De fleste av dagens byggematerialer, medisiner, stoffer, husholdningsartikler, emballasje og forbruksvarer er polymerer. Dette er en hel gruppe forbindelser som har karakteristiske kjennetegn. Det er mange av dem, men til tross for dette fortsetter antallet polymerer å vokse. Tross alt oppdager syntetiske kjemikere årlig flere og flere nye stoffer. Samtidig var det den naturlige polymeren som var av særlig betydning til enhver tid. Hva er disse fantastiske molekylene? Hva er deres egenskaper og hva er funksjonene? Vi vil svare på disse spørsmålene i løpet av artikkelen.
Polymerer: generelle egenskaper
Fra et kjemisynspunkt anses en polymer for å være et molekyl med en enorm molekylvekt: fra flere tusen til millioner enheter. Men i tillegg til denne funksjonen er det flere flere som kan klassifisere stoffer nøyaktig som naturlige og syntetiske polymerer. Dette er:
- konstant repeterende monomere enheter som er koblet sammen gjennom forskjellige interaksjoner;
- graden av polymerase (dvs. antall monomerer) bør være sværthøy, ellers vil forbindelsen betraktes som en oligomer;
- viss romlig orientering av et makromolekyl;
- et sett med viktige fysiske og kjemiske egenskaper som er unike for denne gruppen.
Generelt er et stoff av polymer natur ganske lett å skille fra andre. Man trenger bare å se på formelen hans for å forstå den. Et typisk eksempel er den velkjente polyetylenen, mye brukt i hverdagen og industrien. Det er produktet av en polymerisasjonsreaksjon der det umettede hydrokarboneteten eller etylen kommer inn. Reaksjonen i generell form er skrevet som følger:
nCH2=CH2→(-CH-CH-) , hvor n er graden av polymerisering av molekyler, og viser hvor mange monomere enheter som er inkludert i sammensetningen.
Også, som et eksempel, kan man nevne en naturlig polymer, som er velkjent for alle, det er stivelse. I tillegg hører amylopektin, cellulose, kyllingprotein og mange andre stoffer til denne gruppen av forbindelser.
Reaksjoner som kan danne makromolekyler er av to typer:
- polymerization;
- polykondensering.
Forskjellen er at i det andre tilfellet har interaksjonsproduktene lav molekylvekt. Strukturen til polymeren kan være forskjellig, det avhenger av atomene som danner den. Lineære former finnes ofte, men det finnes også tredimensjonale masker, som er svært komplekse.
Hvis vi snakker om kreftene og interaksjonene som holder monomerenheter sammen, så kan vi identifisere flere grunnleggende:
- Van Der Waalsstyrke;
- kjemiske bindinger (kovalente, ioniske);
- elektrostatisk interaksjon.
Alle polymerer kan ikke kombineres til én kategori, da de har en helt annen natur, dannelsesmetode og utfører forskjellige funksjoner. Egenskapene deres er også forskjellige. Derfor er det en klassifisering som lar deg dele alle representanter for denne gruppen av stoffer i forskjellige kategorier. Det kan være basert på flere tegn.
Klassifisering av polymerer
Hvis vi tar utgangspunkt i den kvalitative sammensetningen av molekylene, kan alle stoffene som vurderes deles inn i tre grupper.
- Organisk - dette er de som inkluderer atomer av karbon, hydrogen, svovel, oksygen, fosfor, nitrogen. Det vil si de elementene som er biogene. Det er mange eksempler: polyetylen, polyvinylklorid, polypropylen, viskose, nylon, naturlig polymer - protein, nukleinsyrer og så videre.
- Elementalorganic - de som inneholder et fremmed uorganisk og ikke-biogent element. Oftest er det silisium, aluminium eller titan. Eksempler på slike makromolekyler: organisk glass, glasspolymerer, komposittmaterialer.
- Uorganisk - kjeden er basert på silisiumatomer, ikke karbon. Radikaler kan også være en del av sidegrener. De ble oppdaget ganske nylig, på midten av 1900-tallet. Brukes i medisin, konstruksjon, ingeniørfag og annen industri. Eksempler: silikon, kanel.
Hvis du skiller polymerer etter opprinnelse, kan duvelg tre av gruppene deres.
- Naturlige polymerer, som har vært mye brukt siden antikken. Dette er slike makromolekyler, for opprettelsen av hvilke en person ikke gjorde noen innsats. De er produkter av reaksjonene fra naturen selv. Eksempler: silke, ull, protein, nukleinsyrer, stivelse, cellulose, lær, bomull osv.
- Kunstig. Dette er makromolekyler som er skapt av mennesker, men basert på naturlige analoger. Det vil si at egenskapene til en allerede eksisterende naturlig polymer ganske enkelt forbedres og endres. Eksempler: kunstgummi, gummi.
- Syntetisk - dette er polymerer som bare en person deltar i. Det er ingen naturlige analoger for dem. Forskere utvikler metoder for syntese av nye materialer som ville ha forbedret tekniske egenskaper. Slik blir syntetiske polymerforbindelser av ulike slag til. Eksempler: polyetylen, polypropylen, viskose, acetatfiber osv.
Det er en funksjon til som ligger til grunn for inndelingen av de vurderte stoffene i grupper. Disse er reaktivitet og termisk stabilitet. Det er to kategorier for denne parameteren:
- termoplast;
- termosett.
Den eldste, viktigste og spesielt verdifulle er fortsatt en naturlig polymer. Egenskapene er unike. Derfor vil vi videre vurdere denne spesielle kategorien av makromolekyler.
Hvilket stoff er en naturlig polymer?
For å svare på dette spørsmålet, la oss først se oss rundt. Hva omgir oss?Levende organismer rundt oss som mater, puster, formerer seg, blomstrer og produserer frukt og frø. Og hva representerer de fra et molekylært synspunkt? Dette er forbindelser som:
- proteins;
- nukleinsyrer;
- polysakkarider.
Så hver av disse forbindelsene er en naturlig polymer. Dermed viser det seg at livet rundt oss bare eksisterer på grunn av tilstedeværelsen av disse molekylene. Siden antikken har folk brukt leire, bygningsblandinger og mørtel for å styrke og skape et hjem, veve garn av ull og bruke bomull, silke, ull og dyreskinn til å lage klær. Naturlige organiske polymerer fulgte mennesket i alle stadier av dets dannelse og utvikling og hjalp ham på mange måter med å oppnå resultatene vi har i dag.
Naturen selv ga alt for å gjøre livet til folk så behagelig som mulig. Over tid ble gummi oppdaget, dens bemerkelsesverdige egenskaper ble avklart. Mennesket har lært å bruke stivelse til matformål, og cellulose til tekniske formål. Kamfer er også en naturlig polymer, som også har vært kjent siden antikken. Harpikser, proteiner, nukleinsyrer er alle eksempler på forbindelser som vurderes.
Struktur av naturlige polymerer
Ikke alle representanter for denne klassen av stoffer har samme struktur. Dermed kan naturlige og syntetiske polymerer avvike betydelig. Molekylene deres er orientert på en slik måte at det er mest fordelaktig og praktisk å eksistere fra et energisynspunkt. Samtidig er mange naturlige arter i stand til å svelle og deres struktur endres i prosessen. Det er flere vanligste varianter av kjedestrukturen:
- lineær;
- forgrenet;
- stjerneformet;
- flat;
- mesh;
- tape;
- kamformet.
Kunstige og syntetiske representanter for makromolekyler har en veldig stor masse, et stort antall atomer. De er laget med spesielt spesifiserte egenskaper. Derfor ble deres struktur opprinnelig planlagt av mennesker. Naturlige polymerer er oftest enten lineære eller retikulerte i struktur.
Eksempler på naturlige makromolekyler
Naturlige og kunstige polymerer er svært nær hverandre. Tross alt blir den første grunnlaget for opprettelsen av den andre. Det finnes mange eksempler på slike transformasjoner. Her er noen av dem.
- Vanlig melkehvit plast er et produkt som oppnås ved å behandle cellulose med salpetersyre med tilsetning av naturlig kamfer. Polymerisasjonsreaksjonen fører til at den resulterende polymeren størkner og blir det ønskede produktet. Og mykneren - kamfer, gjør den i stand til å myke opp når den varmes opp og endre form.
- Acetatsilke, kobber-ammoniakkfiber, viskose er alle eksempler på disse trådene, fibre som er hentet fra cellulose. Stoffer laget av naturlig bomull og lin er ikke så slitesterke, ikke skinnende, lett rynkete. Men de kunstige analogene av dem er blottet for disse manglene, noe som gjør bruken veldig attraktiv.
- Kunstige steiner, byggematerialer, blandinger, lærerstatninger erSe også eksempler på polymerer avledet fra naturlige råvarer.
Stoffet, som er en naturlig polymer, kan også brukes i sin egentlige form. Det er også mange slike eksempler:
- kolofonium;
- amber;
- stivelse;
- amylopectin;
- cellulose;
- pels;
- ull;
- bomull;
- silke;
- sement;
- leire;
- lime;
- proteins;
- nukleinsyrer og så videre.
Det er klart at klassen av forbindelser vi vurderer er svært tallrike, praktisk t alt viktige og viktige for mennesker. La oss nå se nærmere på flere representanter for naturlige polymerer, som er svært etterspurt for tiden.
Silke og ull
Formelen for naturlig silkepolymer er kompleks, fordi dens kjemiske sammensetning uttrykkes av følgende komponenter:
- fibroin;
- sericin;
- voks;
- fats.
Selve hovedproteinet, fibroin, inneholder flere typer aminosyrer. Hvis du forestiller deg polypeptidkjeden, vil den se omtrent slik ut: (-NH-CH2-CO-NH-CH(CH3)- CO-NH-CH2-CO-)n. Og dette er bare en del av det. Hvis vi forestiller oss at et like komplekst sericinproteinmolekyl er festet til denne strukturen ved hjelp av van der Waals-krefter, og sammen blandes de til en enkelt konformasjon med voks og fett, så er det klart hvorfor det er vanskelig å skildre formelen av naturlig silke.
For i dagI dag er det meste av dette produktet levert av Kina, fordi det i dets åpne områder er et naturlig habitat for hovedprodusenten - silkeormen. Tidligere, fra de eldste tider, ble naturlig silke høyt verdsatt. Bare edle, rike mennesker hadde råd til klær fra den. I dag lar mange egenskaper ved dette stoffet mye å være ønsket. For eksempel er den sterkt magnetisert og rynket, i tillegg mister den sin glans og blekner ved eksponering for solen. Derfor er kunstige derivater basert på det mer i bruk.
Ull er også en naturlig polymer, siden det er et avfallsprodukt fra huden og talgkjertlene til dyr. Basert på dette proteinproduktet lages strikkevarer, som i likhet med silke er et verdifullt materiale.
Stivelse
Naturlig polymerstivelse er et avfallsprodukt fra planter. De produserer det som et resultat av prosessen med fotosyntese og akkumuleres i forskjellige deler av kroppen. Dens kjemiske sammensetning:
- amylopectin;
- amylose;
- alfa-glukose.
Den romlige strukturen til stivelse er veldig forgrenet, uordnet. Takket være amylopektinet som er inkludert i sammensetningen, er det i stand til å svelle i vann og blir til en såk alt pasta. Denne kolloide løsningen brukes i ingeniørfag og industri. Medisin, næringsmiddelindustrien, produksjon av tapetlim er også bruksområder for dette stoffet.
Blant planter som inneholder den maksimale mengden stivelse, kan vi skille:
- mais;
- potet;
- ris;
- wheat;
- cassava;
- havre;
- bokhvete;
- bananer;
- sorghum.
Basert på denne biopolymeren, bakes brød, lages pasta, tilberedes kysser, frokostblandinger og andre matprodukter.
Pulp
Fra et kjemisynspunkt er dette stoffet en polymer, hvis sammensetning er uttrykt med formelen (C6H5 O 5) . Det monomere leddet i kjeden er beta-glukose. De viktigste stedene for celluloseinnhold er celleveggene til planter. Det er derfor tre er en verdifull kilde til denne forbindelsen.
Cellulose er en naturlig polymer som har en lineær romlig struktur. Den brukes til å produsere følgende typer produkter:
- masse- og papirprodukter;
- fuskepels;
- forskjellige typer kunstige fibre;
- bomull;
- plastikk;
- røykfritt pulver;
- filmremser og så videre.
Det er klart at dens industrielle betydning er stor. For at en gitt forbindelse skal kunne brukes i produksjonen, må den først utvinnes fra planter. Dette gjøres ved langtidskoking av ved i spesielle apparater. Videre prosessering, samt reagensene som brukes til fordøyelsen, varierer. Det er flere måter:
- sulfitt;
- nitrat;
- natrium;
- sulfat.
Etter denne behandlingen inneholder produktet fortsatturenheter. Den er basert på lignin og hemicellulose. For å bli kvitt dem behandles massen med klor eller alkali.
I menneskekroppen er det ingen slike biologiske katalysatorer som kan bryte ned denne komplekse biopolymeren. Noen dyr (planteetere) har imidlertid tilpasset seg dette. De har visse bakterier i magen som gjør det for dem. Til gjengjeld får mikroorganismer energi for liv og habitat. Denne formen for symbiose er ekstremt gunstig for begge parter.
Rubber
Dette er en naturlig polymer av verdifull økonomisk betydning. Det ble først beskrevet av Robert Cook, som oppdaget det på en av sine reiser. Det skjedde slik. Etter å ha landet på en øy bebodd av innfødte ukjente for ham, ble han gjestfritt mottatt av dem. Oppmerksomheten hans ble tiltrukket av lokale barn som lekte med en uvanlig gjenstand. Denne sfæriske kroppen sparket fra gulvet og spratt høyt opp, for så å returnere.
Etter å ha spurt lokalbefolkningen om hva denne leken var laget av, fikk Cook vite at saften fra et av trærne, heveaen, stivner på denne måten. Mye senere ble det funnet ut at dette er gummibiopolymeren.
Den kjemiske naturen til denne forbindelsen er kjent - det er isopren som har gjennomgått naturlig polymerisering. Gummiformelen er (С5Н8) . Egenskapene som gjør den så høyt ansett er som følger:
- elasticity;
- slitasjebestandig;
- elektrisk isolasjon;
- vannbestandig.
Det er imidlertid også ulemper. I kulden blir den sprø og sprø, og i varmen blir den klissete og tyktflytende. Det er derfor det ble nødvendig å syntetisere analoger av en kunstig eller syntetisk base. I dag er gummier mye brukt til tekniske og industrielle formål. De viktigste produktene basert på dem:
- rubbers;
- ebonites.
Amber
Det er en naturlig polymer, fordi den i strukturen er en harpiks, dens fossile form. Den romlige strukturen er en rammeamorf polymer. Den er svært brannfarlig og kan antennes med en fyrstikkflamme. Den har luminescensegenskaper. Dette er en svært viktig og verdifull kvalitet som brukes i smykker. Smykker basert på rav er veldig vakre og etterspurte.
I tillegg brukes denne biopolymeren også til medisinske formål. Den brukes også til å lage sandpapir, lakkbelegg for ulike overflater.
