Přírodní polymer - vzorec a aplikace

Většina moderních stavebních materiálů, léků, tkání, předmětů pro domácnost, obalů a spotřebního materiálu jsou polymery. Jedná se o celou skupinu sloučenin s charakteristickými rysy. Existuje spousta z nich, ale navzdory tomu počet polymerů stále roste. Koneckonců syntetické lékárny objevují stále více nových látek každý rok. Zároveň měl přírodní polymer vždy zvláštní význam. Co jsou tyto úžasné molekuly? Jaké jsou jejich vlastnosti a jaké jsou vlastnosti? Na tyto otázky zodpovíme v průběhu článku.

Polymery: obecné vlastnosti

Z hlediska chemie je polymer považován za molekulu, která má obrovskou molekulovou hmotnost: od několika tisíc až po miliony jednotek. Nicméně kromě této vlastnosti existuje i několik dalších, podle kterých lze látky klasifikovat přesně jako přírodní a syntetické polymery. Jedná se o:

• neustále se opakující monomerní jednotky, které jsou spojeny různými interakcemi;
• stupeň polymerace (tj. počet monomerů) musí být velmi vysoký, jinak se sloučenina bude považovat za oligomer;
• určitá prostorová orientace makromolekuly;
• soubor důležitých fyzikálně-chemických vlastností, charakteristických pro tuto skupinu.

Obecně platí, že látka polymerního charakteru se snadno odlišuje od ostatních. Jeden se musí jen podívat na svůj vzorec, aby to pochopil. Typický příklad může sloužit všem známým polyethylenům, které se běžně používají v každodenním životě a v průmyslu. Je to produkt polymerizační reakce, v němž nenasyceného uhlovodíku ethylen nebo ethylen. Reakce v obecné formě je napsána následovně:

nCH₂= CH₂(-CH-CH-)_n, kde n je stupeň polymerace molekul, což ukazuje, kolik monomerních jednotek je obsaženo v jejím složení.

Také příkladem je přírodní polymer, který je všem dobře znám, škrob. Kromě toho patří do této skupiny sloučenin amylopektin, celulóza, kuřecí bílkovina a mnoho dalších látek.

Reakce, jejichž výsledkem mohou vznikat makromolekuly, jsou dvou typů:

• polymerace;
• polykondenzace.

Rozdíl je v tom, že v druhém případě jsou interakční produkty nízkomolekulární. Struktura polymeru může být odlišná, závisí na atomech, které ho tvoří. Lineární formy se často setkávají, ale jsou zde také trojrozměrná oka, velmi složitá.

Když hovoříme o silách a interakcích, které drží monomerní vazby dohromady, pak můžeme identifikovat několik základních:

• Van der Waalsovy síly;
• chemické vazby (kovalentní, iontové);
• Electronostatická interakce.

Všechny polymery nelze kombinovat do jedné kategorie, neboť mají zcela jinou povahu, způsob formace a vykonávají nerovné funkce. Jejich vlastnosti se také liší. Proto existuje klasifikace, která umožňuje, aby byli všichni zástupci této skupiny látek rozděleni do různých kategorií. To může být založeno na několika značkách.

Klasifikace polymerů

Pokud budeme vycházet z kvalitativního složení molekul, pak všechny zkoumané látky mohou být určeny ve třech skupinách.

1. Organické - to jsou ty, které zahrnují atomy uhlíku, vodíku, síry, kyslíku, fosforu, dusíku. To znamená, že ty prvky, které jsou biogenní. Příklady zahrnují hmotnost: polyethylen, polyvinylchlorid, polypropylen, viskóza, nylon, přírodní polymer - protein, nukleové kyseliny a tak dále.
2. Organo-organické - takové, které obsahují některé cizí anorganické a ne biogenní prvek. Nejčastěji jde o křemík, hliník nebo titan. Příklady takových makromolekul jsou: organické sklo, skleněné polymery, kompozitní materiály.
3. Anorganické - v srdci řetězce jsou atomy křemíku, nikoli uhlík. Radikály mohou být také součástí postranních větví. Byly objeveny jen nedávno, v polovině 20. století. Používá se v lékařství, stavebnictví, strojírenství a jiném průmyslu. Příklady: silikon, cinnabar.

Pokud rozdělíme polymery podle jejich původu, můžeme rozlišovat tři skupiny z nich.

1. Přírodní polymery, jejichž použití bylo od doby dávno rozšířeno. Jedná se o takové makromolekuly, pro jejichž vytvoření člověk nevynaložil žádné úsilí. Jsou produktem reakcí samotné přírody. Příklady: hedvábí, vlna, bílkovina, nukleové kyseliny, škrob, celulóza, kůže, bavlna a další.
2. Umělé. Jsou to makromolekuly, které jsou vytvořeny lidmi, ale založené na přirozených analogích. To znamená, že vlastnosti již existujícího přírodního polymeru se jednoduše zlepšují a mění. Příklady: umělé pryž, pryž.
3. Syntetické - to jsou polymery, při jejichž tvorbě se účastní pouze člověk. Pro ně neexistují žádné přirozené analogy. Vědci vyvíjejí metody syntézy nových materiálů, které by byly charakterizovány lepšími technickými vlastnostmi. Tak se rodí syntetické polymerní sloučeniny různých druhů. Příklady: polyethylen, polypropylen, viskóza, acetátové vlákno a tak dále.

Existuje ještě jeden prvek, který je základem pro oddělení látek, které jsou zvažovány, do skupin. To je reaktivita a tepelná stabilita. V tomto parametru existují dvě kategorie:

• termoplast;
• termosetové.

Nejstarší, důležité a zvláště cenné je stále přirozený polymer. Jeho vlastnosti jsou jedinečné. Proto budeme zvažovat tuto kategorii makromolekul.

Která látka je přírodní polymer?

Chcete-li odpovědět na tuto otázku, nejprve se rozhlédněte kolem sebe. Co nás obklopuje? Živé organismy kolem nás, které krmí, dýchají, rozmnožují, kvete a dávají ovoce a semena. A co jsou to z molekulárního hlediska? Toto jsou například:

• proteiny;
• nukleové kyseliny;
• polysacharidy.

Takže přírodní polymer je každá z výše uvedených sloučenin. Tak se ukazuje, že život kolem nás existuje jen kvůli přítomnosti těchto molekul. Od dávných dob, lidé používali jíl, mixy a řešení pro posílení a budování domů, tkané příze, vlna, který se používá k vytvoření bavlněné oblečení, hedvábí, vlny a kůže zvířat. Přírodní organické polymery doprovázely člověka ve všech fázích jeho formování a vývoje a v mnoha ohledech mu pomohly dosáhnout výsledků, které máme dnes.

Příroda sama poskytla vše, aby zajistila, že životy lidí budou co nejpříjemnější. Časem byla objevena kaučuk a objasnily se její pozoruhodné vlastnosti. Muž se naučil užívat škrob pro potravinářské účely, v technické - celulóze. Přírodním polymerem je také kafr, který je také znám z dávných dob. Živice, proteiny, nukleové kyseliny jsou všechny příklady uvažovaných sloučenin.

Struktura přírodních polymerů

Ne všichni zástupci této třídy látek jsou uspořádáni shodně. Přírodní a syntetické polymery se tak mohou výrazně lišit. Jejich molekuly jsou orientovány tak, aby byly z hlediska energetiky nejvýnosnější a nejvýhodnější. Současně je mnoho přírodních druhů schopných otoku a jejich struktura se v procesu mění. Existuje několik nejběžnějších variant struktury řetězu:

• lineární;
• rozvětvený;
• stellate;
• byt;
• síťovina;
• páska;
• hřebenovitý.

Umělé a syntetické zástupce makromolekul mají velkou hmotnost, obrovský počet atomů. Jsou vytvořeny se specifikovanými vlastnostmi. Proto je jejich struktura zpočátku plánována člověkem. Přírodní polymery jsou nejčastěji buď lineární, nebo síťově strukturované.

Příklady přírodních makromolekul

Přírodní a umělé polymery jsou velmi blízko sebe. Koneckonců, první se stává základem pro jeho vytvoření. Příklady takových transformací jsou mnohé. Zde jsou některé z nich.

1. Běžný mléčně bílý plast je výrobek získaný zpracováním kyseliny dusičné z celulózy s přídavkem přírodního kafru. Polymerační reakce vede k tuhnutí výsledného polymeru a konverzi na požadovaný produkt. Změkčovadlo - kafr, umožňuje změkčit při zahřátí a změně jeho tvaru.
2. Acetátového hedvábí, měďnatého vláken, viskóza - jsou všechny příklady nití, vláken, které se získají na základě celulózy. Tkaniny z přírodní bavlny a lnu nejsou tak silné, nejsou lesklé, snadno se pokrčují. Ale umělé analogy jejich nedostatků jsou zbaveny, což činí jejich využití velmi atraktivní.
3. Umělé kameny, stavební materiály, směsi, koženka jsou také příklady polymerů získaných na základě přírodních surovin.

Látka, která je přírodním polymerem, může být použita ve své pravé podobě. Existuje mnoho takových příkladů:

• kalafuna;
• oranžová;
• škrob;
• amylopektin;
• celulóza;
• kožešina;
• vlna;
• bavlna;
• hedvábí;
• cement;
• jíl;
• vápno;
• proteiny;
• nukleové kyseliny a tak dále.

Je zřejmé, že třída sloučenin, která jsou u nás považována, je velmi početná, prakticky důležitá a smysluplná pro lidi. Nyní budeme podrobněji prozkoumat několik zástupců přírodních polymerů, které jsou v současné době velmi žádané.

Hedvábí a vlna

Vzorec přírodního hedvábného polymeru je složitý, protože jeho chemické složení je vyjádřeno následujícími složkami:

• fibroin;
• sericin;
• vosky;
• tuků.

Hlavní protein samotný je fibroin, obsahuje několik odrůd aminokyselin. Pokud reprezentujete jeho polypeptidový řetězec, vypadá to takto: (-NH-CH₂-CO-NH-CH (CH₃) -CO-NH-CH₂-CO-)_n. A to je jenom část. Představíme-li si, že na konstrukci prostřednictvím van der Waalsovy připojí ne méně složité sericinu proteinu molekuly, které jsou smíchány dohromady v jedné konformaci s voskem a tuků, je pochopitelné, proč je obtížné zobrazit vzorec přírodní hedvábí.

K dnešnímu dni je většina tohoto produktu dodávána Čínou, protože ve svých oblastech je přirozeným stanovištěm hlavního producenta - bource morušového. Dříve, od nejstarších dob, bylo přirozeně hodnoceno přírodní hedvábí. Pouze vznešení bohatí lidé si od něho mohli dovolit oblečení. Dnes mnoho vlastností této látky zanechává hodně žádoucí. Například, to silně magnetizuje a krčí, kromě toho, že na slunci ztrácí svůj lesk a ztmavne. Proto více v používání umělých derivátů založených na tom.

Vlna je také přírodní polymer, protože je produktem životně důležité činnosti pokožky a mazových žláz zvířat. Na základě tohoto bílkovinného výrobku se vyrábí pletené zboží, které je stejně jako hedvábí cenným materiálem.

Škrob

Přírodní polymerní škrob je produkt rostlinného života. Vyrábějí to v důsledku procesu fotosyntézy a akumulují se v různých částech těla. Jeho chemické složení:

• amylopektin;
• amylóza;
• alfa-glukóza.

Prostorová struktura škrobu je velmi rozvětvená, neuspořádaná. Díky amylopektinu obsaženému v kompozici je schopen bobtnat ve vodě a přeměnit se na tzv. Pastu. Toto koloidní roztok používaných ve strojírenství a průmyslu. Medicína, potravinářský průmysl, výroba tapetových lepidel jsou také oblasti použití této látky.

Mezi rostlinami obsahujícími maximální množství škrobu můžeme rozlišit:

• kukuřice;
• brambory;
• rýže;
• pšenice;
• kasava;
• ovsa;
• pohanka;
• banány;
• ciroku.

Na základě tohoto biopolymeru pečte chleba, připravte těstoviny, vařené želé, ovesné kaše a další potravinářské výrobky.

Celulóza

Z hlediska chemie je tato látka polymerem, jehož složení je vyjádřeno vzorcem (C_6.H₅O₅)._n. Monomerní řetězce řetězce je beta-glukosa. Hlavními místy pro uchování celulózy jsou buněčné stěny rostlin. Proto je dřevo cenným zdrojem této směsi.

Celulóza je přírodní polymer, který má lineární prostorovou strukturu. Používá se k výrobě následujících typů výrobků:

• výrobky z buničiny a papíru;
• Umělá kožešina;
• různé druhy umělých vláken;
• bavlna;
• plasty;
• bezdymový prášek;
• film a tak dále.

Je zřejmé, že jeho průmyslový význam je skvělý. Aby se tato sloučenina mohla používat při výrobě, měla by být nejprve extrahována z rostlin. Toto se provádí dlouhodobým vařením dřeva ve speciálních zařízeních. Další zpracování, stejně jako činidla používaná pro trávení, jsou různé. Existuje několik způsobů:

• sulfit;
• dusičnan;
• natron;
• sulfát.

Po tomto zpracování produkt stále obsahuje nečistoty. To je založeno na ligninu a hemicelulóze. Chcete-li je zbavit, je hmota zpracována chlorem nebo alkalickým činidlem.

V lidském těle neexistují takové biologické katalyzátory, které by tento komplexní biopolymer mohly rozdělit. Některá zvířata (býložravci) se ovšem přizpůsobili. Ve svém žaludku se některé bakterie usadí, což pro ně dělají. Na oplátku dostávají mikroorganismy energii pro život a životní prostředí. Tato forma symbiózy je pro obě strany mimořádně přínosná.

Guma

Jedná se o přírodní polymer, který má cennou ekonomickou hodnotu. Poprvé to popsal Robert Cook, který ho objevil v jednom z jeho cest. Stalo se tak. Po přistání na ostrově, na němž žili domorodci, kteří ho neznám, byl jim pohostinně přijat. Jeho pozornost přitahovaly místní děti, které hrály neobvyklý předmět. Toto sférické tělo se odtrhlo od podlahy a vyskočilo nahoru a pak se vrátilo.

Zeptal se místního obyvatelstva o tom, co dělalo tuto hračku, Cook zjistil, že šťáva jednoho ze stromů - Hevea - ztuhne. O hodně později se zjistilo, že jde o biopolymerovou gumu.

Chemická povaha této sloučeniny je známa - izopren, podrobená přirozenému polymerizaci. Gumový vzorec (C₅H_8.)._n. Jeho vlastnosti, kvůli kterým je tak vysoce ceněné, jsou následující:

• elasticita;
• odolnost proti opotřebení;
• elektrická izolace;
• odolnost vůči vodě.

Existují však nevýhody. V chladu se stává křehkou a křehkou a na teple lepkavá a lepkavá. Proto vznikla potřeba syntetizovat analogy umělé nebo syntetické báze. Dnes jsou kaučuky široce používány pro technické a průmyslové účely. Nejdůležitější produkty na nich založené:

• pryž;
• ebonity.

Amber

Je to přírodní polymer, protože ve své struktuře představuje pryskyřici, její fosilní formu. Prostorová struktura je rámcovitý amorfní polymer. Velmi hořlavý, můžete ho zapálit plamenem zápasu. Má luminiscenční vlastnosti. To je velmi důležitá a hodnotná kvalita, která se používá v klenotnictví. Bižuterie na bázi jantaru je velmi krásná a poptávka.

Kromě toho se tento biopolymer používá také pro léčebné účely. Vyrábí také brýle, laky pro různé povrchy.