פולימר טבעי - נוסחה ויישום

רוב הבנייה המודרניתחומרים, תרופות, רקמות, פריטים לבית, אריזות מתכלים הוא פולימרים. זוהי קבוצה שלמה של תרכובות בעלות מאפיינים ייחודיים אופייניים. יש הרבה מהם, אבל למרות זאת, מספר הפולימרים ממשיך לגדול. אחרי הכל, כימאים סינתטיים לגלות יותר ויותר חומרים חדשים מדי שנה. במקביל, פולימר טבעי היה בעל משמעות מיוחדת בכל עת. מה הן המולקולות המדהימות האלה? מה הם המאפיינים שלהם ומה הם התכונות? נענה על שאלות אלה במהלך המאמר.

פולימרים: מאפיינים כלליים

מנקודת המבט של הכימיה, נהוג לחשוב על פולימרמולקולה בעלת מסת ענק מולקולארית: מכמה אלפי עד מיליוני יחידות. עם זאת, בנוסף לתכונה זו, ישנם עוד כמה, לפיו חומרים ניתן לסווג בדיוק כמו פולימרים טבעיים וסינתטיים. אלה הם:

• כל הזמן חוזרים יחידות מונומריות, אשר מחוברים באמצעות אינטראקציות שונות;
• את מידת פילמור (כלומר, מספר מונומרים) חייב להיות גבוה מאוד, אחרת המתחם ייחשב אוליגומר;
• אוריינטציה מרחבית מוגדרת של מקרומולקולה;
• סט של תכונות פיסיקליות וכימיות חשובות ייחודיות לקבוצה.

באופן כללי, את מהות הטבע פולימר נבדלה מאחרים קל למדי. יש רק להסתכל על הנוסחה שלו כדי להבין את זה. דוגמה טיפוסית יכולה לשמש את כל פוליאתילן ידוע, בשימוש נרחב בחיי היומיום בתעשייה. זהו תוצר של תגובה פילמור שאליו נכנס פחמימנים בלתי רוויים של ethene או אתילן. התגובה הכללית היא כדלקמן:

nCH₂= CH₂→ (-CH-CH-)_n, כאשר n היא מידת פילמור של המולקולות, מראה כמה יחידות מונומר כלולים בהרכבו.

כמו כן, כדוגמה, טבעיפולימר זה ידוע לכל, הוא עמילן. בנוסף, amylopectin, תאית, חלבון עוף וחומרים רבים אחרים שייכים לקבוצה זו של תרכובות.

תגובות, וכתוצאה מכך מקרומולקולות יכול להיווצר, הם משני סוגים:

• פילמור;
• פוליקונדנציה.

ההבדל הוא כי במקרה השני, מוצריםאינטראקציות הן משקל מולקולרי נמוך. המבנה של הפולימר יכול להיות שונה, זה תלוי האטומים היוצרים אותו. טפסים לינאריים הם נתקלו לעתים קרובות, אבל יש גם רשת תלת מימדי, מאוד מורכב.

אם אנחנו מדברים על הכוחות ועל אינטראקציות המחזיקים את הקישורים החד-ממדיים יחדיו, נוכל לזהות מספר מאפיינים בסיסיים:

• כוחות ואן דר ואלס;
• קשרים כימיים (קוולנטיים, יוניים);
• אינטראקציה אלקטרוסטואטית.

כל פולימרים לא ניתן לשלב לקטגוריה אחת,שכן יש להם אופי שונה לחלוטין, מצב של היווצרות ולבצע פונקציות לא שוות. המאפיינים שלהם גם להשתנות. לכן, יש סיווג המאפשר לכל הנציגים של קבוצה זו של חומרים להיות מחולקים לקטגוריות שונות. זה יכול להיות מבוסס על כמה סימנים.

סיווג פולימרים

אם ניקח כבסיס את ההרכב האיכותי של המולקולות, אזי ניתן לקבוע את כל החומרים הנמצאים בשלוש קבוצות.

1. אורגני - אלה הם אלה הכולליםאטומי פחמן, מימן, גופרית, חמצן, זרחן, חנקן. כלומר, אותם גורמים שהם ביוגניים. דוגמאות כוללות מסה: פוליאתילן, פוליוויניל כלוריד, פוליפרופילן, ויסקוזה, ניילון, פולימר טבעי, חלבון, חומצות גרעין וכן הלאה.
2. Elementorganichnye - כזה שבו המבנהיש כמה אלמנט אורגני שאינו ביוגני. לרוב זה סיליקון, אלומיניום או טיטניום. דוגמאות של מקרומולקולות כאלה הן: זכוכית אורגנית, פולימרים זכוכית, חומרים מרוכבים.
3. אורגניים - בלב השרשרת הם אטומיםסיליקון, לא פחמן. רדיקלים יכולים גם להיות חלק מענפים לרוחב. הם התגלו רק לאחרונה, באמצע המאה ה -20. משמש ברפואה, בנייה, הנדסה ותעשיות אחרות. דוגמאות: סיליקון, כינאבאר.

אם אנו מחלקים פולימרים לפי מוצאם, אנו יכולים להבחין בין שלוש קבוצות מהם.

1. פולימרים טבעיים, יישום אשר נרחבנעשתה מן העת העתיקה. אלה מקרומולקולות כאלה, שבריאתן לא עשה האיש שום מאמץ. הם מוצרים של תגובות הטבע עצמו. דוגמאות: משי, צמר, חלבון, חומצות גרעין, עמילן, תאית, עור, כותנה ועוד.
2. מלאכותי. אלה הם מקרומולקולות שנוצרו על ידי בני אדם, אבל מבוסס על אנלוגים טבעיים. כלומר, המאפיינים של פולימר טבעי הקיים כבר פשוט לשפר ולשנות. דוגמאות: גומי מלאכותי, גומי.
3. סינתטי - אלה פולימרים, ביצירתאשר רק אנשים משתתפים. אין להם אנלוגים טבעיים. מדענים מפתחים שיטות לסינתזה של חומרים חדשים שהיו מאופיינים בתכונות טכניות משופרות. אז תרכובות פולימריות סינתטי מסוגים שונים נולדים. דוגמאות: פוליאתילן, פוליפרופילן, ויסקוזה, סיבי אצטט וכדומה.

יש עוד תכונה אחת המונחת ביסוד ההפרדה בין החומרים הנדונים לקבוצות. זוהי תגובתיות ויציבות תרמית. יש שתי קטגוריות בפרמטר זה:

• תרמופלסטיים;
• תרמוסטית.

העתיק ביותר, חשוב ובעיקר יקר עדיין פולימר טבעי. המאפיינים שלה הם ייחודיים. לכן, נשקול את הקטגוריה הזו של מקרומולקולות.

איזה חומר הוא פולימר טבעי?

כדי לענות על שאלה זו, תחילה להביט לאחורסביב עצמה. מה מקיף אותנו? חיים אורגניזמים סביבנו כי להאכיל, לנשום, לשכפל, ללבלב ולתת פירות וזרעים. ומה הם מנקודת המבט המולקולרית? אלה הם קשרים כגון:

• חלבונים;
• חומצות גרעין;
• פוליסכרידים.

אז, הפולימר הטבעי הוא כל אחדשל התרכובות הנתונות. כך מתברר שהחיים סביבנו קיימים רק בגלל נוכחותן של המולקולות הללו. מאז ימי קדם, אנשים השתמשו חימר, תערובות ופתרונות חיזוק ובניית בתים, חוט ארוג, צמר, המשמש ליצירת כותנת בגדים, משי, צמר ועור של חיות. פולימרים אורגניים טבעיים ליוו את האדם בכל שלבי היווצרותו ופיתוח, ובמובנים רבים עזרו לו להשיג את התוצאות שיש לנו היום.

הטבע עצמו נתן הכל כדי להפוך את החייםאנשים היו נוחים ככל האפשר. במשך הזמן התגלה גומי, המאפיינים המדהימים שלו הובהרו. האיש למד להשתמש בעמילן למטרות מזון, בטכניקה תאית. פולימר טבעי הוא גם קמפור, אשר ידוע גם בימי קדם. שרפים, חלבונים, חומצות גרעין הם כל דוגמאות של תרכובות תחת התחשבות.

מבנה פולימרים טבעיים

לא כל נציגי סוג זה של חומריםמסודרים זהים. לפיכך, פולימרים טבעיים וסינתטיים יכולים להשתנות באופן משמעותי. המולקולות שלהם מכוונות כך שהיא רווחית ביותר ונוחה להתקיים מנקודת המבט האנרגטית. במקביל, מינים טבעיים רבים מסוגלים לנפיחות המבנה שלהם משתנה בתהליך. ישנם כמה וריאנטים הנפוצים ביותר של מבנה שרשרת:

• ליניארי;
• מסועף;
• סטלטי;
• שטוח;
• mesh;
• קלטת;
• מסרק בצורת.

נציגים מלאכותיים וסינתטייםמקרומולקולות יש מסה גדולה מאוד, מספר עצום של אטומים. הם נוצרו עם מאפיינים שצוין במיוחד. לכן, המבנה שלהם מתוכנן תחילה על ידי האדם. פולימרים טבעיים הם לרוב בדרך ליניארית או רשת במבנה.

דוגמאות של מקרומולקולות טבעיות

פולימרים טבעיים ומלאכותיים קרובים מאוד זה לזה. אחרי הכל, לשעבר להפוך את הבסיס להקמתה של זו האחרונה. דוגמאות של טרנספורמציות כאלה הן רבות. הנה כמה מהם.

1. פלסטיק לבן חלבימוצר המתקבל על ידי טיפול עם חומצה חנקתית של תאית עם תוספת של קמפור טבעי. התגובה פילמור תוצאות ביסוס של פולימר וכתוצאה מכך המרה למוצר הרצוי. A plasticizer - קמפור, עושה את זה יכול לרכך כאשר מחומם ולשנות את הצורה.
2. משי אצטט, סיבי נחושת, ויסקוזה- כל אלה הן דוגמאות של חוטים אלה, סיבים, אשר מתקבלים על בסיס תאית. בדים עשויים כותנה טבעית ופשתן אינם כה חזקים, לא מבריקים, הם מקומטים בקלות. אבל אנלוגים מלאכותיים של חסרונותיהם מקופחים, מה שהופך את השימוש שלהם אטרקטיבי מאוד.
3. אבנים מלאכותיות, חומרי בניין, תערובות, עור הם גם דוגמאות של פולימרים המתקבלים על בסיס חומרי גלם טבעיים.

חומר זה פולימר טבעי ניתן להשתמש בצורתו האמיתית. ישנן דוגמאות רבות:

• רוזין;
• ענבר;
• עמילן;
• amylopectin;
• תאית;
• פרווה;
• צמר;
• כותנה;
• משי;
• מלט;
• טיט;
• סיד;
• חלבונים;
• חומצות גרעין וכן הלאה.

ברור כי המעמד נחשב על ידינוקשרים רבים מאוד, חשובים וחשובים לבני אדם. עכשיו נבחן בפירוט רב כמה נציגים של פולימרים טבעיים, אשר מאוד מבוקשים כיום.

משי וצמר

הנוסחה של פולימר משי טבעי מורכב, כי ההרכב הכימי שלה באה לידי ביטוי על ידי המרכיבים הבאים:

• fibroin;
• sericin;
• שעווה;
• שומנים.

החלבון העיקרי הוא fibroin, הוא כולל מספר סוגים של חומצות אמינו. אם אתה מייצג את שרשרת פוליפפטיד שלה, זה ייראה משהו כזה: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_n. וזה רק חלק ממנה. אם אנו מדמיינים כי למבנה באמצעות ואן דר ואלס מצטרף לא פחות מורכבת מולקולת חלבון sericin, הם מעורבבים יחד קונפורמציה אחת עם שעווה ושומנים, אפשר להבין מדוע קשה לתאר משי טבעי הנוסחה.

עד כה, רוב זהשל המוצר מסופק על ידי סין, כי במרחבים הפתוחים שלה יש בית גידול טבעי עבור המפיק הראשי - תולעת המשי. מוקדם יותר, מאז העתיק ביותר, משי טבעי היה מאוד מוערך. רק אצילים, אנשים עשירים יכלו להרשות לעצמם בגדים ממנו. היום מאפיינים רבים של בד זה להשאיר הרבה כדי להיות הרצוי. לדוגמה, זה magnetizes מאוד מקמטים, בנוסף, מלהיות בשמש מאבד את הברק שלו מתעמעם. לכן, יותר בשימוש בנגזרות מלאכותיות על בסיס זה.

צמר הוא גם פולימר טבעי, מאזהוא תוצר של הפעילות החיונית של העור ואת בלוטות החלב של בעלי חיים. בהתבסס על מוצר זה חלבון, סריגים מיוצר, אשר, כמו משי, הוא חומר בעל ערך.

עמילן

עמילן פולימרי טבעי הוא תוצר של חיי הצמח. הם מייצרים את זה כתוצאה של תהליך של פוטוסינתזה לצבור בחלקים שונים של הגוף. ההרכב הכימי שלה:

• amylopectin;
• עמילוז;
• אלפא גלוקוז.

המבנה המרחבי של עמילן הוא מאודמסועף, מסולף. הודות amylopectin הכלול בהרכב, הוא מסוגל להתנפח במים, הופך הדבק שנקרא. זה פתרון colloidal משמש הנדסה ותעשייה. רפואה, תעשיית המזון, ייצור של דבקים טפט הם גם שטחים של שימוש בחומר זה.

בין הצמחים המכילים את הסכום המרבי של עמילן, אנו יכולים להבחין:

• תירס;
• תפוחי אדמה;
• אורז;
• חיטה;
• cassava;
• שיבולת שועל;
• כוסמת;
• בננות;
• דורה.

על בסיס זה אופים biopolymer לחם, לעשות פסטה, ריבה מבושלים, דייסה ומוצרי מזון אחרים.

תאית

מנקודת המבט של הכימיה, חומר זה הוא פולימר שהרכבו מתבטא בנוסחה (C₆ח₅אודות₅)_n. הקשר המונומרי של הרשת הוא גלוקוז ביתא. המקומות העיקריים לשמירת תאית הם קירות התא של הצמחים. לכן עץ הוא מקור חשוב של המתחם הזה.

תאית הוא פולימר טבעי בעל מבנה מרחבי ליניארי. הוא משמש לייצור של סוגי המוצרים הבאים:

• עיסת נייר ומוצריו;
• פרווה מלאכותית;
• סוגים שונים של סיבים מלאכותיים;
• כותנה;
• פלסטיק;
• אבקה נטולת עשן;
• הסרט וכן הלאה.

ברור שחשיבותו התעשייתית גדולה. כדי להפוך את המתחם הזה ניתן להשתמש בייצור, זה צריך להיות הראשון שחולצו מן הצמחים. זה נעשה על ידי בישול ממושך של עץ במכשירים מיוחדים. עיבוד נוסף, כמו גם ריאגנטים המשמשים לעיכול, הם שונים. ישנן מספר דרכים:

• סולפיט;
• חנקתי;
• מטרון;
• גופרתי.

לאחר עיבוד כזה, המוצר עדיין מכיל זיהומים. זה מבוסס על ליגנין hemicellulose. כדי להיפטר מהם, מסה מטופל עם כלור או אלקלי.

בגוף האדם, אין כזהזרזים ביולוגיים כי יוכלו לפצל את זה biopolymer מורכבים. עם זאת, כמה בעלי חיים (herbivores) יש להתאים את זה. בבטן שלהם, חיידקים מסוימים להתיישב, אשר עושים את זה בשבילם. בתמורה, מיקרואורגניזמים מקבלים אנרגיה לחיים ולבית גידול. צורה זו של סימביוזה מועילה מאוד לשני הצדדים.

גומי

זהו פולימר טבעי בעל ערךכלכלית. הוא תואר לראשונה על ידי רוברט קוק, שגילה אותו באחד ממסעותיו. זה קרה כך. לאחר שנחת על האי שעליו התגוררו הילידים שלא היו ידועים לו, הוא קיבל אותם בהוקרה. תשומת לבו נמשכה על ידי ילדים מקומיים ששיחקו נושא יוצא דופן. הגוף הכדורי הזה נדחף מהרצפה וקפץ גבוה, ואז חזר.

כשנשאל את האוכלוסייה המקומית על מה שעשה את הצעצוע הזה, גילו קוק כי מיץ של אחד העצים - Hevea - מתקשה. הרבה יותר מאוחר התברר כי זה גומי biopolymer.

האופי הכימי של המתחם הזה ידוע - isoprene, נתון פילמור טבעי. נוסחת הגומי (C₅ח₈)_n. המאפיינים שלה, אשר בשל כך הוא מוערך מאוד, הן כדלקמן:

• גמישות;
• התנגדות ללבוש;
• בידוד חשמלי;
• התנגדות מים.

עם זאת, ישנם חסרונות. בקור, הוא הופך להיות שביר שביר, ועל החום - דביק ודביק. לכן היה צורך לסנתז אנלוגים של בסיס מלאכותי או סינתטי. כיום, גושים נמצאים בשימוש נרחב למטרות טכניות ותעשייתיות. המוצרים החשובים ביותר המבוססים עליהם:

• גומי;
• ebonites.

אמבר

זהו פולימר טבעי, כי שלההמבנה מייצג שרף, צורת המאובנים שלה. המבנה המרחבי הוא פולימור אמורפי מסגרת. מאוד דליק, אתה יכול להדליק אותו עם הלהבה של גפרור. יש לו תכונות הארה. זוהי תכונה חשובה מאוד ובעלת ערך, אשר משמש בעסקי התכשיטים. תכשיטים המבוססים על ענבר הוא יפה מאוד בביקוש.

בנוסף, biopolymer זה משמש גם למטרות רפואיות. הוא גם מייצר נייר זכוכית, ציפוי לכה עבור משטחים שונים.