Табигый полимер - формула жана колдонуу

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 05:34

Азыркы курулуш материалдарынын, дары-дармектердин, кездемелердин, тиричилик буюмдарынын, таңгактарынын жана керектелүүчү материалдардын көбү полимерлер. Бул мүнөздүү айырмалоочу белгилери бар кошулмалардын бүтүндөй тобу. Алардын саны көп, бирок ага карабастан, полимерлердин саны өсүүдө. Анткени, синтетикалык химиктер жыл сайын көбүрөөк жаңы заттарды таап жатышат. Ошол эле учурда, бул ар дайым өзгөчө мааниге ээ болгон табигый полимер болгон. Бул укмуштуудай молекулалар эмне? Алардын касиеттери кандай жана кандай өзгөчөлүктөрү бар? Бул суроолорго макаланын жүрүшүндө жооп беребиз.

Полимерлер: жалпы мүнөздөмөсү

Химиянын көз карашы боюнча полимер эбегейсиз молекулярдык салмагы бар молекула болуп эсептелет: бир нече миңден миллиондогон бирдикке чейин. Бирок, бул өзгөчөлүктөн тышкары, заттарды табигый жана синтетикалык полимерлер катары так классификациялоого мүмкүн болгон дагы бир нечеси бар. Бул:

• ар кандай өз ара аракеттенүү аркылуу туташкан мономердик бирдиктер дайыма кайталанып турат;
• полимеразанын даражасы (б.а. мономерлердин саны) абдан болушу керекжогору, антпесе кошулма олигомер болуп эсептелет;
• макромолекуланын белгилүү мейкиндик багыты;
• бул топко уникалдуу болгон маанилүү физикалык жана химиялык касиеттердин жыйындысы.

Жалпысынан полимердик мүнөздөгү затты башкалардан айырмалоо оңой. Аны түшүнүү үчүн анын формуласын караш керек. Типтүү мисал - күнүмдүк турмушта жана өнөр жайда кеңири колдонулган белгилүү полиэтилен. Бул каныкпаган углеводород этил же этилен кирген полимерлөө реакциясынын продуктусу. Реакция жалпы формада төмөнкүчө жазылат:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , мында n - молекулалардын полимерлөө даражасы, анын курамына канча мономердик бирдиктер киргенин көрсөтүүчү.

Ошондой эле, мисал катары бардыгына белгилүү болгон табигый полимерди келтирсек болот, ал крахмал. Мындан тышкары, амилопектин, целлюлоза, тоок протеин жана башка көптөгөн заттар кошулмалардын бул тобуна кирет.

Макромолекулаларды түзө турган реакциялар эки түрдүү:

• полимеризация;
• поликонденсация.

Айырмачылыгы экинчи учурда, өз ара аракеттенүү продуктулары төмөн молекулалык салмакта. Полимердин түзүлүшү ар кандай болушу мүмкүн, ал аны түзгөн атомдорго жараша болот. Сызыктуу формалар көп кездешет, бирок үч өлчөмдүү торлор да бар, алар абдан татаал.

Эгер мономердик бирдиктерди бириктирип турган күчтөр жана өз ара аракеттешүүлөр жөнүндө сөз кыла турган болсок, анда биз бир нече негизгилерди аныктай алабыз:

• Ван Дер Ваальскүч;
• химиялык байланыштар (коваленттик, иондук);
• электростатикалык өз ара аракеттенүү.

Бардык полимерлерди бир категорияга бириктирүү мүмкүн эмес, анткени алардын табияты, пайда болуу ыкмасы такыр башка жана ар кандай функцияларды аткарат. Алардын касиеттери да айырмаланат. Ошондуктан, бул заттардын тобунун бардык өкүлдөрүн ар кандай категорияларга бөлүүгө мүмкүндүк берген классификация бар. Ал бир нече белгиге негизделиши мүмкүн.

Полимерлердин классификациясы

Эгерде молекулалардын сапаттык курамын негиз кылып алсак, анда каралып жаткан бардык заттарды үч топко бөлүүгө болот.

1. Органикалык - булар көмүртектин, суутектин, күкүрттүн, кычкылтектин, фосфордун, азоттун атомдорун камтыйт. Башкача айтканда, биогендик болгон элементтер. Мисалдар көп: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, вискоза, нейлон, табигый полимер - белок, нуклеин кислоталары жана башкалар.
2. Элементалдык органикалык - кээ бир бөтөн органикалык жана биогендик эмес элементтерди камтыгандар. Көбүнчө бул кремний, алюминий же титан. Мындай макромолекулалардын мисалдары: органикалык айнек, айнек полимерлери, композиттик материалдар.
3. Органикалык эмес - чынжыр көмүртек эмес, кремний атомдоруна негизделген. Радикалдар да каптал бутактарынын бир бөлүгү болушу мүмкүн. Алар жакында эле, 20-кылымдын ортосунда ачылган. Медицинада, курулушта, машина курууда жана башка тармактарда колдонулат. Мисалдар: силикон, киновар.

Эгер сиз полимерлерди келип чыгышы боюнча бөлсөңүз болоталардын үч тобун тандаңыз.

1. Табигый полимерлер, аларды колдонуу байыркы замандан бери кеңири жүргүзүлүп келет. Бул макромолекулалар, аларды түзүү үчүн адам эч кандай күч-аракет жумшаган эмес. Алар жаратылыштын өзүнүн реакцияларынын продуктулары. Мисалдар: жибек, жүн, белок, нуклеиндик кислоталар, крахмал, целлюлоза, булгаары, пахта ж.б.
2. Жасалма. Бул адам тарабынан түзүлгөн, бирок табигый аналогдорго негизделген макромолекулалар. Башкача айтканда, буга чейин болгон табигый полимердин касиеттери жөн гана жакшыртылып, өзгөртүлгөн. Мисалдар: жасалма каучук, резина.
3. Синтетикалык - бул түзүүгө адам гана катыша турган полимерлер. Алар үчүн табигый аналогдору жок. Окумуштуулар техникалык мүнөздөмөлөрү жакшырган жаңы материалдарды синтездөө ыкмаларын иштеп чыгууда. Мына ушинтип ар кандай түрдөгү синтетикалык полимердик бирикмелер жаралат. Мисалдар: полиэтилен, полипропилен, вискоза, ацетат буласы ж.б.

Каралып жаткан заттардын топторго бөлүнүшүнүн негизинде дагы бир өзгөчөлүк бар. Бул реактивдүүлүк жана термикалык туруктуулук. Бул параметр үчүн эки категория бар:

• термопластика;
• термосет.

Эң байыркы, маанилүү жана өзгөчө баалуу дагы деле табигый полимер. Анын касиеттери уникалдуу болуп саналат. Ошондуктан, биз макромолекулалардын ушул өзгөчө категориясын дагы карап чыгабыз.

Кайсы зат табигый полимер?

Бул суроого жооп берүү үчүн алгач айланабызга көз чаптыралы. Бизди эмне курчап турат?Биздин айланабызда азыктанган, дем алган, көбөйгөн, гүлдөп, мөмө-жемиштерди жана уруктарды өндүргөн тирүү организмдер. Жана алар молекулярдык көз караштан эмнени билдирет? Бул төмөнкүдөй байланыштар:

• белоктар;
• нуклеиндик кислоталар;
• полисахариддер.

Демек, бул кошулмалардын ар бири табигый полимер. Ошентип, бизди курчап турган жашоо бул молекулалардын бар болгондуктан гана бар экени белгилүү болду. Байыркы доорлордон бери адамдар үй-жайды бекемдөө жана түзүү үчүн чоподон, курулуш аралашмаларынан жана эритмелерден пайдаланып, жүндөн жип токуп, кийимдерди тигүү үчүн пахта, жибек, жүн жана жаныбарлардын терисин колдонушкан. Табигый органикалык полимерлер адамдын калыптанышынын жана өнүгүүсүнүн бардык этаптарында коштоп жүрдү жана ага бүгүнкү күндөгү натыйжаларга жетишүүгө көп жагынан жардам берди.

Жаратылыш өзү адамдардын жашоосун мүмкүн болушунча ыңгайлуу кылуу үчүн баарын берген. Убакыттын өтүшү менен резина ачылган, анын кереметтүү касиеттери такталган. Адам крахмалды тамак-ашка, ал эми целлюлозаны техникалык максатта колдонууну үйрөнгөн. Камфора дагы табигый полимер, ал дагы байыркы доорлордон бери белгилүү. Чайырлар, белоктор, нуклеиндик кислоталар каралып жаткан кошулмалардын мисалдары.

Табигый полимерлердин түзүлүшү

Бул класстын бардык өкүлдөрүнүн структурасы бирдей эмес. Ошентип, табигый жана синтетикалык полимерлер олуттуу айырмаланышы мүмкүн. Алардын молекулалары энергетикалык көз карашта жашоо эң пайдалуу жана ыңгайлуу боло тургандай багытталган. Ошол эле учурда көптөгөн табигый түрлөр шишип, түзүлүшү процессте өзгөрөт. Чынжыр түзүмүнүн бир нече кеңири таралган варианттары бар:

• сызыктуу;
• бутактуу;
• жылдыз сымал;
• жалпак;
• тор;
• лента;
• тарак сымал.

Макромолекулалардын жасалма жана синтетикалык өкүлдөрү өтө чоң массага, эбегейсиз көп атомдорго ээ. Алар атайын белгиленген касиеттери менен түзүлгөн. Ошондуктан, алардын түзүлүшү башында адам тарабынан пландаштырылган. Табигый полимерлердин түзүлүшү көбүнчө сызыктуу же торлуу болот.

Табигы макромолекулалардын мисалдары

Табигый жана жасалма полимерлер бири-бирине абдан жакын. Анткени, биринчиси экинчисин жаратуу үчүн негиз болуп калат. Мындай трансформациялардын мисалдары көп. Бул жерде алардын айрымдары.

1. Кадимки сүттөй ак пластмасса – бул целлюлозаны азот кислотасы менен табигый камфора кошуу менен иштетүүдөн алынган продукт. Полимерлөө реакциясы пайда болгон полимердин катуулануусуна жана керектүү продуктуга айланышына алып келет. Ал эми пластификатор - камфора, аны ысыганда жумшарып, формасын өзгөртө алат.
2. Ацетат жибек, жез-аммиак буласы, вискоза - целлюлозадан алынган жиптердин, жиптердин мисалдары. Табигый кебезден жана зыгыр буласынан жасалган кездемелер анчалык бышык эмес, жылтырабайт, оңой бырышпайт. Бирок алардын жасалма аналогдорунда бул кемчиликтер жок, бул аларды колдонууну абдан жагымдуу кылат.
3. Жасалма таштар, курулуш материалдары, аралашмалар, тери алмаштыруучу заттарОшондой эле табигый чийки заттан алынган полимерлердин мисалдарын караңыз.

Табигый полимер болгон затты чыныгы түрүндө да колдонсо болот. Мындай мисалдар да көп:

• росин;
• янтарь;
• крахмал;
• амилопектин;
• целлюлоза;
• мех;
• жүн;
• пахта;
• жибек;
• цемент;
• чопо;
• лайм;
• белоктар;
• нуклеиндик кислоталар жана башкалар.

Албетте, биз карап жаткан кошулмалардын классы абдан көп, практикалык жактан маанилүү жана адамдар үчүн маанилүү. Келгиле, азыркы учурда чоң суроо-талапка ээ болгон табигый полимерлердин бир нече өкүлдөрүн кененирээк карап чыгалы.

Жибек жана жүн

Табигый жибек полимеринин формуласы татаал, анткени анын химиялык курамы төмөнкү компоненттер менен туюнтулган:

• фиброин;
• sericin;
• момдор;
• майлар.

Негизги белоктун өзү фиброин аминокислоталардын бир нече түрүн камтыйт. Эгер анын полипептиддик чынжырын элестетсеңиз, анда ал төмөнкүдөй көрүнөт: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Бул анын бир гана бөлүгү. Эгер Ван дер-Ваальс күчтөрүнүн жардамы менен бул түзүлүшкө бирдей комплекстүү серицин белок молекуласы жабышып, алар мом жана майлар менен бир конформацияга аралашканын элестетсек, анда формуланы сүрөттөө эмне үчүн кыйын экени түшүнүктүү болот. табигый жибектен.

Бүгүн үчүнБүгүнкү күндө бул продуктунун көпчүлүк бөлүгүн Кытай берет, анткени анын ачык аянттарында негизги өндүрүүчү - жибек курту үчүн табигый чөйрө бар. Мурда эң байыркы доорлордон баштап табигый жибек жогору бааланган. Андан кийимдерди тектүү, бай адамдар гана алчу. Бүгүнкү күндө бул кездеменин көптөгөн мүнөздөмөлөрү каалаган нерсени калтырат. Мисалы, ал өтө магниттелген жана бырыштуу, андан тышкары, ал өзүнүн жаркыраганын жоготот жана күндүн таасиринен өчөт. Андыктан ага негизделген жасалма туундулар көбүрөөк колдонулат.

Жүн дагы табигый полимер, анткени ал жаныбарлардын терисинин жана май бездеринин калдыктары. Бул протеиндик продуктунун негизинде жибек сыяктуу баалуу материал болгон трикотаж жасалат.

Крахмал

Табигый полимердик крахмал - өсүмдүктөрдүн калдыктары. Алар аны фотосинтез процессинин натыйжасында пайда кылып, дененин ар кайсы жерлеринде чогулат. Анын химиялык курамы:

• амилопектин;
• амилоза;
• альфа-глюкоза.

Крахмалдын мейкиндик түзүлүшү өтө тармакталган, иретсиз. Курамына кирген амилопектиндин аркасында ал сууда шишип, паста деп аталган нерсеге айланат. Бул коллоиддик эритме техникада жана өнөр жайда колдонулат. Медицина, тамак-аш өнөр жайы, обои чаптамаларын өндүрүү да бул затты колдонуу чөйрөсү болуп саналат.

Крахмалдын максималдуу өлчөмүн камтыган өсүмдүктөрдүн ичинен төмөнкүлөрдү ажырата алабыз:

• корн;
• картошка;
• күрүч;
• буудай;
• маниок;
• сулу;
• гречка;
• банан;
• сорго.

Бул биополимердин негизинде нан бышырат, макарон жасалат, кисель, жарма жана башка тамак-аш азыктары бышырылат.

Целлюлоза

Химиянын көз карашынан алганда бул зат полимер, анын курамы (C₆H_{5 формуласы менен туюнтулган. O} 5_{) . чынжырдагы мономердик шилтеме бета-глюкоза болуп саналат. Целлюлозанын негизги жерлери - өсүмдүктөрдүн клетка дубалдары. Ошондуктан жыгач бул кошулмалардын баалуу булагы болуп саналат.}

Целлюлоза – бул сызыктуу мейкиндик түзүлүшкө ээ болгон табигый полимер. Ал продукциянын төмөнкү түрлөрүн өндүрүү үчүн колдонулат:

• целлюлоза жана кагаздан жасалган буюмдар;
• жасалма мех;
• жасалма булалардын ар кандай түрлөрү;
• пахта;
• пластика;
• түтүнсүз порошок;
• тасма жана башкалар.

Албетте, анын өнөр жайлык мааниси чоң. Берилген кошулма өндүрүштө колдонулушу үчүн биринчиден, ал өсүмдүктөрдөн алынышы керек. Бул атайын приборлордо жыгачты көпкө бышыруу менен ишке ашырылат. Андан ары кайра иштетүү, ошондой эле сиңирүү үчүн колдонулган реагенттер ар кандай болот. Бир нече жолдору бар:

• сульфит;
• нитрат;
• натрий;
• сульфат.

Бул дарылоодон кийин, продукт дагы эле камтыйтаралашмалар. Анын негизин лигнин жана гемицеллюлоза түзөт. Алардан арылуу үчүн массаны хлор же щелоч менен иштетишет.

Адамдын организминде бул татаал биополимерди ыдыра ала турган мындай биологиялык катализаторлор жок. Бирок, кээ бир жаныбарлар (чөп жегичтер) буга көнүшкөн. Алардын ашказанында алар үчүн белгилүү бир бактериялар бар. Анын ордуна микроорганизмдер жашоо жана жашоо үчүн энергия алышат. Симбиоздун бул формасы эки тарапка тең абдан пайдалуу.

Каучук

Бул экономикалык жактан баалуу табигый полимер. Аны биринчи жолу саякаттарынын биринде тапкан Роберт Кук сүрөттөгөн. Ушундай болгон. Өзүнө белгисиз жергиликтүү тургундар жашаган аралга конгондон кийин аны меймандос тосуп алышкан. Анын көңүлүн адаттан тыш нерсе менен ойногон жергиликтүү балдар бурган. Бул тоголок дене полдон көтөрүлүп, бийик секирип, кайра кайтып келди.

Жергиликтүү калктан бул оюнчук эмнеден жасалганын сурап, Кук дарактардын бири гевеанын ширеси ушинтип катып калаарын билген. Көп өтпөй бул резина биополимери экени белгилүү болду.

Бул кошулманын химиялык табияты белгилүү - бул табигый полимеризациядан өткөн изопрен. Резина формуласы (С₅Н₈) . Аны ушунчалык жогору баалаган касиеттери төмөнкүлөр:

• ийкемдүүлүк;
• эскирүүгө туруктуу;
• электрдик изоляция;
• сууга чыдамдуу.

Бирок, кемчиликтер да бар. Суукта морт жана морт болуп калат, ысыкта жабышчаак жана илешкек болот. Мына ошондуктан жасалма же синтетикалык базанын аналогдорун синтездөө зарылчылыгы келип чыкты. Бүгүнкү күндө каучуктар техникалык жана өндүрүштүк максаттарда кеңири колдонулат. Алардын негизинде эң маанилүү өнүмдөр:

• каучуктар;
• эбониттер.

Эмбер

Бул табигый полимер, анткени анын түзүлүшү боюнча чайыр, анын фоссил формасы. мейкиндик структурасы кадр аморфтук полимер болуп саналат. Ал абдан күйүүчү жана ширеңкенин жалыны менен тутанышы мүмкүн. Анын люминесценция касиеттери бар. Бул зергерчиликте колдонулган өтө маанилүү жана баалуу сапат. Эмбердин негизинде жасалган зер буюмдар абдан кооз жана суроо-талапка ээ.

Мындан тышкары, бул биополимер медициналык максатта да колдонулат. Ал ошондой эле ар кандай беттерге жылмакай, лак каптоо үчүн колдонулат.