Сторінка
1
Як вам відомо, натуральні волокна — бавовну, льон, вовнy, шовк — виробляють із природних волокнистих матеріалів. Природний полімер целюлоза також має волокнисту структуру, проте вона недостатньо впорядкована, щоб із неї можна було виробити нитки. З цією метою треба перебудувати структуру речовини. Це досягається хімічним шляхом: целюлозу, виділену з деревини, обробляють спеціальними речовинами, продукт розчиняють. У розчині полімерні молекули стають
більш рухливими, тепер з них можна формувати волокно (розчинник при цьому випаровується). Таким чином виготовляють штучні (ацетатне або віскозне) волокна, а з них — штучна (ацетатний або віскозний) шовк.
Волокна можна виробляти і синтетичним шляхом. Людо бавовна — полімерний матеріал, мономером якого є целюлозу то вовна і шовк — полімери білкової природи, молекули яких утворюються шляхом сполучення амінокислот. Як виявилося, подібну структуру має полімер амінокапронової кислоти складу H2N—(СН2)5—СООН. Загальна формула полімера:
|
• Складіть схему сполучення між собою трьох молекул амінокапронової кислоти за зразком, наведеним у § 13.
Волокно, вироблене з такого полімера, називається капроном. Воно міцне, не витирається, не вбирає вологу (через це швидко висихає), хоча й має деякі вади.
• Зважаючи на те, що це волокно білкової природи, зробіть припущення про його відношення до кислот, нагрівання. Дайте пояснення.
Целюлоза
Знаходження у природі. Фізичні властивості. Целюлоза, або 4 клітковина, входить до складу всіх рослин, утворюючи в них оболонки клітин. Звідси походить і її назва («целула» — клітина). Целюлоза надає рослинам потрібної міцності та еластичності і є немовби їх скелетом.
Волокна бавовни містять до 98 % целюлози; волокна льону й конопель теж в основному складаються з целюлози; у деревині вона становить близько 50%. Папір, бавовняні тканини — це вироби з целюлози. Особливо чистими зразками целюлози є вата з очищеної бавовни й фільтрувальний (непроклеєний) папір.
Виділена з природних матеріалів целюлоза — тверда волокниста речовина, яка не розчиняється ні у воді, ні в звичайних органічних розчинниках.
Будова целюлози. Целюлоза, як і крохмаль, є природним полімером. Виявилося, що ці речовини мають навіть однакові за складом структурні ланки, отже, і ту саму молекулярну формулу (С6Н10О5)„. Але тоді постає запитання: від чого ж залежить відмінність між властивостями цих двох, без сумніву, різних речовин?
Можна припустити, що макромолекули крохмалю і целюлози відрізняються кількістю структурних ланок або своєю структурою. Справді, значення п у целюлози звичайно більше, ніж у крохмалю: її середня відносна молекулярна маса досягає кількох мільйонів.
Але в основному целюлоза і крохмаль відрізняються структурою своїх молекул. Молекули крохмалю мають лінійну і розгалужену структуру, а молекули целюлози — тільки лінійну:
-С6НЮ05-С6Н1005-С6НІ005-С6НЮ05- .
Цим пояснюється утворення целюлозою таких волокнистих матеріалів, як бавовна, льон, коноплі тощо. У природних волоконцях макромолекули целюлози розміщуються в одному напрямі; вони, як говорять, орієнтовані вздовж осі волокна (мал. 50). Численні водневі зв'язки між гідроксильними групами, що виникають при цьому, зумовлюють високу механічну міцність цих волоконець. У процесі прядіння бавовни, льону вони сплітаються у довші й міцніші нитки. З целюлози деревини не прядуть ниток. Це пояснюється тим, що макромолекули в ній хоч і мають лінійну структуру, проте розміщені безладно, не орієнтовані в одному напрямі.
Здавалося б, відмінність у будові молекул крохмалю і целюлози незначна, але вона дуже впливає на властивості полімерів. Досить згадати, що крохмаль є важливим продуктом харчування, а целюлоза для цього не може використовуватися.
Хімічні властивості. З повсякденного життя відомо, що целюлоза добре горить. Під час горіння деревини без доступу повітря
відбувається термічний розклад целюлози. При цьому утворюються леткі органічні речовини, вода і деревне вугілля. Серед органічних продуктів розкладу деревини — метиловий спирт, оцтова кислота, ацетон.
Оскільки макромолекули целюлози складаються з ланок, дуже подібних до тих, які утворюють крохмаль, можна припустити, що вона гідролізується і що продуктом гідролізу її, як і крохмалю, є глюкоза. Розітремо у фарфоровій ступці клаптики фільтрувального паперу (целюлози), змочені концентрованою сірчаною кислотою. Розведемо утворену кашку водою, нейтралізуємо кислоту лугом і, як у випадку з крохмалем, випробуємо розчин на реакцію з гідроксидом міді (II). Утвориться оксид міді (І). Отже, у нашому досліді целюлоза гідролізувалася. Процес гідролізу, як у випадку з крохмалем, відбувається ступінчасто, поки, нарешті, не утвориться глюкоза.
Таким чином, сумарно гідроліз целюлози можна виразити тим самим рівнянням, що й гідроліз крохмалю:
Структурні ланки целюлози С6Н10О5, як і в крохмалі, містять по три гідроксильні групи. Іноді їх у формулі виділяють так:
Завдяки цим групам целюлоза може утворювати прості й складні ефіри.
Велике значення мають азотнокислі ефіри целюлози. Вони утворюються внаслідок дії на целюлозу азотної кислоти в присутності сірчаної кислоти. Залежно від концентрації азотної кислоти та інших умов у реакцію етерифікації вступають одна, дві або всі три гідроксильні групи кожної ланки молекули целюлози, наприклад:
Загальна властивість нітратів целюлози — їх надзвичайна горючість. Тринітрат целюлози, який ще називається піроксиліном,—дуже вибухова речовина. Він використовується для виробництва бездимного пороху.
Дуже важливі також оцтовокислі ефіри целюлози — діацетат і триацетат целюлози.
Діацетат і триацетат целюлози за зовнішнім виглядом схожі на целюлозу. З них виготовляють ацетатне волокно.
Застосування целюлози дуже різноманітне. Завдяки високій механічній міцності її в складі деревини використовують у будівництві. З неї виготовляють різні столярні вироби. Волокнисті матеріали (бавовна, льон, коноплі) ідуть для виготовлення ниток, тканин, канатів. Із виділеної з деревини і звільненої від супровідних речовин целюлози виробляють папір. У результаті гідролізу целюлози і бродіння глюкози, що утворюється при цьому, добувають етиловий спирт. З ефірів целюлози виготовляють нітролаки, кіноплівку, медичний колодій, штучне волокно.
1 2
Інші реферати на тему «Хімія»:
Негативний вплив нафти та нафтопродуктів
Шляхи забруднення гідрологічної сітки при добуванні нафти і газу і заходи по їх охороні (на прикладі прилуцького нафтопромислового району)
Оцінка процесу формування кисневого режиму заток Дніпра в районі Києва
Місце хімії серед природничих наук
Значення хімії у розв'язанні енергетичної проблеми