Doğal polimer - formül ve uygulama

2024 Yazar: Angel Austin | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 05:44

Günümüzün yapı malzemelerinin, ilaçların, kumaşların, ev eşyalarının, ambalajların ve sarf malzemelerinin çoğu polimerdir. Bu, karakteristik ayırt edici özelliklere sahip bütün bir bileşik grubudur. Birçoğu var, ancak buna rağmen polimerlerin sayısı artmaya devam ediyor. Sonuçta, sentetik kimyagerler her yıl daha fazla yeni madde keşfediyor. Aynı zamanda, her zaman özel bir öneme sahip olan doğal polimerdi. Bu harika moleküller nelerdir? Özellikleri nelerdir ve özellikleri nelerdir? Bu soruları yazı boyunca cevaplayacağız.

Polimerler: genel özellikler

Kimya açısından, bir polimer, birkaç bin ila milyonlarca birime kadar büyük bir moleküler ağırlığa sahip bir molekül olarak kabul edilir. Bununla birlikte, bu özelliğe ek olarak, maddelerin tam olarak doğal ve sentetik polimerler olarak sınıflandırılabileceği birkaç tane daha vardır. Bu:

• farklı etkileşimlerle bağlanan monomerik birimlerin sürekli olarak tekrarlanması;
• polimerazın derecesi (yani monomerlerin sayısı) çok fazla olmalıdır.yüksek, aksi takdirde bileşik bir oligomer olarak kabul edilecektir;
• bir makromolekülün belirli uzaysal yönelimi;
• bu gruba özgü bir dizi önemli fiziksel ve kimyasal özellik.

Genel olarak, polimerik yapıya sahip bir maddenin diğerlerinden ayırt edilmesi oldukça kolaydır. Bunu anlamak için formülüne bakmak yeterlidir. Tipik bir örnek, günlük yaşamda ve endüstride yaygın olarak kullanılan iyi bilinen polietilendir. Doymamış hidrokarbon eten veya etilenin girdiği bir polimerizasyon reaksiyonunun ürünüdür. Reaksiyon genel olarak şu şekilde yazılır:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , nerede n, bileşiminde kaç tane monomerik birimin bulunduğunu gösteren moleküllerin polimerizasyon derecesidir.

Ayrıca, örnek olarak, herkes tarafından iyi bilinen doğal bir polimerden bahsedilebilir, bu nişastadır. Ayrıca amilopektin, selüloz, tavuk proteini ve daha birçok madde bu bileşik grubuna dahildir.

Makromolekül oluşturabilen reaksiyonlar iki tiptir:

• polimerizasyon;
• polikondenzasyon.

Fark, ikinci durumda etkileşim ürünlerinin düşük moleküler ağırlıklı olmasıdır. Polimerin yapısı farklı olabilir, onu oluşturan atomlara bağlıdır. Doğrusal formlar sıklıkla bulunur, ancak çok karmaşık olan üç boyutlu ağlar da vardır.

Eğer monomer birimlerini bir arada tutan kuvvetler ve etkileşimler hakkında konuşursak, o zaman birkaç temel birimi tanımlayabiliriz:

• Van Der Waalsgüç;
• kimyasal bağlar (kovalent, iyonik);
• elektrostatik etkileşim.

Tüm polimerler, tamamen farklı bir yapıya, oluşum yöntemine sahip oldukları ve farklı işlevleri yerine getirdikleri için tek bir kategoride birleştirilemez. Özellikleri de farklıdır. Bu nedenle, bu madde grubunun tüm temsilcilerini farklı kategorilere ayırmanıza izin veren bir sınıflandırma vardır. Birkaç işarete dayanabilir.

Polimerlerin sınıflandırılması

Moleküllerin kalitatif bileşimini temel alırsak, söz konusu tüm maddeler üç gruba ayrılabilir.

1. Organik - bunlar karbon, hidrojen, kükürt, oksijen, fosfor, azot atomlarını içerenlerdir. Yani, biyojenik olan elementler. Pek çok örnek var: polietilen, polivinil klorür, polipropilen, viskon, naylon, doğal polimer - protein, nükleik asitler vb.
2. Elementalorganik - bazı yabancı inorganik ve biyojenik olmayan elementler içerenler. Çoğu zaman silikon, alüminyum veya titanyumdur. Bu tür makromoleküllerin örnekleri: organik cam, cam polimerler, kompozit malzemeler.
3. İnorganik - zincir, karbon değil silikon atomlarına dayanır. Radikaller ayrıca yan dalların bir parçası olabilir. Oldukça yakın bir zamanda, 20. yüzyılın ortalarında keşfedildiler. Tıp, inşaat, mühendislik ve diğer endüstrilerde kullanılır. Örnekler: silikon, zinober.

Polimerleri kökenlerine göre ayırırsanız,gruplarından üçünü seç.

1. Antik çağlardan beri kullanımı yaygın olarak yapılan doğal polimerler. Bunlar, yaratılması için bir kişinin çaba göstermediği makromoleküllerdir. Onlar doğanın kendi tepkilerinin ürünleridir. Örnekler: ipek, yün, protein, nükleik asitler, nişasta, selüloz, deri, pamuk vb.
2. Yapay. Bunlar, insan tarafından yaratılan, ancak doğal analoglara dayanan makromoleküllerdir. Yani, halihazırda var olan bir doğal polimerin özellikleri basitçe geliştirilir ve değiştirilir. Örnekler: suni kauçuk, kauçuk.
3. Sentetik - bunlar, yaratılmasında yalnızca bir kişinin katıldığı polimerlerdir. Onlar için doğal analoglar yoktur. Bilim adamları, gelişmiş teknik özelliklere sahip olacak yeni malzemelerin sentezi için yöntemler geliştiriyorlar. Çeşitli türden sentetik polimer bileşikleri bu şekilde doğar. Örnekler: polietilen, polipropilen, viskon, asetat elyaf, vb.

Değerlendirilen maddelerin gruplara ayrılmasının altında yatan bir özellik daha vardır. Bunlar reaktivite ve termal kararlılıktır. Bu parametre için iki kategori vardır:

• termoplastik;
• termoset.

En eski, önemli ve özellikle değerli olanı hala doğal bir polimerdir. Özellikleri benzersizdir. Bu nedenle, bu belirli makromolekül kategorisini daha fazla ele alacağız.

Hangi madde doğal bir polimerdir?

Bu soruyu yanıtlamak için önce etrafımıza bakalım. Bizi çevreleyen nedir?Etrafımızda beslenen, nefes alan, çoğalan, çiçek açan, meyve ve tohum üreten canlı organizmalar. Ve moleküler bir bakış açısından neyi temsil ediyorlar? Bunlar şuna benzer bağlantılar:

• proteinler;
• nükleik asitler;
• polisakkaritler.

Yani, bu bileşiklerin her biri doğal bir polimerdir. Böylece çevremizdeki yaşamın sadece bu moleküllerin varlığı sayesinde var olduğu ortaya çıkıyor. Antik çağlardan beri insanlar bir evi güçlendirmek ve oluşturmak için kil, bina karışımları ve harçlar kullandılar, yünden iplik ördüler ve giysiler oluşturmak için pamuk, ipek, yün ve hayvan derisini kullandılar. Doğal organik polimerler, oluşumunun ve gelişiminin tüm aşamalarında insana eşlik etti ve birçok yönden bugün sahip olduğumuz sonuçlara ulaşmasına yardımcı oldu.

Doğa, insanların hayatlarını olabildiğince konforlu hale getirmek için her şeyi verdi. Zamanla kauçuk keşfedildi, dikkat çekici özellikleri netleşti. İnsan, nişastayı gıda amaçlı, selülozu ise teknik amaçlar için kullanmayı öğrenmiştir. Kafur aynı zamanda eski çağlardan beri bilinen doğal bir polimerdir. Reçineler, proteinler, nükleik asitlerin tümü, söz konusu bileşiklerin örnekleridir.

Doğal polimerlerin yapısı

Bu madde sınıfının tüm temsilcileri aynı yapıya sahip değildir. Bu nedenle, doğal ve sentetik polimerler önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Molekülleri, enerji açısından var olmanın en faydalı ve uygun olduğu şekilde yönlendirilir. Aynı zamanda birçok doğal tür de bu süreçte şişebilmekte ve yapıları değişmektedir. Zincir yapısının en yaygın birkaç çeşidi vardır:

• doğrusal;
• dallı;
• yıldız şeklinde;
• düz;
• ağ;
• kaset;
• tarak şeklinde.

Makromoleküllerin yapay ve sentetik temsilcileri çok büyük bir kütleye, çok sayıda atoma sahiptir. Özel olarak belirlenmiş özelliklerle oluşturulurlar. Bu nedenle, yapıları başlangıçta insan tarafından planlandı. Doğal polimerler çoğunlukla ya doğrusal ya da ağsı yapıdadır.

Doğal makromolekül örnekleri

Doğal ve yapay polimerler birbirine çok yakındır. Sonuçta, birincisi, ikincisinin yaratılmasının temeli haline gelir. Bu tür dönüşümlerin birçok örneği vardır. İşte onlardan bazıları.

1. Sıradan süt beyazı plastik, doğal kafur ilavesiyle selülozun nitrik asitle işlenmesiyle elde edilen bir üründür. Polimerizasyon reaksiyonu, elde edilen polimerin katılaşmasına ve istenen ürün haline gelmesine neden olur. Ve plastikleştirici - kafur, ısıtıldığında yumuşamasını ve şeklini değiştirmesini sağlar.
2. Asetat ipek, bakır-amonyak lifi, viskon, selülozdan elde edilen liflerin tüm örnekleridir. Doğal pamuk ve ketenden yapılan kumaşlar çok dayanıklı değil, parlak değil, kolayca kırışıyor. Ancak bunların yapay analogları bu eksikliklerden yoksundur, bu da kullanımlarını çok çekici kılmaktadır.
3. Yapay taşlar, yapı malzemeleri, karışımlar, deri ikameleriAyrıca doğal ham maddelerden türetilen polimer örneklerine bakın.

Doğal bir polimer olan madde gerçek haliyle de kullanılabilir. Bunun gibi birçok örnek de var:

• rosin;
• kehribar;
• nişasta;
• amilopektin;
• selüloz;
• kürk;
• yün;
• pamuk;
• ipek;
• çimento;
• kil;
• kireç;
• proteinler;
• nükleik asitler vb.

Açıkçası, düşündüğümüz bileşiklerin sınıfı çoktur, pratik olarak önemli ve insanlar için önemlidir. Şimdi, günümüzde büyük talep gören doğal polimerlerin birkaç temsilcisine daha yakından bakalım.

İpek ve yün

Doğal ipek polimerinin formülü karmaşıktır, çünkü kimyasal bileşimi aşağıdaki bileşenlerle ifade edilir:

• fibroin;
• sericin;
• mumlar;
• yağlar.

Ana proteinin kendisi olan fibroin, birkaç çeşit amino asit içerir. Polipeptit zincirini hayal ederseniz, şöyle görünecektir: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Ve bu sadece bir kısmı. Van der Waals kuvvetlerinin yardımıyla bu yapıya eşit derecede karmaşık bir serisin protein molekülünün bağlandığını ve bunların birlikte mum ve yağlarla tek bir konformasyonda karıştırıldığını hayal edersek, formülü tasvir etmenin neden zor olduğu açıktır. doğal ipekten.

Bugün içinBugün, bu ürünün çoğu Çin tarafından tedarik ediliyor, çünkü açık alanlarında ana üretici olan ipekböceği için doğal bir yaşam alanı var. Önceleri, en eski çağlardan başlayarak, doğal ipeğe çok değer verilirdi. Sadece asil, zengin insanlar ondan kıyafet alabilirdi. Bugün, bu kumaşın birçok özelliği arzulanan çok şey bırakıyor. Örneğin, yüksek derecede manyetize ve buruşuktur, ayrıca parlaklığını kaybeder ve güneşe maruz kaldığında rengi solar. Bu nedenle, buna dayalı yapay türevler daha çok kullanılmaktadır.

Yün aynı zamanda doğal bir polimerdir, çünkü hayvanların deri ve yağ bezlerinin atık ürünüdür. Bu protein ürününe dayanarak, ipek gibi değerli bir malzeme olan triko yapılır.

Nişasta

Doğal polimer nişasta, bitkilerin atık ürünüdür. Fotosentez sürecinin bir sonucu olarak üretirler ve vücudun farklı bölgelerinde birikirler. Kimyasal bileşimi:

• amilopektin;
• amiloz;
• alfa-glikoz.

Nişastanın uzaysal yapısı çok dallıdır, düzensizdir. Bileşime dahil edilen amilopektin sayesinde suda şişerek macun adı verilen bir şeye dönüşebilir. Bu kolloidal çözelti mühendislik ve endüstride kullanılmaktadır. Tıp, gıda endüstrisi, duvar kağıdı yapıştırıcılarının imalatı da bu maddenin kullanım alanlarıdır.

Maksimum miktarda nişasta içeren bitkiler arasında şunları ayırt edebiliriz:

• mısır;
• patates;
• pirinç;
• buğday;
• manyok;
• yulaf;
• karabuğday;
• muz;
• sorgum.

Bu biyopolimer temel alınarak ekmek pişirilir, makarna yapılır, jöleler, tahıl gevrekleri ve diğer gıda ürünleri pişirilir.

Pulp

Kimya açısından, bu madde, bileşimi formülle ifade edilen bir polimerdir (C₆H_{5 O} 5_{) . Zincirdeki monomerik bağlantı beta-glukozdur. Selüloz içeriğinin ana bölgeleri bitkilerin hücre duvarlarıdır. Bu nedenle ahşap bu bileşiğin değerli bir kaynağıdır.}

Selüloz, doğrusal bir uzaysal yapıya sahip doğal bir polimerdir. Aşağıdaki ürün türlerini üretmek için kullanılır:

• kağıt hamuru ve kağıt ürünleri;
• sahte kürk;
• farklı yapay lif türleri;
• pamuk;
• plastik;
• dumansız toz;
• film şeritleri vb.

Açıkçası, endüstriyel önemi harika. Belirli bir bileşiğin üretimde kullanılabilmesi için önce bitkilerden ekstrakte edilmesi gerekir. Bu, ahşabın özel cihazlarda uzun süreli pişirilmesiyle yapılır. Daha ileri işlemler ve ayrıca sindirim için kullanılan reaktifler değişiklik gösterir. Birkaç yolu vardır:

• sülfit;
• nitrat;
• sodyum;
• sülfat.

Bu tedaviden sonra ürün hala şunları içerir:kirlilikler. Lignin ve hemiselüloz bazlıdır. Onlardan kurtulmak için kütle klor veya alkali ile muamele edilir.

İnsan vücudunda bu karmaşık biyopolimeri parçalayabilecek böyle biyolojik katalizörler yoktur. Ancak bazı hayvanlar (otoburlar) buna uyum sağlamıştır. Midelerinde bunu onlar için yapan bazı bakteriler var. Buna karşılık, mikroorganizmalar yaşam ve habitat için enerji alırlar. Bu ortak yaşam biçimi her iki taraf için de son derece faydalıdır.

Kauçuk

Bu değerli ekonomik öneme sahip doğal bir polimerdir. İlk kez seyahatlerinden birinde keşfeden Robert Cook tarafından tanımlandı. Bu böyle oldu. Tanımadığı yerlilerin yaşadığı bir adaya indiğinde, onlar tarafından misafirperver bir şekilde karşılandı. Alışılmadık bir nesneyle oynayan yerel çocuklar dikkatini çekti. Bu küresel gövde yerden fırladı ve yukarı zıpladı, sonra geri döndü.

Yerel halka bu oyuncağın neyden yapıldığını soran Cook, ağaçlardan birinin suyunun, hevea'nın bu şekilde sertleştiğini öğrendi. Çok sonra bunun kauçuk biyopolimer olduğu anlaşıldı.

Bu bileşiğin kimyasal yapısı bilinmektedir - doğal polimerizasyona uğramış izoprendir. Kauçuk formülü (С₅Н₈) şeklindedir. Onu bu kadar saygın kılan özellikleri şunlardır:

• esneklik;
• aşınmaya dayanıklı;
• elektrik yalıtımı;
• suya dayanıklı.

Ancak, dezavantajları da vardır. Soğukta kırılgan ve kırılgan hale gelir ve sıcakta yapışkan ve viskoz hale gelir. Bu nedenle yapay veya sentetik bir bazın analoglarını sentezlemek gerekli hale geldi. Günümüzde kauçuklar teknik ve endüstriyel amaçlarla yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunları temel alan en önemli ürünler:

• kauçuklar;
• ebonitler.

Amber

Doğal bir polimerdir, çünkü yapısında reçinedir, fosil formudur. Uzamsal yapı, çerçeve amorf bir polimerdir. Çok yanıcıdır ve kibrit alevi ile tutuşabilir. Lüminesans özelliklerine sahiptir. Bu takılarda kullanılan çok önemli ve değerli bir kalitedir. Kehribar bazlı takılar çok güzel ve rağbet görüyor.

Ayrıca bu biyopolimer tıbbi amaçlar için de kullanılmaktadır. Ayrıca çeşitli yüzeyler için zımpara, vernik kaplama yapmak için kullanılır.