Wat is gemaakt van cellulose. Wat zijn de chemische en fysische eigenschappen van cellulose. Karakteristieke kenmerken van acetaatvezel
Gedurende ons hele leven worden we omringd door een groot aantal objecten - kartonnen dozen, offset papier, plastic zakken, viscose kleding, bamboe handdoeken en meer. Maar weinig mensen weten dat cellulose actief wordt gebruikt bij de vervaardiging ervan. Wat is deze werkelijk magische substantie, zonder welke bijna geen moderne industriële onderneming kan doen? In dit artikel zullen we het hebben over de eigenschappen van cellulose, de toepassing ervan op verschillende gebieden, waar het uit wordt gewonnen en wat de chemische formule is. Laten we misschien bij het begin beginnen.
Stofdetectie
De formule voor cellulose werd ontdekt door de Franse chemicus Anselm Payen tijdens experimenten met de scheiding van hout in zijn bestanddelen. Na het te hebben behandeld met salpeterzuur, ontdekte de wetenschapper dat tijdens een chemische reactie een vezelachtige substantie wordt gevormd die lijkt op katoen. Na een grondige analyse van het materiaal verkregen door Payen, werd de chemische formule van cellulose verkregen - C 6 H 10 O 5 . De beschrijving van het proces werd gepubliceerd in 1838 en de stof kreeg zijn wetenschappelijke naam in 1839.
geschenken van de natuur
Het is nu met zekerheid bekend dat bijna alle zachte delen van planten en dieren een bepaalde hoeveelheid cellulose bevatten. Planten hebben deze stof bijvoorbeeld nodig voor normale groei en ontwikkeling, of liever, voor het maken van schillen van nieuw gevormde cellen. De samenstelling verwijst naar polysachariden.
In de industrie wordt in de regel natuurlijke cellulose gewonnen uit naald- en loofbomen - droog hout bevat tot 60% van deze stof, evenals door katoenafval te verwerken, dat ongeveer 90% cellulose bevat.
Het is bekend dat als hout in vacuüm wordt verwarmd, dat wil zeggen zonder luchttoegang, thermische ontleding van cellulose zal optreden, waardoor aceton, methylalcohol, water, azijnzuur en houtskool worden gevormd.
Ondanks de rijke flora van de planeet, zijn bossen niet langer voldoende om de hoeveelheid chemische vezels te produceren die nodig zijn voor de industrie - het gebruik van cellulose is te uitgebreid. Daarom wordt het steeds vaker gewonnen uit stro, riet, maïsstengels, bamboe en riet.
Synthetische cellulose wordt met verschillende technologische processen gewonnen uit steenkool, olie, aardgas en schalie.
Van het bos naar de werkplaatsen
Laten we eens kijken naar de extractie van technische pulp uit hout - dit is een complex, interessant en langdurig proces. Allereerst wordt hout in productie gebracht, in grote stukken gezaagd en wordt de bast verwijderd.
Vervolgens worden de schoongemaakte repen verwerkt tot frites en gesorteerd, waarna ze in loog gekookt worden. De aldus verkregen pulp wordt gescheiden van de alkali, vervolgens gedroogd, gesneden en verpakt voor verzending.
Scheikunde en natuurkunde
Welke chemische en fysische geheimen zijn er verborgen in de eigenschappen van cellulose, naast het feit dat het een polysacharide is? Allereerst deze stof witte kleur. Het ontsteekt gemakkelijk en brandt goed. Het lost op in complexe verbindingen van water met hydroxiden van bepaalde metalen (koper, nikkel), met aminen, evenals in zwavel- en orthofosforzuren, een geconcentreerde oplossing van zinkchloride.
Cellulose lost niet op in beschikbare huishoudelijke oplosmiddelen en gewoon water. Dit komt doordat de lange draadvormige moleculen van deze stof in een soort bundels zijn verbonden en evenwijdig aan elkaar staan. Bovendien wordt deze hele "constructie" versterkt door waterstofbruggen, waardoor moleculen van een zwak oplosmiddel of water eenvoudigweg niet naar binnen kunnen dringen en deze sterke plexus kunnen vernietigen.
De dunste draden, waarvan de lengte varieert van 3 tot 35 millimeter, in bundels verbonden - zo kan de structuur van cellulose schematisch worden weergegeven. Lange vezels worden gebruikt in de textielindustrie, korte vezels bij de productie van bijvoorbeeld papier en karton.
Cellulose smelt niet en verandert niet in stoom, maar het begint af te breken bij verhitting boven 150 graden Celsius, waarbij laagmoleculaire verbindingen vrijkomen - waterstof, methaan en koolmonoxide (koolmonoxide). Bij temperaturen van 350 o C en hoger wordt de cellulose verkoold.
Verandering ten goede
Dit is hoe cellulose wordt beschreven in chemische symbolen, waarvan de structuurformule duidelijk een polymeermolecuul met lange keten laat zien dat bestaat uit herhalende glucosideresiduen. Let op de "n" die een groot aantal van hen aangeeft.
Trouwens, de formule van cellulose, afgeleid door Anselm Payen, heeft enkele veranderingen ondergaan. In 1934, een Engelse organisch chemicus, laureaat Nobelprijs Walter Norman Haworth bestudeerde de eigenschappen van zetmeel, lactose en andere suikers, waaronder cellulose. Nadat hij het vermogen van deze stof om te hydrolyseren had ontdekt, maakte hij zijn eigen aanpassingen aan het onderzoek van Payen, en de celluloseformule werd aangevuld met de waarde "n", wat de aanwezigheid van glycosidische residuen aangeeft. Op dit moment ziet het er zo uit: (C 5 H 10 O 5) n .
Cellulose-ethers
Het is belangrijk dat het cellulosemolecuul hydroxylgroepen bevat die kunnen worden gealkyleerd en geacyleerd, waardoor verschillende esters worden gevormd. Dit is nog een van de belangrijkste eigenschappen die cellulose heeft. De structuurformule van verschillende verbindingen kan er als volgt uitzien:
Cellulose-ethers zijn eenvoudig en complex. Eenvoudige zijn methyl-, hydroxypropyl-, carboxymethyl-, ethyl-, methylhydroxypropyl- en cyanethylcellulose. Complexe zijn nitraten, sulfaten en celluloseacetaten, evenals acetopropionaten, acetylftalylcellulose en acetobutyraten. Al deze esters worden in bijna alle landen van de wereld geproduceerd in honderdduizenden tonnen per jaar.
Van film tot tandpasta
Waar zijn die voor? Cellulose-ethers worden in de regel veel gebruikt voor de productie van kunstmatige vezels, verschillende kunststoffen, allerlei soorten films (inclusief fotografische), vernissen, verven en worden ook gebruikt in de militaire industrie voor de vervaardiging van vaste raketbrandstof, rookloos poeder en explosieven.
Daarnaast zijn cellulose-ethers opgenomen in gips- en gips-cementmengsels, textielkleurstoffen, tandpasta's, verschillende kleefstoffen, synthetische wasmiddelen, parfums en cosmetica. Kortom, als de celluloseformule niet in 1838 was ontdekt, moderne mensen zou niet veel van de voordelen van de beschaving hebben.
Bijna een tweeling
weinig van gewone mensen weet dat cellulose een soort tweeling heeft. De formule van cellulose en zetmeel is identiek, maar het zijn twee totaal verschillende stoffen. Wat is het verschil? Ondanks dat beide stoffen natuurlijke polymeren zijn, is de polymerisatiegraad van zetmeel veel lager dan die van cellulose. En als je dieper gaat en de structuren van deze stoffen vergelijkt, zul je zien dat cellulose-macromoleculen lineair en in slechts één richting zijn gerangschikt, waardoor vezels worden gevormd, terwijl zetmeelmicrodeeltjes er iets anders uitzien.
Toepassingen
Een van de beste visuele voorbeelden van bijna pure cellulose is gewone medische watten. Zoals u weet, wordt het verkregen uit zorgvuldig gereinigd katoen.
Het tweede, niet minder gebruikte celluloseproduct is papier. In feite is het de dunste laag cellulosevezels, zorgvuldig geperst en aan elkaar gelijmd.
Bovendien wordt viscosestof gemaakt van cellulose, dat onder de bekwame handen van ambachtslieden op magische wijze verandert in prachtige kleding, stoffering voor gestoffeerde meubels en verschillende decoratieve gordijnen. Viscose wordt ook gebruikt voor de vervaardiging van technische riemen, filters en bandenkoorden.
Laten we cellofaan, dat wordt verkregen uit viscose, niet vergeten. Zonder dit is het moeilijk om supermarkten, winkels, verpakkingsafdelingen van postkantoren voor te stellen. Cellofaan is overal: snoepjes worden erin verpakt, ontbijtgranen en gebak worden erin verpakt, evenals pillen, panty's en alle apparatuur, van een mobiele telefoon tot een afstandsbediening van een tv.
Bovendien is pure microkristallijne cellulose opgenomen in tabletten voor gewichtsverlies. Eenmaal in de maag zwellen ze op en creëren ze een vol gevoel. De hoeveelheid voedsel die per dag wordt geconsumeerd, wordt aanzienlijk verminderd, respectievelijk gewichtsdaling.
Zoals u kunt zien, heeft de ontdekking van cellulose een echte revolutie teweeggebracht, niet alleen in de chemische industrie, maar ook in de geneeskunde.
Cellulose is een natuurlijk polymeer van glucose (namelijk bèta-glucoseresiduen) van plantaardige oorsprong met een lineaire moleculaire structuur. Op een andere manier wordt cellulose ook wel vezel genoemd. Dit polymeer bevat meer dan vijftig procent van de koolstof die in planten wordt aangetroffen. Cellulose staat op de eerste plaats onder de verbindingen van organische oorsprong op onze planeet.
Pure cellulose is katoenvezels (tot achtennegentig procent) of vlasvezels (tot vijfentachtig procent). Hout bevat tot vijftig procent cellulose, stro bevat dertig procent cellulose. Veel ervan en in hennep.
Cellulose is wit. Zwavelzuur maakt het blauw en jodium maakt het bruin. Cellulose is hard en vezelig, smaak- en geurloos, breekt niet af bij een temperatuur van tweehonderd graden Celsius, maar ontbrandt bij een temperatuur van tweehonderdvijfenzeventig graden Celsius (dat wil zeggen, het is een brandbare stof), en wanneer verwarmd tot driehonderdzestig graden Celsius, verkolt het. Het kan niet worden opgelost in water, maar het kan worden opgelost in een oplossing van ammoniak met koperhydroxide. Vezel is een zeer sterk en elastisch materiaal.
De waarde van cellulose voor levende organismen
Cellulose verwijst naar polysacharide koolhydraten.
In een levend organisme zijn de functies van koolhydraten als volgt:
- De functie van structuur en ondersteuning, aangezien koolhydraten betrokken zijn bij de constructie van ondersteunende structuren, en cellulose is het hoofdbestanddeel van de structuur van plantencelwanden.
- Beschermende functie kenmerkend voor planten (doornen of doornen). Dergelijke formaties op planten bestaan uit de wanden van dode plantencellen.
- Plastische functie (een andere naam voor anabole functie), aangezien koolhydraten componenten zijn van complexe moleculaire structuren.
- De functie van het leveren van energie, aangezien koolhydraten een energiebron zijn voor levende organismen.
- Opslagfunctie, aangezien levende organismen koolhydraten in hun weefsels opslaan als voedingsstoffen.
- Osmotische functie, aangezien koolhydraten betrokken zijn bij de regulatie van de osmotische druk in een levend organisme (bloed bevat bijvoorbeeld honderd milligram tot honderdtien milligram glucose en de osmotische druk in het bloed hangt af van de concentratie van dit koolhydraat in het bloed ). Osmotisch transport levert voedingsstoffen aan hoge boomstammen, omdat capillair transport in dit geval inefficiënt is.
- De functie van receptoren, aangezien sommige koolhydraten deel uitmaken van het receptieve deel van celreceptoren (moleculen op het celoppervlak of moleculen die zijn opgelost in het celcytoplasma). De receptor reageert op een speciale manier op een verbinding met een bepaalde chemisch molecuul, die een extern signaal verzendt, en dit signaal naar de cel zelf verzendt.
De biologische rol van cellulose is als volgt:
- Vezel is het belangrijkste structurele deel van het celmembraan van planten. Gevormd als resultaat van fotosynthese. Plantaardige cellulose is het voedsel van plantenetende dieren (bijvoorbeeld herkauwers), in hun lichaam worden vezels afgebroken door het enzym cellulase. Het is vrij zeldzaam, dus Zuivere vorm Cellulose wordt niet gebruikt in menselijke voeding.
- Vezels in voeding geven een mens een verzadigd gevoel en verbeteren de beweeglijkheid (peristaltiek) van zijn darmen. Cellulose is in staat om vloeistof te binden (tot nul komma vier tienden van een gram vloeistof per gram cellulose). Het wordt gemetaboliseerd in de dikke darm door bacteriën. Vezel wordt gelast zonder de deelname van zuurstof (er is slechts één anaëroob proces in het lichaam). Het resultaat van de vertering is de vorming van darmgassen en vliegen vetzuren. De meeste van deze zuren worden opgenomen door het bloed en gebruikt als energie voor het lichaam. En de hoeveelheid zuren die niet worden geabsorbeerd, en darmgassen verhogen het volume van de ontlasting en versnellen de toegang tot het rectum. Ook wordt de energie van deze zuren gebruikt om de hoeveelheid nuttige microflora in de dikke darm te vergroten en het leven daar te ondersteunen. Wanneer de hoeveelheid: voedingsvezels toename van voedsel, het volume van nuttige darmbacteriën neemt ook toe, de synthese van vitaminestoffen verbetert.
- Als je dertig tot vijfenveertig gram zemelen (die vezels bevatten) gemaakt van tarwe aan voedsel toevoegt, neemt de ontlastingsmassa toe van negenenzeventig gram tot tweehonderdachtentwintig gram per dag, en de periode van hun beweging wordt verminderd van achtenvijftig uur tot veertig uur. Wanneer regelmatig vezels aan het voedsel worden toegevoegd, wordt de ontlasting zachter, wat constipatie en aambeien helpt voorkomen.
- Wanneer er veel vezels in voedsel zitten (bijvoorbeeld zemelen), dan zal het lichaam gezond persoon en het lichaam van de patiënt suikerziekte het eerste type, wordt resistenter tegen glucose.
- Vezels verwijderen, net als een borstel, vuile aanslag van de darmwand, nemen giftige stoffen op, nemen cholesterol op en verwijderen dit alles op natuurlijke wijze uit het lichaam. Artsen zijn tot de conclusie gekomen dat mensen die roggebrood en zemelen eten, minder kans hebben op rectumkanker.
De meeste vezels zitten in zemelen van tarwe en rogge, in brood van grofgemalen bloem, in brood van eiwitten en zemelen, in gedroogd fruit, wortelen, granen en bieten.
Cellulose toepassingen
Mensen gebruiken al cellulose voor een lange tijd. Allereerst werd houtmateriaal gebruikt als brandstof en planken voor de bouw. Vervolgens werden katoen, linnen en hennepvezels gebruikt om verschillende stoffen te maken. Voor het eerst in de industrie begon de chemische behandeling van houtmateriaal te worden toegepast vanwege de ontwikkeling van de productie van papierproducten.
Momenteel wordt cellulose op verschillende industriële gebieden gebruikt. En het is voor industriële behoeften dat het voornamelijk wordt verkregen uit houtgrondstoffen. Cellulose wordt gebruikt bij de productie van pulp- en papierproducten, bij de productie van verschillende stoffen, in de geneeskunde, bij de productie van vernissen, bij de productie van organisch glas en in andere industrieën.
Laten we de toepassing ervan nader bekijken.
Acetaatzijde wordt verkregen uit cellulose en zijn ethers, er worden niet-natuurlijke vezels gemaakt, een film van celluloseacetaat die niet brandt. Rookloos buskruit is gemaakt van pyroxyline. Cellulose wordt gebruikt om een dichte medische film (collodion) en celluloid (plastic) te maken voor speelgoed, film en fotografische film. Ze maken draden, touwen, watten, verschillende soorten karton, bouwmateriaal voor de scheepsbouw en het bouwen van huizen. Ze krijgen ook glucose (voor medische doeleinden) en ethylsporten. Cellulose wordt zowel als grondstof als als stof voor chemische verwerking gebruikt.
Om papier te maken is veel glucose nodig. Het papier is een dunne vezelige laag cellulose die op speciale apparatuur is verlijmd en geperst om een dun, dicht, glad oppervlak van het papierproduct te verkrijgen (de inkt mag zich er niet overheen verspreiden). Aanvankelijk werd alleen plantaardig materiaal gebruikt om papier te maken, waarvan de juiste vezels mechanisch geïsoleerd (rijststengels, katoen, vodden).
Maar de typografie ontwikkelde zich in een zeer snel tempo, er werden ook kranten geproduceerd, dus het op deze manier geproduceerde papier was niet genoeg. Mensen kwamen erachter dat er veel vezels in hout zitten, dus begonnen gemalen houtgrondstoffen te worden toegevoegd aan de plantenmassa waaruit papier werd gemaakt. Maar dit papier scheurde snel en werd in zeer korte tijd geel, zeker bij langdurige blootstelling aan licht.
Daarom begonnen verschillende methoden voor het verwerken van houtmateriaal met chemicaliën te worden ontwikkeld, die het mogelijk maken om cellulose te isoleren die is gezuiverd van verschillende onzuiverheden ervan.
Om cellulose te verkrijgen, worden chips lange tijd gekookt in een oplossing van reagentia (zuur of alkali), waarna de resulterende vloeistof wordt gezuiverd. Zo ontstaat pure cellulose.
Zwavelzuur is een zuurreagens, het wordt gebruikt voor de productie van cellulose uit hout met een kleine hoeveelheid hars.
Alkalische reagentia omvatten:
- soda-reagentia zorgen voor de productie van cellulose uit hardhout en eenjarige planten (dergelijke cellulose is vrij duur);
- sulfaatreagentia, waarvan natriumsulfaat de meest voorkomende is (de basis voor de productie van witte vloeistof, en het wordt al gebruikt als reagens voor de vervaardiging van cellulose uit alle planten).
Na alle productiefasen gaat het papier naar de vervaardiging van verpakkingen, boeken en kantoorartikelen.
Uit al het bovenstaande kunnen we concluderen dat cellulose (vezel) een belangrijke reinigende en genezende waarde heeft voor de menselijke darmen, en ook in veel industrietakken wordt gebruikt.
Cellulose (C 6 H 10 O 5) n - een natuurlijk polymeer, een polysacharide bestaande uit β-glucoseresten, de moleculen hebben een lineaire structuur. Elk residu van het glucosemolecuul bevat drie hydroxylgroepen, dus het vertoont de eigenschappen van een meerwaardige alcohol.
Fysieke eigenschappen
Cellulose is een vezelachtige substantie die noch in water, noch in gewone organische oplosmiddelen onoplosbaar is, het is hygroscopisch. Het heeft een grote mechanische en chemische sterkte.
1. Cellulose, of vezels, maakt deel uit van planten en vormt daarin celmembranen.
2. Hier komt de naam vandaan (van het Latijnse "cellula" - een cel).
3. Cellulose geeft planten de nodige stevigheid en elasticiteit en is als het ware hun skelet.
4. Katoenvezels bevatten tot 98% cellulose.
5. Vlas- en hennepvezels zijn ook meestal cellulose; in hout is het ongeveer 50%.
6. Papier, katoenen stoffen zijn celluloseproducten.
7. Vooral schone monsters van cellulose zijn watten verkregen uit gezuiverd katoen en filterpapier (niet-gelijmd).
8. Cellulose geïsoleerd uit natuurlijke materialen is een vaste vezelachtige substantie die niet oplost in water of in gewone organische oplosmiddelen.
Chemische eigenschappen
1. Cellulose is een polysacharide die hydrolyse ondergaat om glucose te vormen:
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6
2. Cellulose is een meerwaardige alcohol, gaat veresteringsreacties aan met de vorming van esters
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH → 3nH 2 O + (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n
cellulosetriacetaat
Cellulose-acetaten zijn kunstmatige polymeren die worden gebruikt bij de productie van acetaatzijde, film (film), vernissen.
Sollicitatie
Het gebruik van cellulose is zeer divers. Van daaruit ontvangen papier, stoffen, vernissen, films, explosieven, kunstzijde (acetaat, viscose), kunststoffen (celluloid), glucose en nog veel meer.
Cellulose vinden in de natuur.
1. In natuurlijke vezels bevinden cellulose-macromoleculen zich in één richting: ze zijn georiënteerd langs de vezelas.
2. Talrijke waterstofbruggen die in dit geval tussen de hydroxylgroepen van macromoleculen ontstaan, bepalen de hoge sterkte van deze vezels.
3. Bij het spinnen van katoen, linnen enz. worden deze elementaire vezels tot langere draden geweven.
4. Dit komt door het feit dat de macromoleculen erin, hoewel ze een lineaire structuur hebben, meer willekeurig zijn gelokaliseerd en niet in één richting zijn georiënteerd.
De constructie van zetmeel- en cellulose-macromoleculen uit verschillende cyclische vormen van glucose heeft een aanzienlijke invloed op hun eigenschappen:
1) zetmeel is belangrijk product menselijke voeding, cellulose kan hiervoor niet worden gebruikt;
2) de reden is dat de enzymen die de hydrolyse van zetmeel bevorderen niet inwerken op de bindingen tussen celluloseresten.
5. Als u stukjes filtreerpapier (cellulose) bevochtigd met geconcentreerd zwavelzuur in een porseleinen vijzel maalt en de resulterende suspensie met water verdunt, en ook het zuur neutraliseert met alkali en, zoals in het geval van zetmeel, test de oplossing voor reactie met koper (II) hydroxide, dan zal het uiterlijk van koper (I) oxide worden gezien. Dat wil zeggen, de hydrolyse van cellulose vond plaats in het experiment. Het hydrolyseproces verloopt, net als dat van zetmeel, in stappen totdat glucose is gevormd.
2. Afhankelijk van de concentratie van salpeterzuur en andere omstandigheden, treden één, twee of alle drie de hydroxylgroepen van elke eenheid van het cellulosemolecuul in de veresteringsreactie, bijvoorbeeld: n + 3nHNO3 → n + 3n H2O.
Het gebruik van cellulose.
Acetaatvezel verkrijgen
68. Cellulose, her fysieke eigenschappen
Vinden in de natuur. fysieke eigenschappen.
1. Cellulose, of vezels, maakt deel uit van planten en vormt daarin celmembranen.
2. Hier komt de naam vandaan (van het Latijnse "cellula" - een cel).
3. Cellulose geeft planten de nodige stevigheid en elasticiteit en is als het ware hun skelet.
4. Katoenvezels bevatten tot 98% cellulose.
5. Vlas- en hennepvezels zijn ook meestal cellulose; in hout is het ongeveer 50%.
6. Papier, katoenen stoffen zijn celluloseproducten.
7. Vooral schone monsters van cellulose zijn watten verkregen uit gezuiverd katoen en filterpapier (niet-gelijmd).
8. Cellulose geïsoleerd uit natuurlijke materialen is een vaste vezelachtige substantie die niet oplost in water of in gewone organische oplosmiddelen.
De structuur van cellulose:
1) cellulose is, net als zetmeel, een natuurlijk polymeer;
2) deze stoffen hebben zelfs structurele eenheden van dezelfde samenstelling - de overblijfselen van glucosemoleculen, dezelfde molecuulformule (C6H10O5) n;
3) de waarde van n voor cellulose is gewoonlijk hoger dan voor zetmeel: het gemiddelde molecuulgewicht ervan bereikt enkele miljoenen;
4) het belangrijkste verschil tussen zetmeel en cellulose zit in de structuur van hun moleculen.
Cellulose vinden in de natuur.
1. In natuurlijke vezels bevinden cellulose-macromoleculen zich in één richting: ze zijn georiënteerd langs de vezelas.
2. Talrijke waterstofbruggen die in dit geval tussen de hydroxylgroepen van macromoleculen ontstaan, bepalen de hoge sterkte van deze vezels.
Wat zijn de chemische en fysische eigenschappen van cellulose?
Bij het spinnen van katoen, linnen enz. worden deze elementaire vezels tot langere draden geweven.
4. Dit komt door het feit dat de macromoleculen erin, hoewel ze een lineaire structuur hebben, meer willekeurig zijn gelokaliseerd en niet in één richting zijn georiënteerd.
De constructie van zetmeel- en cellulose-macromoleculen uit verschillende cyclische vormen van glucose heeft een aanzienlijke invloed op hun eigenschappen:
1) zetmeel is een belangrijk voedselproduct voor de mens, cellulose kan hiervoor niet worden gebruikt;
2) de reden is dat de enzymen die de hydrolyse van zetmeel bevorderen niet inwerken op de bindingen tussen celluloseresten.
69. Chemische eigenschappen van cellulose en de toepassing ervan
1. Van Alledaagse leven Van cellulose is bekend dat het goed brandt.
2. Wanneer hout wordt verwarmd zonder toegang tot lucht, treedt thermische ontleding van cellulose op. Dit levert vluchtige organisch materiaal, water en houtskool.
3. Onder de organische ontledingsproducten van hout zijn methylalcohol, azijnzuur, aceton.
4. Cellulose-macromoleculen bestaan uit eenheden die vergelijkbaar zijn met die welke zetmeel vormen, het ondergaat hydrolyse en het product van zijn hydrolyse, zoals zetmeel, zal glucose zijn.
5. Als u stukjes filtreerpapier (cellulose) bevochtigd met geconcentreerd zwavelzuur in een porseleinen vijzel maalt en de resulterende suspensie met water verdunt, en ook het zuur neutraliseert met alkali en, zoals in het geval van zetmeel, test de oplossing voor reactie met koper (II) hydroxide, dan zal het uiterlijk van koper (I) oxide worden gezien.
69. Chemische eigenschappen van cellulose en de toepassing ervan
Dat wil zeggen, de hydrolyse van cellulose vond plaats in het experiment. Het hydrolyseproces verloopt, net als dat van zetmeel, in stappen totdat glucose is gevormd.
6. De totale hydrolyse van cellulose kan worden uitgedrukt met dezelfde vergelijking als de hydrolyse van zetmeel: (C6H10O5) n + nH2O = nC6H12O6.
7. Structurele eenheden van cellulose (C6H10O5) n bevatten hydroxylgroepen.
8. Door deze groepen kan cellulose ethers en esters geven.
9. Cellulosesalpeterzuuresters zijn van groot belang.
Kenmerken van salpeterzuuresters van cellulose.
1. Ze worden verkregen door de inwerking van salpeterzuur op cellulose in aanwezigheid van zwavelzuur.
2. Afhankelijk van de concentratie van salpeterzuur en andere omstandigheden, treden één, twee of alle drie de hydroxylgroepen van elke eenheid van het cellulosemolecuul in de veresteringsreactie, bijvoorbeeld: n + 3nHNO3 -> n + 3n H2O.
Een gemeenschappelijke eigenschap van cellulosenitraten is hun extreme ontvlambaarheid.
Cellulosetrinitraat, pyroxyline genaamd, is een zeer explosieve stof. Het wordt gebruikt om rookloos poeder te produceren.
Celluloseacetaat en cellulosetriacetaat zijn ook erg belangrijk. Cellulosediacetaat en triacetaat uiterlijk vergelijkbaar met cellulose.
Het gebruik van cellulose.
1. Vanwege zijn mechanische sterkte in de samenstelling van hout, wordt het in de bouw gebruikt.
2. Er worden verschillende schrijnwerkproducten van gemaakt.
3. In de vorm van vezelmaterialen (katoen, linnen) wordt het gebruikt voor de vervaardiging van draden, stoffen, touwen.
4. Cellulose geïsoleerd uit hout (vrij van verwante stoffen) wordt gebruikt om papier te maken.
OA Noskova, MS Fedosejev
Chemie van hout
en synthetische polymeren
DEEL 2
Goedgekeurd
Redactie- en uitgeversraad van de universiteit
als aantekeningen
uitgeverij
Perm State Technische Universiteit
Beoordelaars:
kan. techniek. Wetenschappen DR Nagimov
(CJSC "Karbokam");
kan. techniek. wetenschappen, prof. FH Khakimova
(Perm State Technische Universiteit)
Noskova, O.A.
H84 Chemie van hout en synthetische polymeren: collegeaantekeningen: in 2 uur / O.A. Noskova, MS Fedoseev. - Perm: Uitgeverij van Perm. staat techniek. un-ta, 2007. - Deel 2. - 53 p.
ISBN 978-5-88151-795-3
Er wordt informatie gegeven over de chemische structuur en eigenschappen van de hoofdbestanddelen van hout (cellulose, hemicellulose, lignine en extractieven). De chemische reacties van deze componenten die optreden tijdens de chemische verwerking van hout of tijdens de chemische modificatie van cellulose worden beschouwd. Ook gegeven algemene informatie over kookprocessen.
Ontworpen voor studenten van specialiteit 240406 "Technologie van chemische verwerking van hout."
UDC 630*813. + 541,6 + 547.458.8
ISBN 978-5-88151-795-3 © GOU VPO
"Perm Staat
Technische Universiteit", 2007
Invoering………………………………………………………………………… | ……5 | |||
1. Chemie van cellulose………………………………………………………….. | …….6 | |||
1.1. Chemische structuur van cellulose……………………………….. | .…..6 | |||
1.2. Chemische reacties van cellulose…………………………………….. | .……8 | |||
1.3. De werking van alkalische oplossingen op cellulose………………………… | …..10 | |||
1.3.1. Alkalische cellulose…………………………………………. | .…10 | |||
1.3.2. Zwelling en oplosbaarheid van technische cellulose in alkalische oplossingen…………………………………………………… | .…11 | |||
1.4. Oxidatie van cellulose……………………………………………….. | .…13 | |||
1.4.1. Algemene informatie over de oxidatie van cellulose. Hydroxycellulose… | .…13 | |||
1.4.2. De belangrijkste richtingen van oxidatieve reacties ………… | .…14 | |||
1.4.3. Eigenschappen van hydroxycellulose………………………………………… Chemische eigenschappen van cellulose. |
.…15 | |||
1.5. Cellulose-esters…………………………………………. | .…15 | |||
1.5.1. Algemene informatie over de bereiding van cellulose-esters.. | .…15 | |||
1.5.2. Cellulosenitraten ………………………………………… | .…16 | |||
1.5.3. Cellulosexanthaten…………………………………….. | .…17 | |||
1.5.4. Cellulose-acetaten ………………………………………… | .…19 | |||
1.6. Cellulose-ethers……………………………………………… | .…20 | |||
2. Chemie van hemicellulosen………………………………………………………… | .…21 | |||
2.1. Algemene concepten van hemicelluloses en hun eigenschappen………………. | .…21 | |||
.2.2. Pentosanen………………………………………………………….. | .…22 | |||
2.3. Hexosans…………………………………………………………………… | …..23 | |||
2.4. Uronzuren……………………………………………………. | .…25 | |||
2.5. Pectine stoffen ……………………………………………… | .…25 | |||
2.6. Hydrolyse van polysachariden……………………………………………….. | .…26 | |||
2.6.1. Algemene concepten van de hydrolyse van polysachariden………………. | .…26 | |||
2.6.2. Hydrolyse van houtpolysachariden met verdunde minerale zuren……………………………………………….. | …27 | |||
2.6.3. Hydrolyse van houtpolysachariden met geconcentreerde minerale zuren……………………………………………………. | …28 | |||
3. Chemie van lignine……………………………………………………………….. | …29 | |||
3.1. Structurele eenheden van lignine…………………………………………. | …29 | |||
3.2. Isolatiemethoden voor lignine …………………………………………… | …30 | |||
3.3. De chemische structuur van lignine……………………………………………… | …32 | |||
3.3.1. Functionele groepen lignine……………….………………..32 | ||||
3.3.2. De belangrijkste soorten bindingen tussen de structurele eenheden van lignine………………………………………………………………………….35 | ||||
3.4. Chemische bindingen van lignine met polysachariden…………………….. | ..36 | |||
3.5. Chemische reacties van lignine………………………………………….. | ….39 | |||
3.5.1. algemene karakteristieken chemische reacties van lignine………….. | ..39 | |||
3.5.2. Reacties van elementaire eenheden…………………………………… | ..40 | |||
3.5.3. Macromoleculaire reacties……………………………….. | ..42 | |||
4. Extractieve stoffen…………………………………………………… | ..47 | |||
4.1. Algemene informatie………………………………………………………… | ..47 | |||
4.2. Indeling van extractieve stoffen……………………………… | ..48 | |||
4.3. Hydrofobe extractieve stoffen………………………………. | ..48 | |||
4.4. Hydrofiele extractieven ……………………………… | ..50 | |||
5. Algemene concepten van kookprocessen………………………………. | ..51 | |||
Bibliografische lijst ………………………………………………. | ..53 | |||
Invoering
Houtchemie is een tak van technische chemie die de chemische samenstelling van hout bestudeert; chemie van onderwijs, structuur en Chemische eigenschappen stoffen waaruit dood houtweefsel bestaat; methoden voor het isoleren en analyseren van deze stoffen, evenals de chemische aard van natuurlijke en technologische processen voor de verwerking van hout en de afzonderlijke componenten ervan.
In het eerste deel van de collegenota's "Chemistry of Wood and Synthetic Polymers", gepubliceerd in 2002, worden kwesties gerelateerd aan de anatomie van hout, de structuur van het celmembraan, chemische samenstelling hout, fysische en fysisch-chemische eigenschappen van hout.
Het tweede deel van de collegenota's "Chemie van hout en synthetische polymeren" behandelt kwesties die verband houden met de chemische structuur en eigenschappen van de belangrijkste componenten van hout (cellulose, hemicellulose, lignine).
De collegeaantekeningen geven algemene informatie over de kookprocessen, d.w.z. over de productie van technische pulp, die wordt gebruikt bij de productie van papier en karton. Als resultaat van chemische transformaties van technische cellulose, worden de derivaten ervan verkregen - ethers en esters, waaruit kunstmatige vezels (viscose, acetaat), films (film, foto, verpakkingsfilms), kunststoffen, vernissen, kleefstoffen worden geproduceerd. Dit deel van de samenvatting gaat ook kort in op de bereiding en eigenschappen van cellulose-ethers, die veel worden gebruikt in de industrie.
Chemie van cellulose
Chemische structuur van cellulose
Cellulose is een van de belangrijkste natuurlijke polymeren. Het is het hoofdbestanddeel van plantenweefsels. Natuurlijke cellulose wordt in grote hoeveelheden aangetroffen in katoen, vlas en andere vezelplanten, waaruit natuurlijke textielcellulosevezels worden verkregen. Katoenvezels zijn bijna pure cellulose (95-99%). Een belangrijkere bron van industriële productie van cellulose (technische cellulose) is: houten planten. In het hout van verschillende boomsoorten is de massafractie cellulose gemiddeld 40-50%.
Cellulose is een polysacharide waarvan de macromoleculen zijn opgebouwd uit residuen D-glucose (links -D-anhydroglucopyranose), verbonden door β-glycosidische bindingen 1-4:
Cellulose is een lineair homopolymeer (homopolysacharide) dat behoort tot heteroketenpolymeren (polyacetalen). Het is een stereoregulier polymeer, in de keten waarvan een cellobiose-residu dient als stereorepeterende schakel. De totale formule van cellulose kan worden weergegeven als (C6H10O5) P of [C6H7O2 (OH)3] P. Elke monomeereenheid bevat drie alcoholhydroxylgroepen, waarvan één primair -CH2OH is en twee (bij C2 en C3) secundair -CHOH-.
De eindschakels zijn anders dan de rest van de kettingschakels. Een eindschakel (voorwaardelijk goed - niet-reducerend) heeft een extra vrije secundaire alcoholhydroxyl (bij C4). De andere terminale schakel (voorwaardelijk links - reducerend) bevat een vrij glycosidisch (semiacetaal) hydroxyl (in C1 ) en kan daarom in twee tautomere vormen voorkomen - cyclisch (coluacetaal) en open (aldehyde):
De terminale aldehydegroep geeft cellulose een reducerend (herstellend) vermogen. Cellulose kan bijvoorbeeld koper herstellen van Cu2+ naar Cu+:
Hoeveelheid teruggewonnen koper ( koper nummer) dient als een kwalitatief kenmerk van de lengte van celluloseketens en toont de mate van oxidatieve en hydrolytische afbraak.
Natuurlijke cellulose heeft een hoge polymerisatiegraad (DP): hout - 5000-10000 en hoger, katoen - 14000-20000. Wanneer geïsoleerd uit plantenweefsels, wordt cellulose enigszins vernietigd. Technische houtpulp heeft een SP van ongeveer 1000-2000. De SP van cellulose wordt voornamelijk bepaald door de viscometrische methode, waarbij enkele complexe basen als oplosmiddelen worden gebruikt: koper-ammoniakreagens (OH) 2, cupri-ethyleendiamine (OH) 2, cadmiumethyleendiamine (cadoxeen) (OH) 2, enz.
Cellulose geïsoleerd uit planten is altijd polydispers; bevat macromoleculen van verschillende lengtes. De polydispersiteitsgraad van cellulose (moleculaire heterogeniteit) wordt bepaald door fractioneringsmethoden, d.w.z. scheiding van het cellulosemonster in fracties met een bepaald molecuulgewicht. Eigenschappen cellulosemonster ( mechanische kracht, oplosbaarheid) zijn afhankelijk van de gemiddelde SP en de mate van polydispersiteit.
12345678910Volgende
Publicatiedatum: 01-11-2015; Lees: 1100 | Schending van pagina-auteursrecht
studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0.002 s) ...
Structuur, eigenschappen, functies van polysachariden (homo- en heteropolysachariden).
POLYSACCHARIDEN zijn stoffen met een hoog molecuulgewicht polymeren), bestaande uit een groot aantal monosachariden. Volgens hun samenstelling zijn ze onderverdeeld in homopolysachariden en heteropolysachariden.
homopolysachariden zijn polymeren die van monosachariden van één type . Bijvoorbeeld, glycogeen, zetmeel zijn alleen opgebouwd uit α-glucose (α-D-glucopyranose) moleculen, β-glucose is ook een vezel (cellulose) monomeer.
Zetmeel. het reserve polysacharide planten. Het monomeer van zetmeel is α-glucose. Stoffelijk overschot glucose in zetmeelmolecuul in lineaire secties zijn met elkaar verbonden α-1,4-glycoside , en op de vertakkingspunten α-1,6-glycosidebindingen .
Zetmeel is een mengsel van twee homopolysachariden: lineair - amylose (10-30%) en vertakt - amylopectine (70-90%).
Glycogeen. Dit is de belangrijkste reserve polysacharide menselijke en dierlijke weefsels. Het glycogeenmolecuul heeft ongeveer 2 keer meer vertakte structuur dan zetmeelamylopectine. Glycogeen monomeer is α-glucose . In het glycogeenmolecuul zijn de glucoseresten in de lineaire secties met elkaar verbonden α-1,4-glycoside , en op de vertakkingspunten α-1,6-glycosidebindingen .
Cellulose. Dit is de meest voorkomende structureel planten homopolysacharide. BIJ lineair vezel molecuul monomeren β-glucose onderling verbonden β-1,4-glycosidebindingen . Vezel wordt niet opgenomen in het menselijk lichaam, maar door zijn stijfheid irriteert het het slijmvlies van het maagdarmkanaal, waardoor verbetert de peristaltiek en stimuleert de afscheiding van spijsverteringssappen, draagt bij aan de vorming van ontlasting.
pectine stoffen- polysachariden, waarvan het monomeer is D- galacturonzuur , waarvan de resten zijn verbonden door α-1,4-glycosidebindingen. Zit in fruit en groenten en wordt gekenmerkt door gelering in aanwezigheid van organische zuren, die worden gebruikt in de voedingsindustrie (gelei, marmelade).
Heteropolysachariden(mucopolysachariden, glycosaminoglycanen) - polymeren bestaande uit van monosachariden ander soort . Door structuur vertegenwoordigen ze
onvertakte ketens opgebouwd uit herhalende disacharideresiduen , die moet omvatten: aminosuiker (glucosamine of galactosamine) en hexauronzuren (glucuronisch of iduronisch).
Fysische, chemische eigenschappen van cellulose
Het zijn gelei-achtige stoffen, vervullen een aantal functies, incl. beschermend (slijm), structureel, vormen de basis intercellulaire substantie.
In het lichaam komen heteropolysachariden niet in vrije toestand voor, maar worden altijd geassocieerd met eiwitten (glycoproteïnen en proteoglycanen) of lipiden (glycolipiden).
Door structuur en eigenschappen zijn onderverdeeld in zuur en neutraal.
ZUUR HETEROPOLYSACHARIDEN:
Ze bevatten hexuronzuur of zwavelzuur. Vertegenwoordigers:
Hyaluronzuuris de belangrijkste structurele component van de intercellulaire substantie, in staat om te binden water ("biologisch cement") . Hyaluronzuuroplossingen hebben een hoge viscositeit, daarom dienen ze als een barrière voor de penetratie van micro-organismen, nemen ze deel aan de regulatie van het watermetabolisme en vormen ze het belangrijkste onderdeel van de intercellulaire substantie).
Chondroïtinesulfaten zijn structurele componenten kraakbeen, ligamenten, pezen, botten, hartkleppen.
Heparine – antistollingsmiddel (voorkomt bloedstolling), heeft een ontstekingsremmende werking, een activator van een aantal enzymen.
NEUTRALE HETEROPOLYSACHARIDEN: maken deel uit van bloedserumglycoproteïnen, mucinen van speeksel, urine, enz., opgebouwd uit aminosuikers en siaalzuren. Neutrale huisartsen maken deel uit van velen. enzymen en hormonen.
SIALZUREN - een verbinding van neuraminezuur met azijn of aminozuur - glycine, maken deel uit van celmembranen, biologische vloeistoffen. Siaalzuren worden bepaald voor de diagnose van systemische ziekten (reuma, systemische lupus erythematosus).
Een complex koolhydraat uit de groep van polysachariden, dat deel uitmaakt van de celwand van planten, wordt cellulose of vezel genoemd. De stof werd in 1838 ontdekt door de Franse chemicus Anselm Payen. Celluloseformule - (C 6 H 10 O 5) n.
Structuur
Ondanks de gemeenschappelijke kenmerken verschilt cellulose van een ander plantaardig polysacharide - zetmeel. Het cellulosemolecuul is een lange, extreem onvertakte keten van sacchariden. In tegenstelling tot zetmeel, dat uit α-glucoseresten bestaat, bevat het veel -glucoseresten die aan elkaar zijn gekoppeld.
Door de dichte lineaire structuur vormen de moleculen vezels.
Rijst. 1. De structuur van het cellulosemolecuul.
Cellulose heeft een hogere polymerisatiegraad dan zetmeel.
Ontvangst
Cellulose wordt onder industriële omstandigheden uit hout (snippers) gekookt. Hiervoor worden zure of alkalische reagentia gebruikt. Bijvoorbeeld natriumhydrosulfiet, natriumhydroxide, loog.
Als gevolg van koken wordt cellulose gevormd met een mengsel van organische verbindingen. Gebruik een alkalische oplossing om het schoon te maken.
Fysieke eigenschappen
Cellulose is een smaakloze witte vaste vezelachtige substantie. Cellulose is slecht oplosbaar in water en organische oplosmiddelen. Het lost op in Schweitzer's reagens - een ammoniakoplossing van koper (II) hydroxide.
Belangrijkste fysieke eigenschappen:
- bezwijkt bij 200°C;
- brandt bij 275 °C;
- spontaan ontbrandt bij 420°C;
- smelt bij 467°C.
In de natuur komt cellulose voor in planten. Het wordt gevormd tijdens fotosynthese en vervult een structurele functie in planten. Het is een levensmiddelenadditief E460.
Rijst. 2. Planten celwand.
Chemische eigenschappen
Door de aanwezigheid van drie hydroxylgroepen in één saccharide, vertoont vezels de eigenschappen van meerwaardige alcoholen en is het in staat om veresteringsreacties aan te gaan onder vorming van esters. Wanneer het wordt afgebroken zonder toegang tot zuurstof, valt het uiteen in houtskool, water en vluchtige organische stoffen.
De belangrijkste chemische eigenschappen van vezels zijn weergegeven in de tabel.
Reactie |
Beschrijving |
De vergelijking |
Hydrolyse |
Komt voor bij verhitting in een zure omgeving met de vorming van glucose |
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t °, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6 |
Met azijnzuuranhydride |
Vorming van triacetylcellulose in aanwezigheid van zwavelzuur en azijnzuur |
(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O |
Nitratie |
Het reageert met geconcentreerd salpeterzuur bij normale temperatuur. Er wordt een ester gevormd - cellulosetrinitraat of pyroxyline, gebruikt om rookloos poeder te maken |
(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n |
aan de hand volledige oxidatie tot koolstofdioxide en water |
(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t °) → 6nCO 2 + 5nH 2 O |
Rijst. 3. Pyroxyline.
Cellulose wordt voornamelijk gebruikt voor het maken van papier, maar ook voor de productie van esters, alcoholen, glucose.
Wat hebben we geleerd?
Cellulose of vezel is een polymeer uit de klasse van koolhydraten, bestaande uit β-glucoseresten. Inbegrepen in plant gevangenismuren. Het is een witte, smaakloze stof die vezels vormt die slecht oplosbaar zijn in water en organische oplosmiddelen. Cellulose wordt door verpulping uit hout geïsoleerd. De verbinding gaat verestering en hydrolysereacties aan, en kan in afwezigheid van lucht ontleden. Wanneer het volledig is afgebroken, vormt het water en koolstofdioxide.
Onderwerp quiz
Evaluatie rapporteren
Gemiddelde score: 4.7. Totaal aantal ontvangen beoordelingen: 263.
- Runentraining: waar te beginnen?
- Runen voor beginners: definitie, concept, beschrijving en uiterlijk, waar te beginnen, werkregels, functies en nuances bij het gebruik van runen Hoe runen te leren begrijpen
- Hoe maak je een huis of appartement schoon van negativiteit?
- zal al je mislukkingen wegvagen, dingen van de grond halen en alle deuren openen voor zijn meester!