Polímer natural - fórmula i aplicació

2024 Autora: Angel Austin | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 05:19

La majoria dels materials de construcció, medicaments, teixits, articles per a la llar, envasos i consumibles actuals són polímers. Aquest és tot un grup de compostos que tenen trets distintius característiques. N'hi ha molts, però malgrat això, el nombre de polímers continua creixent. Després de tot, els químics sintètics descobreixen cada any més i més substàncies noves. Al mateix temps, va ser el polímer natural el que va tenir una importància especial en tot moment. Quines són aquestes molècules sorprenents? Quines són les seves propietats i quines són les característiques? Respondrem aquestes preguntes al llarg de l'article.

Polímers: característiques generals

Des del punt de vista de la química, es considera que un polímer és una molècula amb un pes molecular enorme: des de diversos milers fins a milions d'unitats. No obstant això, a més d'aquesta característica, hi ha moltes més per les quals les substàncies es poden classificar precisament com a polímers naturals i sintètics. Això és:

• unitats monomèriques que es repeteixen constantment que estan connectades mitjançant diferents interaccions;
• el grau de polimerasa (és a dir, el nombre de monòmers) hauria de ser molt alt, en cas contrari, el compost es considerarà un oligòmer;
• certa orientació espacial d'una macromolècula;
• un conjunt de propietats físiques i químiques importants que són exclusives d'aquest grup.

En general, una substància de naturalesa polimèrica és bastant fàcil de distingir de les altres. Només cal mirar la seva fórmula per entendre-la. Un exemple típic és el conegut polietilè, molt utilitzat en la vida quotidiana i la indústria. És el producte d'una reacció de polimerització en la qual entra l'etè o etilè d'hidrocarburs insaturats. La reacció en forma general s'escriu de la següent manera:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , on n és el grau de polimerització de les molècules, que mostra quantes unitats monomèriques s'inclouen en la seva composició.

També, com a exemple, es pot citar un polímer natural, que és conegut per tothom, és el midó. A més, l'amilopectina, la cel·lulosa, la proteïna del pollastre i moltes altres substàncies pertanyen a aquest grup de compostos.

Les reaccions que poden formar macromolècules són de dos tipus:

• polimerització;
• policondensació.

La diferència és que en el segon cas, els productes d'interacció són de baix pes molecular. L'estructura del polímer pot ser diferent, depèn dels àtoms que el formen. Sovint es troben formes lineals, però també hi ha malles tridimensionals, que són molt complexes.

Si parlem de les forces i les interaccions que mantenen juntes les unitats monòmeres, podem identificar-ne algunes de bàsiques:

• Van Der Waalsforça;
• enllaços químics (covalents, iònics);
• interacció electrostàtica.

Tots els polímers no es poden combinar en una mateixa categoria, ja que tenen una naturalesa, un mètode de formació i una funció completament diferents. Les seves propietats també difereixen. Per tant, hi ha una classificació que permet dividir tots els representants d'aquest grup de substàncies en diferents categories. Pot estar basat en diversos signes.

Classificació dels polímers

Si prenem com a base la composició qualitativa de les molècules, aleshores totes les substàncies considerades es poden dividir en tres grups.

1. Orgànic: són aquells que inclouen àtoms de carboni, hidrogen, sofre, oxigen, fòsfor i nitrogen. És a dir, aquells elements que són biogènics. Hi ha molts exemples: polietilè, clorur de polivinil, polipropilè, viscosa, niló, polímer natural: proteïnes, àcids nucleics, etc.
2. Elementalorgànic: aquells que inclouen algun element estrany inorgànic i no biogènic. Molt sovint és silici, alumini o titani. Exemples d'aquestes macromolècules: vidre orgànic, polímers de vidre, materials compostos.
3. Inorgànic: la cadena es basa en àtoms de silici, no carboni. Els radicals també poden formar part de les branques laterals. Van ser descoberts recentment, a mitjans del segle XX. S'utilitza en medicina, construcció, enginyeria i altres indústries. Exemples: silicona, cinabri.

Si separeu els polímers per origen, podeu fer-hoselecciona tres dels seus grups.

1. Polímers naturals, l'ús dels quals s'ha dut a terme àmpliament des de l'antiguitat. Aquestes són aquestes macromolècules, per a la creació de les quals una persona no va fer cap esforç. Són productes de les reaccions de la mateixa naturalesa. Exemples: seda, llana, proteïnes, àcids nucleics, midó, cel·lulosa, cuir, cotó, etc.
2. Artificial. Es tracta de macromolècules creades per l'home, però basades en anàlegs naturals. És a dir, simplement es milloren i es modifiquen les propietats d'un polímer natural ja existent. Exemples: cautxú artificial, goma.
3. Sintètics: són polímers en la creació dels quals només participa una persona. No hi ha anàlegs naturals per a ells. Els científics estan desenvolupant mètodes per a la síntesi de nous materials que haurien millorat les característiques tècniques. Així és com neixen compostos polimèrics sintètics de diversa mena. Exemples: polietilè, polipropilè, viscosa, fibra d'acetat, etc.

Hi ha una característica més que subjau a la divisió de les substàncies considerades en grups. Aquests són la reactivitat i l'estabilitat tèrmica. Hi ha dues categories per a aquest paràmetre:

• termoplàstic;
• termoset.

El més antic, important i especialment valuós segueix sent un polímer natural. Les seves propietats són úniques. Per tant, considerarem més aquesta categoria particular de macromolècules.

Quina substància és un polímer natural?

Per respondre aquesta pregunta, primer mirem al nostre voltant. Què ens envolta?Organismes vius que ens envolten que s'alimenten, respiren, es reprodueixen, floreixen i produeixen fruits i llavors. I què representen des del punt de vista molecular? Aquestes són connexions com:

• proteïnes;
• àcids nucleics;
• polisacàrids.

Per tant, cadascun d'aquests compostos és un polímer natural. Així, resulta que la vida al nostre voltant existeix només per la presència d'aquestes molècules. Des de l'antiguitat, la gent ha utilitzat l'argila, les barreges de construcció i els morters per enfortir i crear una llar, teixir fil de llana i utilitzar cotó, seda, llana i pell d'animals per crear roba. Els polímers orgànics naturals van acompanyar l'home en totes les etapes de la seva formació i desenvolupament i de moltes maneres l'han ajudat a aconseguir els resultats que tenim avui.

La mateixa natura ho va donar tot perquè la vida de la gent fos el més còmoda possible. Amb el temps, es va descobrir el cautxú, es van aclarir les seves propietats notables. L'home ha après a utilitzar el midó amb finalitats alimentaries i la cel·lulosa amb finalitats tècniques. La càmfora també és un polímer natural, que també es coneix des de l'antiguitat. Resines, proteïnes i àcids nucleics són tots exemples de compostos en consideració.

Estructura de polímers naturals

No tots els representants d'aquesta classe de substàncies tenen la mateixa estructura. Així, els polímers naturals i sintètics poden diferir significativament. Les seves molècules estan orientades de tal manera que és més beneficiós i convenient existir des del punt de vista energètic. Al mateix temps, moltes espècies naturals poden inflar-se i la seva estructura canvia en el procés. Hi ha diverses variants més comunes de l'estructura de la cadena:

• lineal;
• ramificat;
• en forma d'estrella;
• pla;
• malla;
• cinta;
• en forma de pinta.

Els representants artificials i sintètics de les macromolècules tenen una massa molt gran, un gran nombre d'àtoms. Es creen amb propietats especialment especificades. Per tant, la seva estructura va ser originalment planificada per l'home. Els polímers naturals solen tenir una estructura lineal o reticulada.

Exemples de macromolècules naturals

Els polímers naturals i artificials estan molt a prop els uns dels altres. Després de tot, el primer es converteix en la base per a la creació del segon. Hi ha molts exemples d'aquestes transformacions. Aquests són alguns d'ells.

1. El plàstic ordinari de color blanc lletós és un producte que s'obté mitjançant el tractament de la cel·lulosa amb àcid nítric amb l'addició de càmfora natural. La reacció de polimerització fa que el polímer resultant es solidifiqui i es converteixi en el producte desitjat. I el plastificant, la càmfora, fa que es pugui suavitzar quan s'escalfa i canviar la seva forma.
2. Acetat de seda, fibra de coure-amoníac, viscosa són tots exemples d'aquells fils, fibres que s'obtenen de la cel·lulosa. Els teixits fets de cotó i lli naturals no són tan duradors, no són brillants, s'arruga fàcilment. Però els seus anàlegs artificials estan desproveïts d'aquestes mancances, la qual cosa fa que el seu ús sigui molt atractiu.
3. Les pedres artificials, materials de construcció, mescles, substituts de cuir sónVegeu també exemples de polímers derivats de matèries primeres naturals.

La substància, que és un polímer natural, també es pot utilitzar en la seva forma real. També hi ha molts exemples d'aquest tipus:

• colofonia;
• ambre;
• midó;
• amilopectina;
• cel·lulosa;
• pell;
• lana;
• cotó;
• seda;
• ciment;
• argila;
• lime;
• proteïnes;
• àcids nucleics i així successivament.

Òbviament, la classe de compostos que estem considerant és molt nombrosa, pràcticament important i significativa per a les persones. Ara fem una ullada més de prop a diversos representants dels polímers naturals, que tenen una gran demanda en l'actualitat.

Seda i llana

La fórmula del polímer de seda natural és complexa, perquè la seva composició química s'expressa amb els components següents:

• fibroïna;
• sericin;
• ceras;
• greixos.

La proteïna principal en si, la fibroïna, conté diversos tipus d'aminoàcids. Si us imagineu la seva cadena polipeptídica, tindrà un aspecte semblant a això: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. I això només n'és una part. Si ens imaginem que una molècula de proteïna de sericina igualment complexa s'uneix a aquesta estructura amb l'ajuda de les forces de van der Waals, i juntes es barregen en una sola conformació amb cera i greixos, és clar per què és difícil representar la fórmula. de seda natural.

Per avuiAvui en dia, la major part d'aquest producte és subministrat per la Xina, perquè als seus espais oberts hi ha un hàbitat natural per al productor principal: el cuc de seda. Anteriorment, des dels temps més antics, la seda natural era molt valorada. Només els nobles i rics podien permetre's la roba. Avui dia, moltes característiques d'aquest teixit deixen molt a desitjar. Per exemple, està molt magnetitzat i arrugat, a més, perd la seva brillantor i s'esvaeix per l'exposició al sol. Per tant, els derivats artificials basats en ell s'utilitzen més.

La llana també és un polímer natural, ja que és un residu de la pell i les glàndules sebàcies dels animals. A partir d'aquest producte proteic es fabriquen peces de punt que, com la seda, són un material valuós.

Midó

El midó de polímer natural és un producte de rebuig de les plantes. El produeixen com a resultat del procés de la fotosíntesi i s'acumulen en diferents parts del cos. La seva composició química:

• amilopectina;
• amilosa;
• alfa-glucosa.

L'estructura espacial del midó és molt ramificada, desordenada. Gràcies a l'amilopectina inclosa a la composició, és capaç d'inflar-se a l'aigua, convertint-se en l'anomenada pasta. Aquesta solució col·loïdal s'utilitza en enginyeria i indústria. La medicina, la indústria alimentària, la fabricació d'adhesius de paper pintat també són àrees d'ús d'aquesta substància.

Entre les plantes que contenen la màxima quantitat de midó, podem distingir:

• blat de moro;
• patata;
• arròs;
• blat;
• cassava;
• avena;
• blat sarraí;
• plàtans;
• sorgo.

A partir d'aquest biopolímer, es cou el pa, es fa pasta, es couen petons, cereals i altres productes alimentaris.

Pulp

Des del punt de vista de la química, aquesta substància és un polímer, la composició del qual s'expressa mitjançant la fórmula (C₆H_{5 O} 5_{) . L'enllaç monomèric de la cadena és la beta-glucosa. Els llocs principals de contingut de cel·lulosa són les parets cel·lulars de les plantes. És per això que la fusta és una font valuosa d'aquest compost.}

La cel·lulosa és un polímer natural que té una estructura espacial lineal. S'utilitza per produir els següents tipus de productes:

• productes de pasta i paper;
• pell sintètica;
• diferents tipus de fibres artificials;
• cotó;
• plàstics;
• pols sense fum;
• tires de pel·lícula i així successivament.

Òbviament, la seva importància industrial és gran. Perquè un determinat compost s'utilitzi en la producció, primer s'ha d'extreure de les plantes. Això es fa mitjançant la cocció a llarg termini de la fusta en dispositius especials. El processament posterior, així com els reactius utilitzats per a la digestió, varien. Hi ha diverses maneres:

• sulfit;
• nitrat;
• sodi;
• sulfat.

Després d'aquest tractament, el producte encara contéimpureses. Es basa en lignina i hemicel·lulosa. Per desfer-se'n, la massa es tracta amb clor o àlcali.

Al cos humà no hi ha aquests catalitzadors biològics que puguin descompondre aquest complex biopolímer. Tanmateix, alguns animals (herbívors) s'hi han adaptat. Tenen certs bacteris a l'estómac que ho fan per ells. A canvi, els microorganismes reben energia per a la vida i l'hàbitat. Aquesta forma de simbiosi és extremadament beneficiosa per a ambdues parts.

Goma

Aquest és un polímer natural de valuosa importància econòmica. Va ser descrit per primera vegada per Robert Cook, que el va descobrir en un dels seus viatges. Va passar així. Després d'haver desembarcat a una illa habitada per nadius desconeguts per ell, va ser rebut per ells amb hospitalitat. La seva atenció va ser atreta pels nens locals que jugaven amb un objecte inusual. Aquest cos esfèric va disparar del terra i va rebotar molt amunt i després va tornar.

En preguntar a la població local sobre de què estava feta aquesta joguina, Cook va saber que el suc d'un dels arbres, l'hevea, s'endureix d'aquesta manera. Molt més tard es va descobrir que aquest és el biopolímer de cautxú.

La naturalesa química d'aquest compost és coneguda: és l'isoprè que ha patit una polimerització natural. La fórmula de goma és (С₅Н₈) . Les seves propietats que la fan tan altament considerada són les següents:

• elasticitat;
• resistent al desgast;
• aïllament elèctric;
• resistent a l'aigua.

No obstant això, també hi ha desavantatges. Al fred, es torna trencadís i trencadís, i a la calor, es torna enganxós i viscós. Per això es va fer necessari sintetitzar anàlegs d'una base artificial o sintètica. Avui dia, els cautxús s'utilitzen àmpliament amb finalitats tècniques i industrials. Els productes més importants basats en ells:

• gomes;
• ebonites.

Ambre

És un polímer natural, perquè en la seva estructura és una resina, la seva forma fòssil. L'estructura espacial és un polímer amorf de marc. És molt inflamable i es pot encendre amb una flama de llumins. Té propietats de luminescència. Aquesta és una qualitat molt important i valuosa que s'utilitza en joieria. Les joies a base d'ambre són molt boniques i molt demandades.

A més, aquest biopolímer també s'utilitza amb finalitats mèdiques. També s'utilitza per fer paper de vidre, recobriments de vernís per a diverses superfícies.