Polimero naturale - formula e applicazione

La maggior parte della costruzione modernamateriali, farmaci, tessuti, articoli per la casa, imballaggi e materiali di consumo sono polimeri. Questo è un intero gruppo di composti con caratteristiche distintive caratteristiche. Ce ne sono molti, ma nonostante questo, il numero di polimeri continua a crescere. Dopo tutto, i chimici sintetici scoprono sempre più nuove sostanze ogni anno. Allo stesso tempo, il polimero naturale ha avuto un significato speciale in ogni momento. Quali sono queste molecole sorprendenti? Quali sono le loro proprietà e quali sono le caratteristiche? Risponderemo a queste domande nel corso dell'articolo.

Polimeri: caratteristiche generali

Dal punto di vista della chimica, è consuetudine considerare un polimerouna molecola che ha un'enorme massa molecolare: da poche migliaia a milioni di unità. Tuttavia, oltre a questa caratteristica, ce ne sono molti altri, secondo i quali le sostanze possono essere classificate esattamente come polimeri naturali e sintetici. Questi sono:

• ripetendo costantemente unità monomeriche, che sono collegate per mezzo di diverse interazioni;
• il grado di polimerizzazione (cioè il numero di monomeri) deve essere molto alto, altrimenti il ​​composto sarà considerato un oligomero;
• orientamento spaziale definito della macromolecola;
• una serie di importanti proprietà fisico-chimiche, caratteristiche solo per questo gruppo.

In generale, la sostanza della natura del polimero si distingue daaltri è abbastanza facile. Basta vedere la sua formula per capire questo. Un tipico esempio può servire tutto il polietilene conosciuto, ampiamente usato nella vita quotidiana e nell'industria. È il prodotto di una reazione di polimerizzazione in cui entra un idrocarburo insaturo di etene o etilene. La reazione in forma generale è scritta come segue:

NCH₂= CH₂→ (-CH-CH-)_n, dove n è il grado di polimerizzazione delle molecole, mostrando quante unità monomeriche sono incluse nella sua composizione.

Inoltre, ad esempio, naturaleun polimero che è ben noto a tutti, è l'amido. Inoltre, amilopectina, cellulosa, proteine ​​del pollo e molte altre sostanze appartengono a questo gruppo di composti.

Le reazioni, a seguito delle quali possono formarsi le macromolecole, sono di due tipi:

• polimerizzazione;
• policondensazione.

La differenza è che nel secondo caso, i prodottile interazioni sono a basso peso molecolare. La struttura del polimero può essere diversa, dipende dagli atomi che la formano. Si incontrano spesso forme lineari, ma esistono anche mesh tridimensionali, molto complesse.

Se parliamo delle forze e delle interazioni che tengono uniti i collegamenti monomerici, possiamo identificare alcuni di base:

• Le forze di Van der Waals;
• legami chimici (covalenti, ionici);
• Interazione elettronostatica

Tutti i polimeri non possono essere combinati in un'unica categoria,dal momento che hanno una natura completamente diversa, una modalità di formazione e svolgono funzioni disuguali. Anche le loro proprietà variano. Pertanto, esiste una classificazione che consente a tutti i rappresentanti di questo gruppo di sostanze di essere suddivisi in diverse categorie. Può essere basato su diversi segni.

Classificazione dei polimeri

Se prendiamo come base la composizione qualitativa delle molecole, allora tutte le sostanze in esame possono essere determinate in tre gruppi.

1. Organico: questi sono quelli che includonoatomi di carbonio, idrogeno, zolfo, ossigeno, fosforo, azoto. Cioè, quegli elementi che sono biogenici. Gli esempi includono massa: polietilene, polivinilcloruro, polipropilene, viscosa, nylon, polimero naturale - proteine, acidi nucleici e così via.
2. Elementorganichnye - tale in quale strutturac'è qualche elemento inorganico e non biogenico estraneo. Il più delle volte si tratta di silicio, alluminio o titanio. Esempi di tali macromolecole sono: vetro organico, polimeri di vetro, materiali compositi.
3. Inorganico: al centro della catena ci sono gli atomisilicio, non carbonio. I radicali possono anche far parte di rami laterali. Sono stati scoperti solo di recente, a metà del 20 ° secolo. Utilizzato in medicina, edilizia, ingegneria e altre industrie. Esempi: silicone, cinabro.

Se dividiamo i polimeri in base alla loro origine, possiamo distinguere tre gruppi di essi.

1. Polimeri naturali, la cui applicazione è ampiamenteè stato effettuato fin dall'antichità. Queste sono macromolecole, per la cui creazione l'uomo non ha fatto nessuno sforzo. Sono prodotti delle reazioni della natura stessa. Esempi: seta, lana, proteine, acidi nucleici, amido, cellulosa, cuoio, cotone e altri.
2. Artificiale. Queste sono macromolecole create dagli umani, ma basate su analoghi naturali. Cioè, le proprietà di un polimero naturale già esistente semplicemente migliorano e cambiano. Esempi: gomma artificiale, gomma.
3. Sintetico: questi sono polimeri, nella creazione dia cui partecipano solo le persone. Non ci sono analoghi naturali per loro. Gli scienziati stanno sviluppando metodi per sintetizzare nuovi materiali che sarebbero stati caratterizzati da caratteristiche tecniche migliorate. Così nascono composti polimerici sintetici di vario tipo. Esempi: polietilene, polipropilene, viscosa, fibra di acetato e simili.

C'è un'altra caratteristica che sta alla base della separazione delle sostanze in esame in gruppi. Questa è la reattività e stabilità termica. Ci sono due categorie in questo parametro:

• termoplastico;
• termoindurenti.

Il più antico, importante e particolarmente prezioso è ancora un polimero naturale. Le sue proprietà sono uniche. Pertanto, considereremo questa categoria di macromolecole.

Quale sostanza è un polimero naturale?

Per rispondere a questa domanda, prima guarda indietrointorno a sé. Cosa ci circonda? Organismi viventi intorno a noi che nutrono, respirano, riproducono, fioriscono e danno frutti e semi. E cosa sono dal punto di vista molecolare? Queste sono connessioni come:

• proteine;
• acidi nucleici;
• polisaccaridi.

Quindi, il polimero naturale è ciascunodei composti dati. Così, si scopre che la vita intorno a noi esiste solo a causa della presenza di queste molecole. Fin dai primi tempi, le persone utilizzavano argilla, malta e malta per rafforzare e creare una casa, filati di lana, cotone usato, seta, lana e pelle di animali per creare vestiti. I polimeri organici naturali hanno accompagnato la persona in tutte le fasi della sua formazione e sviluppo e in molti modi lo hanno aiutato a raggiungere i risultati che abbiamo oggi.

La natura stessa ha dato tutto per rendere la vitala gente era il più confortevole possibile. Nel corso del tempo, è stata scoperta la gomma, le sue notevoli proprietà sono state chiarite. L'uomo ha imparato ad usare l'amido per scopi alimentari, nella tecnica - cellulosa. Un polimero naturale è anche la canfora, che è anche conosciuta dai tempi antichi. Resine, proteine, acidi nucleici sono tutti esempi dei composti presi in considerazione.

Struttura di polimeri naturali

Non tutti i rappresentanti di questa classe di sostanzesono sistemati in modo identico. Pertanto, i polimeri naturali e sintetici possono variare in modo significativo. Le loro molecole sono orientate in modo che sia più redditizio e conveniente esistere dal punto di vista energetico. Allo stesso tempo, molte specie naturali sono in grado di gonfiarsi e la loro struttura varia nel processo. Esistono diverse varianti più comuni della struttura della catena:

• lineari;
• ramificata;
• stellate;
• piatta;
• maglia;
• nastro;
• pettine.

Rappresentanti artificiali e sinteticile macromolecole hanno una massa molto grande, un numero enorme di atomi. Sono creati con proprietà appositamente specificate. Pertanto, la loro struttura è inizialmente pianificata dall'uomo. I polimeri naturali sono per lo più di struttura lineare o a maglie.

Esempi di macromolecole naturali

I polimeri naturali e artificiali sono molto vicini l'uno all'altro. Dopotutto, i primi diventano la base per la creazione di quest'ultimo. Esempi di tali trasformazioni sono molti. Ecco alcuni di loro.

1. La plastica bianca lattiginosa èprodotto ottenuto dal trattamento con acido nitrico di cellulosa con aggiunta di canfora naturale. La reazione di polimerizzazione porta alla solidificazione del polimero risultante e alla conversione al prodotto desiderato. Un plastificante - canfora, lo rende in grado di ammorbidire quando riscaldato e cambiare forma.
2. Seta dell'acetato, fibra rame-ammoniacale, viscosa- tutti questi sono esempi di quei fili, fibre, che sono ottenuti sulla base della cellulosa. I tessuti realizzati in cotone e lino naturale non sono così forti, non brillanti, sono facilmente accartocciati. Ma gli analoghi artificiali delle loro carenze sono privati, il che rende il loro uso molto attraente.
3. Pietre artificiali, materiali da costruzione, miscele, similpelle sono anche esempi di polimeri ottenuti sulla base di materie prime naturali.

Una sostanza che è un polimero naturale può essere usata nella sua vera forma. Ci sono molti esempi di questo tipo:

• colofonia;
• ambra;
• amido;
• amilopectina;
• cellulosa;
• pelliccia;
• lana;
• cotone;
• seta;
• cemento;
• argilla;
• calce;
• proteine;
• acidi nucleici e così via.

È ovvio che la classe considerata da noile connessioni sono molto numerose, praticamente importanti e significative per le persone. Ora esamineremo più dettagliatamente diversi rappresentanti di polimeri naturali, che sono molto richiesti al momento attuale.

Seta e lana

La formula del polimero di seta naturale è complessa, perché la sua composizione chimica è espressa dai seguenti componenti:

• fibroina;
• sericina;
• cere;
• i grassi.

La principale proteina in sé è la fibroina, include diverse varietà di aminoacidi. Se rappresenti la sua catena polipeptidica, assomiglierà a qualcosa del genere: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_n. E questa è solo una parte di esso. Se immaginiamo che una molecola ugualmente complessa di sericina si unisce a questa struttura con l'aiuto delle forze di van der Waals, si mescolano in un'unica conformazione con cera e grassi, quindi è chiaro perché è difficile rappresentare la formula della seta naturale.

Ad oggi, la maggior parte di questodel prodotto è fornito dalla Cina, perché nei suoi spazi aperti c'è un habitat naturale per il principale produttore - il baco da seta. In precedenza, sin dai tempi più antichi, la seta naturale era molto apprezzata. Solo i nobili e ricchi potevano permettersi abiti da lui. Oggi molte caratteristiche di questo tessuto lasciano molto a desiderare. Ad esempio, si magnetizza fortemente e si accartoccia, inoltre, dall'essere al sole perde la sua luminosità e oscurità. Pertanto, più nell'uso di derivati ​​artificiali basati su di esso.

Anche la lana è un polimero naturaleè un prodotto dell'attività vitale della pelle e delle ghiandole sebacee degli animali. Sulla base di questo prodotto proteico, viene prodotta la maglieria, che, come la seta, è un materiale prezioso.

amido

L'amido polimerico naturale è un prodotto della vita vegetale. Lo producono come risultato del processo di fotosintesi e si accumulano in diverse parti del corpo. La sua composizione chimica:

• amilopectina;
• amilosio;
• alfa-glucosio.

La struttura spaziale dell'amido è moltoramificato, disordinato. Grazie all'amilopectina inclusa nella composizione, è in grado di gonfiarsi in acqua, trasformandosi in una cosiddetta pasta. Questa soluzione colloidale viene utilizzata nell'ingegneria e nell'industria. Anche la medicina, l'industria alimentare, la produzione di adesivi per carta da parati sono aree di utilizzo di questa sostanza.

Tra le piante che contengono la quantità massima di amido, possiamo distinguere:

• mais;
• patate;
• riso;
• di grano;
• manioca;
• avena;
• grano saraceno;
• le banane;
• sorgo.

Sulla base di questo biopolimero cuocere il pane, fare la pasta, gelatina bollita, porridge e altri prodotti alimentari.

cellulosa

Dal punto di vista della chimica, questa sostanza è un polimero la cui composizione è espressa dalla formula (C₆H₅oh₅)_n. Il legame monomerico della catena è il beta-glucosio. I luoghi principali per mantenere la cellulosa sono le pareti cellulari delle piante. Ecco perché il legno è una preziosa fonte di questo composto.

La cellulosa è un polimero naturale che ha una struttura spaziale lineare. Viene utilizzato per la produzione dei seguenti tipi di prodotti:

• prodotti in carta e cellulosa;
• pelliccia artificiale;
• diversi tipi di fibre artificiali;
• cotone;
• materie plastiche;
• polvere senza fumo;
• film e così via.

È ovvio che la sua importanza industriale è grande. Per rendere questo composto possibile da usare in produzione, dovrebbe prima essere estratto dalle piante. Questo è fatto dalla cottura prolungata del legno in dispositivi speciali. L'ulteriore elaborazione, così come i reagenti utilizzati per la digestione, sono diversi. Ci sono diversi modi:

• solfito;
• nitrati;
• la soda;
• solfato.

Dopo tale elaborazione, il prodotto contiene ancora impurità. Questo è basato su lignina ed emicellulosa. Per sbarazzarsi di loro, la massa viene trattata con cloro o alcali.

Nel corpo umano, non ce ne sonocatalizzatori biologici che sarebbero in grado di dividere questo biopolimero complesso. Tuttavia, alcuni animali (erbivori) si sono adattati a questo. Nel loro stomaco, alcuni batteri si calmano, che lo fanno per loro. In cambio, i microrganismi ricevono energia per la vita e l'habitat. Questa forma di simbiosi è estremamente vantaggiosa per entrambe le parti.

di gomma

Questo è un polimero naturale che ha un valoresignificato economico. Fu descritto per la prima volta da Robert Cook, che lo scoprì in uno dei suoi viaggi. È successo così Essendo atterrato sull'isola in cui vivevano i nativi a lui sconosciuti, fu accolto con ospitalità da loro. La sua attenzione fu attratta da bambini locali che recitavano in un soggetto insolito. Questo corpo sferico si staccò dal pavimento e balzò in alto, poi tornò indietro.

Alla domanda sulla popolazione locale su cosa abbia prodotto questo giocattolo, Cook ha scoperto che il succo di uno degli alberi - Hevea - si irrigidisce. Molto più tardi è stato scoperto che questa è la gomma del biopolimero.

La natura chimica di questo composto è nota: isoprene, sottoposto a polimerizzazione naturale. La formula di gomma (C₅H₈)_n. Le sue proprietà, a causa delle quali è così altamente valutata, sono le seguenti:

• elasticità;
• resistenza all'usura;
• isolamento elettrico;
• resistenza all'acqua

Tuttavia, ci sono degli svantaggi. Nel freddo, diventa fragile e fragile e sul calore - appiccicoso e appiccicoso. Ecco perché c'era bisogno di sintetizzare analoghi di una base artificiale o sintetica. Oggi le gomme sono ampiamente utilizzate per scopi tecnici e industriali. I prodotti più importanti basati su di loro:

• gomma;
• ebano.

ambra

È un polimero naturale, perché nella suala struttura rappresenta la resina, la sua forma fossile. La struttura spaziale è un polimero amorfo di struttura. Molto combustibile, puoi accenderlo con la fiamma di un fiammifero. Ha proprietà luminescenti. Questa è una qualità molto importante e preziosa, che viene utilizzata nel settore della gioielleria. I gioielli basati sull'ambra sono molto belli e richiesti.

Inoltre, questo biopolimero è anche usato per scopi medici. Produce anche carta vetrata, rivestimenti di vernice per varie superfici.