Kas ir izgatavots no celulozes. Kādas ir celulozes ķīmiskās un fizikālās īpašības. Acetāta šķiedras raksturīgās iezīmes
Dzīves laikā mūs ieskauj milzīgs skaits objektu - kartona kastes, ofseta papīrs, plastmasas maisiņi, viskozes apģērbi, bambusa dvieļi un daudz kas cits. Bet daži cilvēki zina, ka celuloze tiek aktīvi izmantota to ražošanā. Kas ir šī patiesi maģiskā viela, bez kuras nevar iztikt gandrīz neviens mūsdienu rūpniecības uzņēmums? Šajā rakstā mēs runāsim par celulozes īpašībām, tās pielietojumu dažādās jomās, kā arī par to, no kā tā tiek iegūta un kāda ir tās ķīmiskā formula. Sāksim, iespējams, no sākuma.
Vielu noteikšana
Celulozes formulu atklāja franču ķīmiķis Anselms Pajens, veicot eksperimentus par koksnes sadalīšanu tā sastāvdaļās. Pēc apstrādes ar slāpekļskābi zinātnieks atklāja, ka ķīmiskās reakcijas laikā veidojas kokvilnai līdzīga šķiedraina viela. Pēc rūpīgas Payen iegūtā materiāla analīzes tika iegūta celulozes ķīmiskā formula - C 6 H 10 O 5 . Procesa apraksts tika publicēts 1838. gadā, un viela saņēma savu zinātnisko nosaukumu 1839. gadā.
dabas dāvanas
Tagad ir droši zināms, ka gandrīz visas augu un dzīvnieku mīkstās daļas satur zināmu daudzumu celulozes. Piemēram, augiem šī viela ir nepieciešama normālai augšanai un attīstībai vai, drīzāk, jaunizveidotu šūnu čaumalu veidošanai. Sastāvs attiecas uz polisaharīdiem.
Rūpniecībā dabisko celulozi parasti iegūst no skuju un lapu kokiem - sausā koksnē ir līdz 60% šīs vielas, kā arī apstrādājot kokvilnas atkritumus, kas satur aptuveni 90% celulozes.
Ir zināms, ka, ja koksni karsē vakuumā, tas ir, bez gaisa piekļuves, notiks celulozes termiskā sadalīšanās, kuras dēļ veidojas acetons, metilspirts, ūdens, etiķskābe un kokogles.
Neskatoties uz planētas bagāto floru, ar mežiem vairs nepietiek, lai ražotu rūpniecībai nepieciešamo ķīmisko šķiedru daudzumu – celulozes izmantošana ir pārāk plaša. Tāpēc to arvien vairāk iegūst no salmiem, niedrēm, kukurūzas kātiem, bambusa un niedrēm.
Sintētisko celulozi iegūst no akmeņoglēm, naftas, dabasgāzes un slānekļa, izmantojot dažādus tehnoloģiskos procesus.
No meža līdz darbnīcām
Apskatīsim tehniskās celulozes ieguvi no koksnes – tas ir sarežģīts, interesants un ilgstošs process. Vispirms koksni nogādā ražošanā, sazāģē lielos lauskas un noņem mizu.
Pēc tam notīrītos batoniņus pārstrādā čipsos un šķiro, pēc tam vāra sārmā. Šādi iegūto mīkstumu atdala no sārma, pēc tam žāvē, sagriež un iepako nosūtīšanai.
Ķīmija un fizika
Kādi ķīmiskie un fizikālie noslēpumi slēpjas celulozes īpašībās, izņemot to, ka tā ir polisaharīds? Pirmkārt, šī viela balta krāsa. Tas viegli uzliesmo un labi deg. Tas šķīst kompleksos ūdens savienojumos ar noteiktu metālu hidroksīdiem (varš, niķelis), ar amīniem, kā arī sērskābē un fosforskābē, koncentrētā cinka hlorīda šķīdumā.
Celuloze nešķīst pieejamajos sadzīves šķīdinātājos un parastajā ūdenī. Tas ir tāpēc, ka šīs vielas garās pavedienveida molekulas ir savienotas sava veida saišķos un ir paralēlas viena otrai. Turklāt visa šī "konstrukcija" ir pastiprināta ar ūdeņraža saitēm, tāpēc vāja šķīdinātāja vai ūdens molekulas vienkārši nevar iekļūt un iznīcināt šo stipro pinumu.
Plānākie pavedieni, kuru garums svārstās no 3 līdz 35 milimetriem, savienoti saišķos - šādi shematiski var attēlot celulozes struktūru. Garās šķiedras izmanto tekstilrūpniecībā, īsās šķiedras, piemēram, papīra un kartona ražošanā.
Celuloze nekūst un nepārvēršas tvaikā, tomēr, karsējot virs 150 grādiem pēc Celsija, tā sāk sadalīties, izdalot mazmolekulārus savienojumus - ūdeņradi, metānu un oglekļa monoksīdu (oglekļa monoksīdu). Pie 350 o C un augstākas temperatūras celuloze pārogļojas.
Mainiet uz labo pusi
Šādi celuloze ir aprakstīta ķīmiskajos simbolos, kuru strukturālā formula skaidri parāda garas ķēdes polimēra molekulu, kas sastāv no atkārtotiem glikozīdu atlikumiem. Ievērojiet "n", kas norāda uz lielu skaitu.
Starp citu, celulozes formula, ko atvasinājis Anselms Paiens, ir piedzīvojusi dažas izmaiņas. 1934. gadā angļu organiskais ķīmiķis, laureāts Nobela prēmija Valters Normans Hevorts pētīja cietes, laktozes un citu cukuru, tostarp celulozes, īpašības. Atklājis šīs vielas spēju hidrolizēt, viņš veica savus pielāgojumus Paiena pētījumos, un celulozes formula tika papildināta ar vērtību "n", kas apzīmē glikozīdu atlieku klātbūtni. Šobrīd tas izskatās šādi: (C 5 H 10 O 5) n .
Celulozes ēteri
Svarīgi, lai celulozes molekulā būtu hidroksilgrupas, kuras var alkilēt un acilēt, tādējādi veidojot dažādus esterus. Šī ir vēl viena no vissvarīgākajām celulozes īpašībām. Dažādu savienojumu strukturālā formula var izskatīties šādi:
Celulozes ēteri ir vienkārši un sarežģīti. Vienkāršās ir metil-, hidroksipropil-, karboksimetil-, etil-, metilhidroksipropil- un ciānetilceluloze. Sarežģītie ir nitrāti, sulfāti un celulozes acetāti, kā arī acetopropionāti, acetilftalilceluloze un acetobutirāti. Visi šie esteri tiek ražoti gandrīz visās pasaules valstīs simtiem tūkstošu tonnu gadā.
No plēves līdz zobu pastai
Priekš kam tās domātas? Parasti celulozes ēteri tiek plaši izmantoti mākslīgo šķiedru, dažādu plastmasu, visu veidu plēvju (ieskaitot fotofilmu), laku, krāsu ražošanai, kā arī tiek izmantoti militārajā rūpniecībā cietās raķešu degvielas ražošanai, bezdūmu pulveris un sprāgstvielas.
Turklāt celulozes ēteri ir iekļauti ģipša un ģipša-cementa maisījumos, audumu krāsās, zobu pastās, dažādās līmēs, sintētiskos mazgāšanas līdzekļos, smaržās un kosmētikā. Vārdu sakot, ja celulozes formula nebūtu atklāta tālajā 1838. gadā, mūsdienu cilvēki nebūtu daudz no civilizācijas priekšrocībām.
Gandrīz dvīņi
Maz no parastie cilvēki zina, ka celulozei ir sava veida dvīņi. Celulozes un cietes formula ir identiska, taču tās ir divas pilnīgi atšķirīgas vielas. Kāda ir atšķirība? Neskatoties uz to, ka abas šīs vielas ir dabiski polimēri, cietes polimerizācijas pakāpe ir daudz mazāka nekā celulozes. Un, ja jūs iedziļināsities un salīdzināsiet šo vielu struktūras, jūs atklāsiet, ka celulozes makromolekulas ir sakārtotas lineāri un tikai vienā virzienā, tādējādi veidojot šķiedras, savukārt cietes mikrodaļiņas izskatās nedaudz savādāk.
Lietojumprogrammas
Viens no labākajiem gandrīz tīras celulozes vizuālajiem piemēriem ir parastā medicīniskā vate. Kā zināms, tas iegūts no rūpīgi notīrītas kokvilnas.
Otrs, ne mazāk izmantotais celulozes izstrādājums ir papīrs. Faktiski tas ir plānākais celulozes šķiedru slānis, kas rūpīgi saspiests un salīmēts kopā.
Turklāt no celulozes tiek ražots viskozes audums, kas prasmīgo amatnieku rokās maģiski pārtop skaistās drēbēs, mīksto mēbeļu apšuvumā un dažādās dekoratīvās drapērijās. Viskozi izmanto arī tehnisko jostu, filtru un riepu kordu ražošanā.
Neaizmirsīsim par celofānu, ko iegūst no viskozes. Bez tā grūti iedomāties lielveikalus, veikalus, pasta nodaļu iepakošanas nodaļas. Celofāns ir visur: tajā ietītas konfektes, graudaugi un konditorejas izstrādājumi, kā arī tabletes, zeķubikses un jebkurš aprīkojums, sākot no mobilā telefona līdz televizora pultij.
Turklāt svara zaudēšanas tabletēs ir iekļauta tīra mikrokristāliskā celuloze. Nonākuši kuņģī, tie uzbriest un rada sāta sajūtu. Ievērojami samazinās dienā patērētās pārtikas daudzums, attiecīgi krītas svars.
Kā redzat, celulozes atklāšana radīja īstu revolūciju ne tikai ķīmiskajā rūpniecībā, bet arī medicīnā.
Celuloze ir dabisks augu izcelsmes glikozes (proti, beta-glikozes atlikumu) polimērs ar lineāru molekulāro struktūru. Citā veidā celulozi sauc arī par šķiedrām. Šis polimērs satur vairāk nekā piecdesmit procentus no augos atrodamā oglekļa. Celuloze ieņem pirmo vietu starp organiskās izcelsmes savienojumiem uz mūsu planētas.
Tīra celuloze ir kokvilnas šķiedras (līdz deviņdesmit astoņiem procentiem) vai linšķiedras (līdz astoņdesmit pieciem procentiem). Koksne satur līdz piecdesmit procentiem celulozes, salmi satur trīsdesmit procentus celulozes. Daudz no tā un kaņepēs.
Celuloze ir balta. Sērskābe to padara zilu, bet jods - brūnu. Celuloze ir cieta un šķiedraina, bez garšas un smaržas, nesadalās divsimt grādu pēc Celsija temperatūrā, bet aizdegas divsimt septiņdesmit piecu grādu pēc Celsija temperatūrā (tas ir, tā ir degoša viela), un kad uzkarsēts līdz trīssimt sešdesmit grādiem pēc Celsija, tas pārkarsējas. To nevar izšķīdināt ūdenī, bet to var izšķīdināt amonjaka šķīdumā ar vara hidroksīdu. Šķiedra ir ļoti izturīgs un elastīgs materiāls.
Celulozes vērtība dzīviem organismiem
Celuloze attiecas uz polisaharīdu ogļhidrātiem.
Dzīvā organismā ogļhidrātu funkcijas ir šādas:
- Struktūras un atbalsta funkcija, jo ogļhidrāti ir iesaistīti atbalsta konstrukciju veidošanā, un celuloze ir galvenā augu šūnu sienu struktūras sastāvdaļa.
- Augiem raksturīga aizsargfunkcija (ērkšķi vai ērkšķi). Šādi veidojumi uz augiem sastāv no mirušo augu šūnu sieniņām.
- Plastiskā funkcija (cits nosaukums anaboliskajai funkcijai), jo ogļhidrāti ir sarežģītu molekulāro struktūru sastāvdaļas.
- Enerģijas nodrošināšanas funkcija, jo ogļhidrāti ir dzīvu organismu enerģijas avots.
- Uzglabāšanas funkcija, jo dzīvie organismi uzglabā ogļhidrātus savos audos kā barības vielas.
- Osmotiskā funkcija, jo ogļhidrāti ir iesaistīti osmotiskā spiediena regulēšanā dzīvā organisma iekšienē (piemēram, asinīs ir no simts miligramiem līdz simts desmit miligramiem glikozes, un asins osmotiskais spiediens ir atkarīgs no šī ogļhidrāta koncentrācijas asinīs ). Osmotiskais transports piegādā barības vielas augstiem koku stumbriem, jo kapilārā transportēšana šajā gadījumā ir neefektīva.
- Receptoru funkcija, jo daži ogļhidrāti ir daļa no šūnu receptoru uztverošās daļas (molekulas uz šūnas virsmas vai molekulas, kas ir izšķīdinātas šūnas citoplazmā). Receptors īpašā veidā reaģē uz savienojumu ar noteiktu ķīmiskā molekula, kas pārraida ārēju signālu un pārraida šo signālu uz pašu šūnu.
Celulozes bioloģiskā loma ir šāda:
- Šķiedra ir augu šūnu membrānas galvenā strukturālā daļa. Veidojas fotosintēzes rezultātā. Augu celuloze ir zālēdāju (piemēram, atgremotāju) barība, kuras organismā šķiedrvielas noārda enzīms celulāze. Tas ir diezgan reti, tāpēc tīrā formā Cilvēku pārtikā celulozi neizmanto.
- Šķiedrvielas pārtikā sniedz cilvēkam sāta sajūtu un uzlabo viņa zarnu kustīgumu (peristaltiku). Celuloze spēj saistīt šķidrumu (līdz nulles punktam četras desmitdaļas grama šķidruma uz gramu celulozes). Resnajā zarnā to metabolizē baktērijas. Šķiedra tiek metināta bez skābekļa līdzdalības (ķermenī notiek tikai viens anaerobs process). Gremošanas rezultāts ir zarnu gāzu veidošanās un lidošana taukskābes. Lielāko daļu šo skābju uzsūc asinis un izmanto kā ķermeņa enerģiju. Un neabsorbēto skābju un zarnu gāzu daudzums palielina fekāliju daudzumu un paātrina tā iekļūšanu taisnajā zarnā. Tāpat šo skābju enerģija tiek izmantota labvēlīgās mikrofloras daudzuma palielināšanai resnajā zarnā un tās dzīvības uzturēšanai tur. Kad daudzums šķiedrvielas palielinās pārtikā, palielinās labvēlīgo zarnu baktēriju apjoms un uzlabojas vitamīnu vielu sintēze.
- Ja pārtikai pievienojat no trīsdesmit līdz četrdesmit pieciem gramiem kliju (satur šķiedrvielu), kas izgatavotas no kviešiem, tad izkārnījumu masa palielinās no septiņdesmit deviņiem gramiem līdz divsimt divdesmit astoņiem gramiem dienā, un to pārvietošanās periods tiek samazināts. no piecdesmit astoņām stundām līdz četrdesmit stundām. Regulāri pievienojot pārtikai šķiedrvielas, izkārnījumi kļūst mīkstāki, kas palīdz novērst aizcietējumus un hemoroīdus.
- Kad pārtikā ir daudz šķiedrvielu (piemēram, klijās), tad organisms vesels cilvēks, un pacienta ķermenis cukura diabēts pirmais veids, kļūst izturīgāks pret glikozi.
- Šķiedra, tāpat kā birstīte, noņem netīrumus no zarnu sieniņām, uzsūc toksiskas vielas, uzņem holesterīnu un to visu dabiski izvada no organisma. Ārsti nonākuši pie secinājuma, ka cilvēki, kas ēd rupjmaizi un klijas, retāk slimo ar taisnās zarnas vēzi.
Visvairāk šķiedrvielu ir kviešu un rudzu klijās, rupji samaltu miltu maizē, proteīnu un kliju maizē, žāvētos augļos, burkānos, graudaugos un bietēs.
Celulozes aplikācijas
Cilvēki jau izmanto celulozi ilgu laiku. Pirmkārt, koksnes materiāls tika izmantots kā kurināmais un dēļi celtniecībā. Tad no kokvilnas, lina un kaņepju šķiedras tika izgatavoti dažādi audumi. Pirmo reizi rūpniecībā koksnes materiālu ķīmisko apstrādi sāka praktizēt, pateicoties papīra izstrādājumu ražošanas attīstībai.
Pašlaik celuloze tiek izmantota dažādās rūpniecības jomās. Un tieši rūpnieciskām vajadzībām to iegūst galvenokārt no koksnes izejvielām. Celulozi izmanto celulozes un papīra izstrādājumu ražošanā, dažādu audumu ražošanā, medicīnā, laku ražošanā, organiskā stikla ražošanā un citās nozarēs.
Sīkāk apskatīsim tā pielietojumu.
Acetāta zīds tiek iegūts no celulozes un tās ēteriem, tiek izgatavotas nedabiskas šķiedras, celulozes acetāta plēve, kas nedeg. Bezdūmu šaujampulveris ir izgatavots no piroksilīna. No celulozes veido blīvu medicīnisko plēvi (kolodiju) un celuloīdu (plastmasu) rotaļlietām, filmām un fotofilmām. Izgatavo diegu, virves, vati, dažāda veida kartonu, būvmateriālus kuģu būvei un māju celtniecībai. Viņi saņem arī glikozi (medicīniskiem nolūkiem) un etilsportu. Celuloze tiek izmantota gan kā izejviela, gan kā viela ķīmiskai pārstrādei.
Papīra izgatavošanai nepieciešams daudz glikozes. Papīrs ir plāns šķiedrains celulozes slānis, kas ir izmērīts un uz speciāla aprīkojuma presēts, lai iegūtu plānu, blīvu, gludu papīra izstrādājuma virsmu (tinte nedrīkst izkliedēties pa to). Sākumā papīra veidošanai tika izmantots tikai augu materiāls, no kura pareizās šķiedras izolēts mehāniski (rīsu kāti, kokvilna, lupatas).
Bet tipogrāfija attīstījās ļoti straujos tempos, sāka ražot arī avīzes, tāpēc ar šādā veidā ražotu papīru nepietika. Cilvēki uzzināja, ka kokā ir daudz šķiedrvielu, tāpēc augu masai, no kuras tapa papīrs, sāka pievienot frēzētas koksnes izejvielas. Bet šis papīrs ātri saplīsa un ļoti īsā laikā kļuva dzeltens, īpaši, ja tas bija ilgstoši pakļauts gaismas iedarbībai.
Tāpēc sāka izstrādāt dažādas koksnes materiāla apstrādes metodes ar ķimikālijām, kas ļauj no tās izolēt no dažādiem piemaisījumiem attīrītu celulozi.
Celulozes iegūšanai šķeldas ilgstoši vāra reaģentu (skābes vai sārma) šķīdumā, pēc tam iegūto šķidrumu attīra. Tādā veidā tiek ražota tīra celuloze.
Sērskābe ir skābs reaģents, to izmanto celulozes ražošanai no koksnes ar nelielu daudzumu sveķu.
Sārma reaģenti ietver:
- sodas reaģenti nodrošina celulozes ražošanu no cietkoksnēm un viengadīgajiem (šāda celuloze ir diezgan dārga);
- sulfātu reaģenti, no kuriem visizplatītākais ir nātrija sulfāts (baltā šķidruma ražošanas pamats, un to jau izmanto kā reaģentu celulozes ražošanai no jebkura auga).
Pēc visiem ražošanas posmiem papīrs nonāk iepakojuma, grāmatu un kancelejas preču ražošanā.
No visa iepriekš minētā var secināt, ka celulozei (šķiedrām) ir svarīga cilvēka zarnu attīroša un dziedinoša vērtība, un to izmanto arī daudzās rūpniecības jomās.
Celuloze (C 6 H 10 O 5) n - dabisks polimērs, polisaharīds, kas sastāv no β-glikozes atlikumiem, molekulām ir lineāra struktūra. Katrs glikozes molekulas atlikums satur trīs hidroksilgrupas, tāpēc tai piemīt daudzvērtīga spirta īpašības.
Fizikālās īpašības
Celuloze ir šķiedraina viela, nešķīst ne ūdenī, ne parastajos organiskajos šķīdinātājos, tā ir higroskopiska. Tam ir liela mehāniskā un ķīmiskā izturība.
1. Celuloze jeb šķiedra ir daļa no augiem, veidojot tajos šūnu membrānas.
2. No šejienes cēlies tās nosaukums (no latīņu “cellula” — šūna).
3. Celuloze dod augiem nepieciešamo spēku un elastību un it kā ir to skelets.
4. Kokvilnas šķiedras satur līdz 98% celulozes.
5. Arī linu un kaņepju šķiedras lielākoties ir celuloze; koksnē tas ir aptuveni 50%.
6. Papīrs, kokvilnas audumi ir celulozes izstrādājumi.
7. Īpaši tīri celulozes paraugi ir no attīrītas kokvilnas iegūta vate un filtrpapīrs (nelīmēts).
8. No dabīgiem materiāliem izdalīta celuloze ir cieta šķiedraina viela, kas nešķīst ne ūdenī, ne parastajos organiskajos šķīdinātājos.
Ķīmiskās īpašības
1. Celuloze ir polisaharīds, kas tiek hidrolizēts, veidojot glikozi:
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6
2. Celuloze - daudzvērtīgs spirts, iekļūst esterifikācijas reakcijās ar esteru veidošanos
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH → 3 nH 2 O + (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n
celulozes triacetāts
Celulozes acetāti ir mākslīgie polimēri, ko izmanto acetātzīda, plēves (plēves), laku ražošanā.
Pieteikums
Celulozes izmantošana ir ļoti daudzveidīga. No tā saņem papīru, audumus, lakas, plēves, sprāgstvielas, mākslīgais zīds (acetāts, viskoze), plastmasa (celuloīds), glikoze un daudz kas cits.
Celulozes atrašana dabā.
1. Dabiskajās šķiedrās celulozes makromolekulas atrodas vienā virzienā: tās ir orientētas pa šķiedras asi.
2. Daudzas ūdeņraža saites, kas šajā gadījumā rodas starp makromolekulu hidroksilgrupām, nosaka šo šķiedru augsto izturību.
3. Kokvilnas, lina u.c. vērpšanas procesā šīs elementārās šķiedras tiek iepītas garākos pavedienos.
4. Tas ir saistīts ar faktu, ka tajā esošās makromolekulas, lai arī tām ir lineāra struktūra, tās atrodas nejaušāk, nevis orientētas vienā virzienā.
Cietes un celulozes makromolekulu uzbūve no dažādām glikozes cikliskām formām būtiski ietekmē to īpašības:
1) ciete ir svarīgs produkts cilvēku uzturs, šim nolūkam nevar izmantot celulozi;
2) iemesls ir tas, ka enzīmi, kas veicina cietes hidrolīzi, neiedarbojas uz saitēm starp celulozes atlikumiem.
5. Ja porcelāna javā samaļ ar koncentrētu sērskābi samitrinātus filtrpapīra (celulozes) gabalus un iegūto vircu atšķaida ar ūdeni, kā arī neitralizē skābi ar sārmu un, tāpat kā cietes gadījumā, pārbauda šķīduma reakciju. ar vara (II) hidroksīdu, tad būs redzams vara (I) oksīda izskats. Tas ir, eksperimentā notika celulozes hidrolīze. Hidrolīzes process, tāpat kā cietes process, notiek pakāpeniski, līdz veidojas glikoze.
2. Atkarībā no slāpekļskābes koncentrācijas un citiem apstākļiem esterifikācijas reakcijā iesaistās viena, divas vai visas trīs katras celulozes molekulas vienības hidroksilgrupas, piemēram: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.
Celulozes izmantošana.
Acetāta šķiedras iegūšana
68. Celuloze, viņas fizikālās īpašības
Meklēšana dabā. fizikālās īpašības.
1. Celuloze jeb šķiedra ir daļa no augiem, veidojot tajos šūnu membrānas.
2. No šejienes cēlies tās nosaukums (no latīņu “cellula” — šūna).
3. Celuloze dod augiem nepieciešamo spēku un elastību un it kā ir to skelets.
4. Kokvilnas šķiedras satur līdz 98% celulozes.
5. Arī linu un kaņepju šķiedras lielākoties ir celuloze; koksnē tas ir aptuveni 50%.
6. Papīrs, kokvilnas audumi ir celulozes izstrādājumi.
7. Īpaši tīri celulozes paraugi ir no attīrītas kokvilnas iegūta vate un filtrpapīrs (nelīmēts).
8. No dabīgiem materiāliem izdalīta celuloze ir cieta šķiedraina viela, kas nešķīst ne ūdenī, ne parastajos organiskajos šķīdinātājos.
Celulozes struktūra:
1) celuloze, tāpat kā ciete, ir dabisks polimērs;
2) šīm vielām ir pat vienāda sastāva struktūrvienības - glikozes molekulu atliekas, viena un tā pati molekulārā formula (C6H10O5) n;
3) n vērtība celulozei parasti ir lielāka nekā cietei: tās vidējā molekulmasa sasniedz vairākus miljonus;
4) galvenā atšķirība starp cieti un celulozi ir to molekulu struktūrā.
Celulozes atrašana dabā.
1. Dabiskajās šķiedrās celulozes makromolekulas atrodas vienā virzienā: tās ir orientētas pa šķiedras asi.
2. Daudzas ūdeņraža saites, kas šajā gadījumā rodas starp makromolekulu hidroksilgrupām, nosaka šo šķiedru augsto izturību.
Kādas ir celulozes ķīmiskās un fizikālās īpašības
Kokvilnas, lina u.c. vērpšanas procesā šīs elementārās šķiedras tiek ieaustas garākos pavedienos.
4. Tas ir saistīts ar faktu, ka tajā esošās makromolekulas, lai arī tām ir lineāra struktūra, tās atrodas nejaušāk, nevis orientētas vienā virzienā.
Cietes un celulozes makromolekulu uzbūve no dažādām glikozes cikliskām formām būtiski ietekmē to īpašības:
1) ciete ir svarīgs cilvēku pārtikas produkts, celulozi šim nolūkam izmantot nevar;
2) iemesls ir tas, ka enzīmi, kas veicina cietes hidrolīzi, neiedarbojas uz saitēm starp celulozes atlikumiem.
69. Celulozes ķīmiskās īpašības un pielietojums
1. No Ikdiena Ir zināms, ka celuloze labi sadedzina.
2. Sildot koksni bez gaisa piekļuves, notiek celulozes termiskā sadalīšanās. Tas rada gaistošus organisko vielu, ūdens un ogles.
3. Starp koksnes organiskajiem sadalīšanās produktiem ir metilspirts, etiķskābe, acetons.
4. Celulozes makromolekulas sastāv no vienībām, kas ir līdzīgas tām, kas veido cieti, tā tiek hidrolizēta, un tās hidrolīzes produkts, tāpat kā ciete, būs glikoze.
5. Ja porcelāna javā samaļ ar koncentrētu sērskābi samitrinātus filtrpapīra (celulozes) gabalus un iegūto vircu atšķaida ar ūdeni, kā arī neitralizē skābi ar sārmu un, tāpat kā cietes gadījumā, pārbauda šķīduma reakciju. ar vara (II) hidroksīdu, tad būs redzams vara (I) oksīda izskats.
69. Celulozes ķīmiskās īpašības un pielietojums
Tas ir, eksperimentā notika celulozes hidrolīze. Hidrolīzes process, tāpat kā cietes process, notiek pakāpeniski, līdz veidojas glikoze.
6. Celulozes kopējo hidrolīzi var izteikt ar tādu pašu vienādojumu kā cietes hidrolīzi: (C6H10O5) n + nH2O = nC6H12O6.
7. Celulozes (C6H10O5) n struktūras vienības satur hidroksilgrupas.
8. Pateicoties šīm grupām, celuloze var dot ēterus un esterus.
9. Liela nozīme ir celulozes slāpekļskābes esteriem.
Celulozes slāpekļskābes esteru īpašības.
1. Tos iegūst, slāpekļskābei iedarbojoties uz celulozi sērskābes klātbūtnē.
2. Atkarībā no slāpekļskābes koncentrācijas un citiem apstākļiem esterifikācijas reakcijā nonāk viena, divas vai visas trīs katras celulozes molekulas vienības hidroksilgrupas, piemēram: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.
Celulozes nitrātu kopīga īpašība ir to ārkārtējā uzliesmojamība.
Celulozes trinitrāts, ko sauc par piroksilīnu, ir ļoti sprādzienbīstama viela. To izmanto bezdūmu pulvera ražošanai.
Ļoti svarīgi ir arī celulozes acetāts un celulozes triacetāts. Celulozes diacetāts un triacetāts izskats līdzīgi kā celuloze.
Celulozes izmantošana.
1. Pateicoties tā mehāniskajai izturībai koksnes sastāvā, to izmanto celtniecībā.
2. No tā tiek izgatavoti dažādi galdniecības izstrādājumi.
3. Šķiedrmateriālu veidā (kokvilna, lins) to izmanto diegu, audumu, virvju ražošanai.
4. Papīra ražošanai izmanto no koksnes izolētu celulozi (attīrītu no radniecīgām vielām).
O.A. Noskova, M.S. Fedosejevs
Koksnes ķīmija
un sintētiskie polimēri
2. DAĻA
Apstiprināts
Universitātes redakcijas un izdevējdarbības padome
kā lekciju piezīmes
izdevniecība
Permas Valsts tehniskā universitāte
Recenzenti:
cand. tech. Zinātnes D.R. Nagimovs
(CJSC "Karbokam");
cand. tech. zinātnes, prof. F.H. Hakimova
(Permas Valsts tehniskā universitāte)
Noskova, O.A.
H84 Koksnes un sintētisko polimēru ķīmija: lekciju konspekti: 2 stundās / O.A. Noskova, M.S. Fedosejevs. - Perma: Permas izdevniecība. Valsts tech. un-ta, 2007. - 2. daļa. - 53 lpp.
ISBN 978-5-88151-795-3
Sniegta informācija par koksnes galveno sastāvdaļu (celulozes, hemicelulozes, lignīna un ekstraktvielu) ķīmisko struktūru un īpašībām. Tiek aplūkotas šo komponentu ķīmiskās reakcijas, kas rodas koksnes ķīmiskās apstrādes vai celulozes ķīmiskās modifikācijas laikā. Arī dots Galvenā informācija par gatavošanas procesiem.
Paredzēts specialitātes 240406 "Koksnes ķīmiskās apstrādes tehnoloģija" studentiem.
UDC 630*813. + 541,6 + 547 458,8
ISBN 978-5-88151-795-3 © GOU VPO
"Permas štats
Tehniskā universitāte", 2007
Ievads…………………………………………………………………………… | ……5 | |||
1. Celulozes ķīmija………………………………………………………….. | …….6 | |||
1.1. Celulozes ķīmiskā struktūra…………………………………….. | .…..6 | |||
1.2. Celulozes ķīmiskās reakcijas………………………………………. | .……8 | |||
1.3. Sārmu šķīdumu iedarbība uz celulozi………………………… | …..10 | |||
1.3.1. Sārma celuloze ……………………………………………. | .…10 | |||
1.3.2. Tehniskās celulozes uzbriešana un šķīdība sārmu šķīdumos……………………………………………………… | .…11 | |||
1.4. Celulozes oksidēšana …………………………………………………. | .…13 | |||
1.4.1. Vispārīga informācija par celulozes oksidēšanu. Hidroksiceluloze… | .…13 | |||
1.4.2. Oksidatīvo reakciju galvenie virzieni…………… | .…14 | |||
1.4.3. Hidroksicelulozes īpašības………………………………………… Celulozes ķīmiskās īpašības. |
.…15 | |||
1.5. Celulozes esteri…………………………………………. | .…15 | |||
1.5.1. Vispārīga informācija par celulozes esteru sagatavošanu.. | .…15 | |||
1.5.2. Celulozes nitrāti…………………………………………… | .…16 | |||
1.5.3. Celulozes ksantāti…………………………………………. | .…17 | |||
1.5.4. Celulozes acetāti…………………………………………… | .…19 | |||
1.6. Celulozes ēteri……………………………………………… | .…20 | |||
2. Hemiceluložu ķīmija……………………………………………………… | .…21 | |||
2.1. Vispārīgi jēdzieni par hemicelulozēm un to īpašībām…………………. | .…21 | |||
.2.2. Pentozāns………………………………………………………………. | .…22 | |||
2.3. Heksosans………………………………………………………………… | …..23 | |||
2.4. Uronskābes ……………………………………………………. | .…25 | |||
2.5. Pektīna vielas………………………………………………… | .…25 | |||
2.6. Polisaharīdu hidrolīze ……………………………………………….. | .…26 | |||
2.6.1. Polisaharīdu hidrolīzes vispārīgie jēdzieni……………………. | .…26 | |||
2.6.2. Koksnes polisaharīdu hidrolīze ar atšķaidītām minerālskābēm…………………………………………………….. | …27 | |||
2.6.3. Koksnes polisaharīdu hidrolīze ar koncentrētām minerālskābēm……………………………………………………. | …28 | |||
3. Lignīna ķīmija……………………………………………………………….. | …29 | |||
3.1. Lignīna struktūrvienības…………………………………………. | …29 | |||
3.2. Lignīna izolācijas metodes…………………………………………… | …30 | |||
3.3. Lignīna ķīmiskā struktūra…………………………………………… | …32 | |||
3.3.1. Lignīna funkcionālās grupas……………………………………..32 | ||||
3.3.2. Galvenie saišu veidi starp lignīna struktūrvienībām…………………………………………………………………………….35 | ||||
3.4. Lignīna ķīmiskās saites ar polisaharīdiem………………………….. | ..36 | |||
3.5. Lignīna ķīmiskās reakcijas…………………………………………. | ….39 | |||
3.5.1. vispārīgās īpašības lignīna ķīmiskās reakcijas ……… | ..39 | |||
3.5.2. Elementāro vienību reakcijas……………………………………… | ..40 | |||
3.5.3. Makromolekulārās reakcijas …………………………………… | ..42 | |||
4. Ekstraktvielas…………………………………………………… | ..47 | |||
4.1. Galvenā informācija………………………………………………………… | ..47 | |||
4.2. Ekstrahējošo vielu klasifikācija……………………………… | ..48 | |||
4.3. Hidrofobās ekstrakcijas vielas…………………………………. | ..48 | |||
4.4. Hidrofīlās ekstraktvielas………………………………… | ..50 | |||
5. Vispārīgi gatavošanas procesu jēdzieni……………………………………. | ..51 | |||
Bibliogrāfiskais saraksts……………………………………………………. | ..53 | |||
Ievads
Koksnes ķīmija ir tehniskās ķīmijas nozare, kas pēta koksnes ķīmisko sastāvu; izglītības ķīmija, struktūra un Ķīmiskās īpašības vielas, kas veido mirušos koksnes audus; šo vielu izdalīšanas un analīzes metodes, kā arī koksnes un tās atsevišķo komponentu apstrādes dabisko un tehnoloģisko procesu ķīmiskais raksturs.
2002. gadā publicētajā lekcijas konspektu "Koksnes un sintētisko polimēru ķīmija" pirmajā daļā aplūkoti jautājumi, kas saistīti ar koksnes anatomiju, šūnu membrānas uzbūvi, ķīmiskais sastāvs koksne, koksnes fizikālās un fizikāli ķīmiskās īpašības.
Lekciju konspektu otrajā daļā "Koksnes un sintētisko polimēru ķīmija" tiek aplūkoti jautājumi, kas saistīti ar koksnes galveno sastāvdaļu (celulozes, hemicelulozes, lignīna) ķīmisko struktūru un īpašībām.
Lekciju konspekti sniedz vispārīgu informāciju par gatavošanas procesiem, t.i. par tehniskās celulozes ražošanu, ko izmanto papīra un kartona ražošanā. Tehniskās celulozes ķīmisko pārvērtību rezultātā tiek iegūti tās atvasinājumi - ēteri un esteri, no kuriem tiek ražotas mākslīgās šķiedras (viskoze, acetāts), plēves (plēves, foto, iepakojuma plēves), plastmasas, lakas, līmvielas. Šajā kopsavilkuma daļā īsi apskatīta arī rūpniecībā plaši izmantoto celulozes ēteru sagatavošana un īpašības.
Celulozes ķīmija
Celulozes ķīmiskā struktūra
Celuloze ir viens no svarīgākajiem dabiskajiem polimēriem. Tā ir galvenā augu audu sastāvdaļa. Dabiskā celuloze lielos daudzumos ir atrodama kokvilnas, linu un citos šķiedrainos augos, no kuriem iegūst dabiskās tekstilcelulozes šķiedras. Kokvilnas šķiedras ir gandrīz tīra celuloze (95-99%). Svarīgāks celulozes (tehniskās celulozes) rūpnieciskās ražošanas avots ir kokaugus. Dažādu koku sugu koksnē celulozes masas daļa ir vidēji 40–50%.
Celuloze ir polisaharīds, kura makromolekulas ir veidotas no atliekām D-glikoze (saites β -D-anhidroglikopiranoze), kas savienota ar β-glikozīdu saitēm 1–4:
Celuloze ir lineārs homopolimērs (homopolisaharīds), kas pieder pie heteroķēžu polimēriem (poliacetāļiem). Tas ir stereoregulārs polimērs, kura ķēdē kā stereoatkārtojas saite kalpo celobiozes atlikums. Kopējo celulozes formulu var attēlot kā (C6H10O5) P vai [C6H7O2(OH)3] P. Katra monomēra vienība satur trīs spirta hidroksilgrupas, no kurām viena ir primārā -CH2OH, bet divas (pie C2 un C3) ir sekundāras -CHOH-.
Gala saites atšķiras no pārējiem ķēdes posmiem. Vienai termināla saitei (nosacīti labais - nereducējoša) ir papildu brīva sekundārā spirta hidroksilgrupa (pie C4). Otra gala saite (nosacīti pa kreisi – reducējoša) satur brīvu glikozīdu (pusacetāla) hidroksilu (C1 ) un tāpēc var pastāvēt divās tautomērās formās - cikliskā (koluacetāls) un atvērtā (aldehīds):
Terminālā aldehīda grupa nodrošina celulozes reducēšanas (atjaunošanas) spēju. Piemēram, celuloze var atjaunot varu no Cu2+ uz Cu+:
Atgūtā vara daudzums ( vara skaitlis) kalpo kā kvalitatīvs celulozes ķēžu garuma raksturlielums un parāda tā oksidatīvās un hidrolītiskās noārdīšanās pakāpi.
Dabiskajai celulozei ir augsta polimerizācijas pakāpe (DP): koksne - 5000-10000 un augstāka, kokvilna - 14000-20000. Izolējot no augu audiem, celuloze tiek nedaudz iznīcināta. Tehniskās koksnes celulozes SP ir aptuveni 1000–2000. Celulozes SP nosaka galvenokārt ar viskozimetrisko metodi, par šķīdinātājiem izmantojot dažas sarežģītas bāzes: vara amonjaka reaģentu (OH) 2, kuprietilēndiamīnu (OH) 2, kadmija etilēndiamīnu (kadoksēnu) (OH) 2 utt.
No augiem izdalītā celuloze vienmēr ir polidispersa; satur dažāda garuma makromolekulas. Celulozes polidispersitātes pakāpi (molekulāro neviendabīgumu) nosaka ar frakcionēšanas metodēm, t.i. celulozes parauga sadalīšana frakcijās ar noteiktu molekulmasu. Celulozes parauga īpašības ( mehāniskā izturība, šķīdība) ir atkarīgi no vidējā SP un polidispersitātes pakāpes.
12345678910Nākamais ⇒
Publicēšanas datums: 2015-11-01; Lasīts: 1100 | Lapas autortiesību pārkāpums
studopedia.org — Studopedia.Org — 2014-2018. (0,002 s) ...
Polisaharīdu (homo- un heteropolisaharīdu) uzbūve, īpašības, funkcijas.
POLISAHArīdi ir augstas molekulmasas vielas polimēri), kas sastāv no liels skaits monosaharīdi. Pēc sastāva tos iedala homopolisaharīdos un heteropolisaharīdos.
Homopolisaharīdi ir polimēri, kas ir no viena veida monosaharīdiem . Piemēram, glikogēns, ciete tiek veidota tikai no α-glikozes (α-D-glikopiranozes) molekulām, β-glikoze ir arī šķiedras (celulozes) monomērs.
Ciete. Tas ir rezerves polisaharīds augi. Cietes monomērs ir α-glikoze. Paliek glikoze iekšā cietes molekulas lineārās sekcijās ir savstarpēji saistītas α-1,4-glikozīds , un atzaru punktos α-1,6-glikozīdiskās saites .
Ciete ir divu homopolisaharīdu maisījums: lineārs - amiloze (10-30%) un sazarots - amilopektīns (70-90%).
Glikogēns.Šis ir galvenais rezerves polisaharīds cilvēku un dzīvnieku audi. Glikogēna molekulai ir apmēram 2 reizes vairāk sazarotās struktūras nekā cietes amilopektīnam. Glikogēna monomērs ir α-glikoze . Glikogēna molekulā glikozes atlikumi lineārajās sekcijās ir savstarpēji saistīti α-1,4-glikozīds , un atzaru punktos α-1,6-glikozīdiskās saites .
Celuloze. Tas ir visizplatītākais strukturāli augu homopolisaharīds. AT lineārs šķiedru molekulu monomēri β-glikoze savstarpēji saistīti β-1,4-glikozīdiskās saites . Šķiedras cilvēka organismā neuzsūcas, bet savas stingrības dēļ kairina kuņģa-zarnu trakta gļotādu, tādējādi uzlabo peristaltiku un stimulē gremošanas sulas sekrēciju, veicina fekāliju veidošanos.
pektīna vielas- polisaharīdi, kuru monomērs ir D- galakturonskābe , kuras atlikumus savieno α-1,4-glikozīdu saites. Sastāvā augļos un dārzeņos un tiem raksturīga želeja organisko skābju klātbūtnē, ko izmanto pārtikas rūpniecībā (želeja, marmelāde).
Heteropolisaharīdi(mukopolisaharīdi, glikozaminoglikāni) - polimēri, kas sastāv no monosaharīdiem dažāda veida . Pēc struktūras viņi pārstāv
nesazarotas ķēdes celta no atkārtotas disaharīdu atliekas , kurā jāiekļauj aminocukurs (glikozamīns vai galaktozamīns) un heksuronskābes (glikuronskābe vai iduronskābe).
Celulozes fizikālās, ķīmiskās īpašības
Tās ir želejveida vielas, pilda vairākas funkcijas, t.sk. aizsargājoši (gļotas), strukturāli, ir pamats starpšūnu viela.
Organismā heteropolisaharīdi nenotiek brīvā stāvoklī, bet vienmēr ir saistīti ar olbaltumvielām (glikoproteīniem un proteoglikāniem) vai lipīdiem (glikolipīdiem).
Pēc struktūras un īpašībām iedala skābā un neitrālā.
SKĀBI HETEROPOLISAHARIDI:
Tie satur heksuronskābi vai sērskābi. Pārstāvji:
Hialuronskābeir galvenais starpšūnu vielas strukturālā sastāvdaļa, kas spēj saistīties ūdens ("bioloģiskais cements") . Hialuronskābes šķīdumiem ir augsta viskozitāte, tāpēc tie kalpo kā barjera mikroorganismu iekļūšanai, piedalās ūdens metabolisma regulēšanā, ir galvenā starpšūnu vielas sastāvdaļa).
Hondroitīna sulfāti ir struktūras sastāvdaļas skrimšļi, saites, cīpslas, kauli, sirds vārstuļi.
Heparīns – antikoagulants (novērš asins recēšanu), piemīt pretiekaisuma iedarbība, vairāku enzīmu aktivators.
NEITRĀLI HETEROPOLISAHARIDI: ir daļa no asins seruma glikoproteīniem, siekalu, urīna mucīniem utt., kas veidoti no aminocukuriem un sialskābēm. Neitrālie ģimenes ārsti ir daļa no daudziem. fermenti un hormoni.
SILĪKSKĀBES – neiramīnskābes savienojums ar etiķskābi vai aminoskābi – glicīnu, ir daļa no šūnu membrānām, bioloģiskajiem šķidrumiem. Sialskābes nosaka sistēmisku slimību diagnostikai (reimatisms, sistēmiskā sarkanā vilkēde).
Sarežģītu ogļhidrātu no polisaharīdu grupas, kas ir daļa no augu šūnu sienas, sauc par celulozi vai šķiedrvielām. Vielu 1838. gadā atklāja franču ķīmiķis Anselms Pajens. Celulozes formula - (C 6 H 10 O 5) n.
Struktūra
Neskatoties uz kopīgajām iezīmēm, celuloze atšķiras no cita augu polisaharīda - cietes. Celulozes molekula ir gara, ārkārtīgi nesazarota saharīdu ķēde. Atšķirībā no cietes, kas sastāv no α-glikozes atlikumiem, tajā ir daudz savstarpēji savienotu β-glikozes atlikumu.
Blīvās lineārās struktūras dēļ molekulas veido šķiedras.
Rīsi. 1. Celulozes molekulas uzbūve.
Celulozei ir augstāka polimerizācijas pakāpe nekā cietei.
Kvīts
Celuloze rūpnieciskos apstākļos tiek vārīta no koksnes (šķeldas). Šim nolūkam tiek izmantoti skābi vai sārmaini reaģenti. Piemēram, nātrija hidrosulfīts, nātrija hidroksīds, sārms.
Vārīšanas rezultātā celuloze veidojas ar organisko savienojumu piejaukumu. Lai to notīrītu, izmantojiet sārmu šķīdumu.
Fizikālās īpašības
Celuloze ir balta cieta šķiedraina viela bez garšas. Celuloze slikti šķīst ūdenī un organiskajos šķīdinātājos. Tas izšķīst Švicera reaģentā - vara (II) hidroksīda amonjaka šķīdumā.
Galvenās fizikālās īpašības:
- sabrūk 200°C temperatūrā;
- deg 275°C temperatūrā;
- spontāni aizdegas 420°C temperatūrā;
- kūst 467°C temperatūrā.
Dabā celuloze ir atrodama augos. Tas veidojas fotosintēzes laikā un veic strukturālu funkciju augos. Tā ir pārtikas piedeva E460.
Rīsi. 2. Augu šūnu siena.
Ķīmiskās īpašības
Tā kā vienā saharīdā ir trīs hidroksilgrupas, šķiedrām piemīt daudzvērtīgo spirtu īpašības un tā spēj iesaistīties esterifikācijas reakcijās ar esteru veidošanos. Sadaloties bez skābekļa pieejamības, tas sadalās oglē, ūdenī un gaistošās organiskās vielās.
Galvenās šķiedras ķīmiskās īpašības ir parādītas tabulā.
Reakcija |
Apraksts |
Vienādojums |
Hidrolīze |
Rodas, karsējot skābā vidē, veidojot glikozi |
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t °, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6 |
Ar etiķskābes anhidrīdu |
Triacetilcelulozes veidošanās sērskābes un etiķskābes klātbūtnē |
(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3 nH 2 O |
Nitrēšana |
Parastā temperatūrā tas reaģē ar koncentrētu slāpekļskābi. Izveidojas esteris - celulozes trinitrāts jeb piroksilīns, ko izmanto bezdūmu pulvera pagatavošanai |
(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n |
notiek pilnīga oksidēšana uz oglekļa dioksīdu un ūdeni |
(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t °) → 6nCO 2 + 5nH 2 O |
Rīsi. 3. Piroksilīns.
Celulozi galvenokārt izmanto papīra ražošanai, kā arī esteru, spirtu, glikozes ražošanai.
Ko mēs esam iemācījušies?
Celuloze jeb šķiedra ir polimērs no ogļhidrātu klases, kas sastāv no β-glikozes atlikumiem. Iekļauts augā šūnu sienas. Tā ir balta, bezgaršīga viela, kas veido ūdenī un organiskajos šķīdinātājos slikti šķīstošas šķiedras. Celulozi no koksnes izdala celulozes veidā. Savienojums nonāk esterifikācijas un hidrolīzes reakcijās un var sadalīties, ja nav gaisa. Pilnībā sadaloties, veidojas ūdens un oglekļa dioksīds.
Tēmu viktorīna
Ziņojuma novērtējums
Vidējais vērtējums: 4.7. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 263.
- Oficiālā vai alternatīvā likvidācija: ko izvēlēties Juridiskais atbalsts uzņēmuma likvidācijai - mūsu pakalpojumu cena ir zemāka par iespējamiem zaudējumiem
- Kas var būt likvidācijas komisijas loceklis Likvidators vai likvidācijas komisija kāda ir atšķirība
- Ar bankrotu nodrošināti kreditori – vai privilēģijas vienmēr ir labas?
- Līguma vadītāja darbs tiks likumīgi apmaksāts Darbinieks atsakās no piedāvātās kombinācijas