тұрғындар тұратын аралға қонған ол оны қонақжайлықпен қарсы алды. Оның назарын әдеттен тыс затпен ойнап жүрген жергілікті балалар аударды. Бұл сфералық дене еденнен көтеріліп, жоғары секірді, содан кейін қайта оралды.

Жергілікті тұрғындардан бұл ойыншықтың неден жасалғанын сұраған Кук ағаштардың бірінің, гевеаның шырыны осылай қатып қалатынын білді. Біраз уақыттан кейін бұл резеңке биополимер екені анықталды.

Бұл қосылыстың химиялық табиғаты белгілі - бұл табиғи полимерленуден өткен изопрен. Резеңке формуласы (С₅Н₈) . Оның жоғары бағаланатын қасиеттері келесідей:

икемділік;
тозуға төзімді;
электрлік оқшаулау;
суға төзімді.

Дегенмен, кемшіліктері де бар. Суықта ол сынғыш және сынғыш болады, ал ыстықта ол жабысқақ және тұтқыр болады. Сондықтан жасанды немесе синтетикалық негіздің аналогтарын синтездеу қажет болды. Бүгінгі таңда каучуктар техникалық және өндірістік мақсатта кеңінен қолданылады. Олардың негізіндегі ең маңызды өнімдер:

резеңкелер;
эбониттер.

Кәріптас

Бұл табиғи полимер, өйткені оның құрылымында ол шайыр, оның қазба пішіні. Кеңістіктік құрылым – рамалық аморфты полимер. Ол өте тұтанғыш және сіріңкенің жалынымен тұтануы мүмкін. Оның люминесценция қасиеттері бар. Бұл зергерлік бұйымдарда қолданылатын өте маңызды және құнды қасиет. Кәріптас негізіндегі зергерлік бұйымдар өте әдемі және сұранысқа ие.

Сонымен қатар, бұл биополимер медициналық мақсатта да қолданылады. Сондай-ақ ол әртүрлі беттерге тегістеу, лак жабу үшін қолданылады.