Celulóza distribuovaná v prírode. Aké sú chemické a fyzikálne vlastnosti celulózy

Celý náš život nás obklopuje veľké množstvo predmety - kartónové škatule, ofsetový papier, celofánové vrecká, viskózové oblečenie, bambusové uteráky a mnoho ďalšieho. Málokto však vie, že pri ich výrobe sa aktívne používa celulóza. Čo je to za skutočne magickú látku, bez ktorej takmer žiadna moderna priemyselný podnik? V tomto článku si povieme o vlastnostiach celulózy, jej použití v rôznych odboroch, ako aj to, z čoho je extrahovaný a čo to je chemický vzorec. Začnime možno od začiatku.

Detekcia látok

Vzorec celulózy objavil francúzsky chemik Anselme Payen počas pokusov o rozdeľovaní dreva na jeho zložky. Po ošetrení kyselinou dusičnou vedec zistil, že počas chemická reakcia vzniká vláknitá látka podobná bavlne. Po dôkladnej analýze výsledného materiálu získal Payen chemický vzorec celulózy - C6H10O5. Popis procesu bol publikovaný v roku 1838 a jeho vlastný vedecké meno látka bola prijatá v roku 1839.

Dary prírody

Dnes je s istotou známe, že takmer všetky mäkké časti rastlín a živočíchov obsahujú určité množstvo celulózy. Napríklad rastliny potrebujú túto látku na normálny rast a vývoj, presnejšie na tvorbu membrán novovytvorených buniek. Zložením patrí medzi polysacharidy.

V priemysle sa spravidla získava prírodná celulóza z ihličnatých a listnatých stromov - suché drevo obsahuje až 60% tejto látky, ako aj spracovaním bavlneného odpadu, ktorý obsahuje asi 90% celulózy.

Je známe, že ak sa drevo zahrieva vo vákuu, teda bez prístupu vzduchu, dochádza k tepelnému rozkladu celulózy, čím vzniká acetón, metylalkohol, voda, octová kyselina a drevené uhlie.

Napriek bohatej flóre planéty už nie je dostatok lesov na produkciu množstva chemických vlákien potrebných pre priemysel – použitie celulózy je príliš rozsiahle. Preto sa stále viac získava zo slamy, tŕstia, kukuričných stoniek, bambusu a tŕstia.

Syntetická celulóza s použitím rôznych technologických procesov pochádza z uhlia, ropy, zemného plynu a bridlice.

Z lesa do dielní

Pozrime sa na korisť technická celulóza z dreva je zložitý, zaujímavý a zdĺhavý proces. V prvom rade sa drevo dovezie do výroby, nareže sa na veľké úlomky a odstráni sa kôra.

Očistené tyčinky sa potom spracujú na štiepky a triedia, potom sa varia v lúhu. Výsledná celulóza sa oddelí od alkálie, potom sa vysuší, nareže a zabalí na prepravu.

Chémia a fyzika

Aké chemické a fyzikálne tajomstvá sa ukrývajú vo vlastnostiach celulózy okrem toho, že ide o polysacharid? V prvom rade táto látka biely. Ľahko sa zapaľuje a dobre horí. Rozpúšťa sa v komplexných zlúčeninách vody s hydroxidmi určitých kovov (meď, nikel), s amínmi, ako aj v kyselinách sírových a fosforečných, koncentrovaný roztok chlorid zinočnatý.

Celulóza sa nerozpúšťa v dostupných domácich rozpúšťadlách a bežnej vode. Stáva sa to preto, že dlhé vláknité molekuly tejto látky sú spojené do zvláštnych zväzkov a sú umiestnené navzájom paralelne. Celá táto „štruktúra“ je navyše posilnená vodíkovými väzbami, a preto molekuly slabého rozpúšťadla alebo vody jednoducho nemôžu preniknúť dovnútra a zničiť tento silný plexus.

Najtenšie nite, ktorých dĺžka sa pohybuje od 3 do 35 milimetrov, spojené do zväzkov - takto môžete schematicky znázorniť štruktúru celulózy. Dlhé vlákna sa využívajú v textilnom priemysle, krátke vlákna sa využívajú pri výrobe napríklad papiera a kartónu.

Celulóza sa neroztopí ani nepremení na paru, ale pri zahriatí nad 150 stupňov Celzia sa začne rozkladať, pričom sa uvoľňujú zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou – vodík, metán a oxid uhoľnatý (oxid uhoľnatý). Pri teplotách 350 o C a vyšších dochádza k zuhoľnateniu celulózy.

Zmena k lepšiemu

Chemické symboly tak opisujú celulózu, ktorej štruktúrny vzorec jasne ukazuje molekulu polyméru s dlhým reťazcom pozostávajúcu z opakujúcich sa glukozidových zvyškov. Všimnite si „n“ označujúce ich veľký počet.

Mimochodom, vzorec pre celulózu, odvodený od Anselma Payena, prešiel niekoľkými zmenami. V roku 1934 anglický organický chemik, laureát nobelová cena Walter Norman Haworth študoval vlastnosti škrobu, laktózy a iných cukrov vrátane celulózy. Keď objavil schopnosť tejto látky hydrolyzovať, vykonal vlastné úpravy Payenovho výskumu a vzorec celulózy bol doplnený o hodnotu „n“, čo naznačuje prítomnosť glykozidických zvyškov. Momentálne to vyzerá takto: (C 5 H 10 O 5) n.

Étery celulózy

Je dôležité, aby molekuly celulózy obsahovali hydroxylové skupiny, ktoré môžu byť alkylované a acylované za vzniku rôznych esterov. Toto je ďalší z najdôležitejšie vlastnosti ktorú celulóza má. Štruktúrny vzorec rôznych zlúčenín môže vyzerať takto:

Étery celulózy sú jednoduché alebo zložité. Jednoduché sú metyl-, hydroxypropyl-, karboxymetyl-, etyl-, metylhydroxypropyl- a kyanoetylcelulóza. Komplexné sú dusičnany, sírany a acetáty celulózy, ako aj acetopropionáty, acetylftalylcelulóza a acetobutyráty. Všetky tieto étery sa vyrábajú takmer vo všetkých krajinách sveta v stovkách tisíc ton ročne.

Od fotografického filmu po zubnú pastu

Na čo sú? Spravidla sa étery celulózy široko používajú na výrobu umelých vlákien, rôznych plastov, všetkých druhov filmov (vrátane fotografických), lakov, farieb a používajú sa aj vo vojenskom priemysle na výrobu tuhého raketového paliva, bezdymového prášku a výbušniny.

Okrem toho sú celulózové étery obsiahnuté v sadrových a sadrovo-cementových zmesiach, farbách na tkaniny, zubných pastách, rôznych lepidlách, syntetických čistiace prostriedky, parfumy a kozmetika. Jedným slovom, keby vzorec celulózy nebol objavený už v roku 1838, moderných ľudí by nemal veľa výhod civilizácie.

Takmer dvojičky

Len málo z nich Obyčajní ľudia vie, že celulóza má akési dvojča. Vzorec celulózy a škrobu je rovnaký, ale ide o dve úplne odlišné látky. Aký je rozdiel? Napriek skutočnosti, že obe tieto látky sú prírodné polyméry, stupeň polymerizácie škrobu je oveľa nižší ako stupeň polymerizácie celulózy. A ak budete tápať ďalej a porovnávať štruktúry týchto látok, zistíte, že makromolekuly celulózy sú usporiadané lineárne a len jedným smerom, čím vznikajú vlákna, zatiaľ čo mikročastice škrobu vyzerajú trochu inak.

Oblasti použitia

Jeden z najlepších vizuálnych príkladov prakticky čistej celulózy je obyčajná lekárska vata. Ako viete, získava sa zo starostlivo vyčistenej bavlny.

Druhým, nemenej používaným celulózovým produktom je papier. V skutočnosti ide o tenkú vrstvu celulózových vlákien, starostlivo zlisovaných a zlepených dohromady.

Okrem toho sa z celulózy vyrába viskózová tkanina, ktorá sa pod šikovnými rukami remeselníkov magicky mení na krásne šaty, čalúnenie pre čalúnený nábytok a rôzne ozdobné závesy. Viskóza sa používa aj na výrobu technických pásov, filtrov a kordov pneumatík.

Nezabudnime ani na celofán, ktorý sa vyrába z viskózy. Je ťažké si bez nej predstaviť supermarkety, obchody, baliace oddelenia pôšt. Celofán je všade: sú v ňom zabalené cukríky, sú v ňom balené cereálie, pekárenské výrobky, ako aj tablety, pančuchy a akékoľvek vybavenie, od mobilný telefón a končiac diaľkovým ovládačom k TV.

Okrem toho je v tabletách na chudnutie zahrnutá čistá mikrokryštalická celulóza. Keď sa dostanú do žalúdka, napučiavajú a vytvárajú pocit plnosti. Množstvo jedla skonzumovaného za deň sa výrazne zníži, a teda aj hmotnosť.

Ako môžete vidieť, objav celulózy urobil skutočnú revolúciu nielen v chemickom priemysle, ale aj v medicíne.

Celý život nás obklopuje obrovské množstvo predmetov – kartónové škatule, ofsetový papier, igelitové tašky, viskózové oblečenie, bambusové uteráky a mnoho ďalšieho. Málokto však vie, že pri ich výrobe sa aktívne používa celulóza. Čo je to za skutočne magickú látku, bez ktorej sa nezaobíde takmer žiadny moderný priemyselný podnik? V tomto článku si povieme o vlastnostiach celulózy, jej využití v rôznych oblastiach, ako aj o tom, z čoho sa získava a aký je jej chemický vzorec. Začnime možno od začiatku.

Detekcia látok

Vzorec celulózy objavil francúzsky chemik Anselme Payen počas pokusov o rozdeľovaní dreva na jeho zložky. Po ošetrení kyselinou dusičnou vedec zistil, že pri chemickej reakcii vznikla vláknitá látka podobná bavlne. Po dôkladnej analýze výsledného materiálu získal Payen chemický vzorec celulózy - C6H10O5. Opis procesu bol publikovaný v roku 1838 a látka dostala svoj vedecký názov v roku 1839.

Dary prírody

Dnes je s istotou známe, že takmer všetky mäkké časti rastlín a živočíchov obsahujú určité množstvo celulózy. Napríklad rastliny potrebujú túto látku na normálny rast a vývoj, presnejšie na tvorbu membrán novovytvorených buniek. Zložením patrí medzi polysacharidy.

V priemysle sa spravidla získava prírodná celulóza z ihličnatých a listnatých stromov - suché drevo obsahuje až 60% tejto látky, ako aj spracovaním bavlneného odpadu, ktorý obsahuje asi 90% celulózy.

Je známe, že ak sa drevo zahrieva vo vákuu, teda bez prístupu vzduchu, dochádza k tepelnému rozkladu celulózy, čím vzniká acetón, metylalkohol, voda, kyselina octová a drevené uhlie.

Napriek bohatej flóre planéty už nie je dostatok lesov na produkciu množstva chemických vlákien potrebných pre priemysel – použitie celulózy je príliš rozsiahle. Preto sa stále viac získava zo slamy, tŕstia, kukuričných stoniek, bambusu a tŕstia.

Syntetická celulóza sa vyrába z uhlia, ropy, zemného plynu a bridlice rôznymi technologickými postupmi.

Z lesa do dielní

Pozrime sa na extrakciu technickej celulózy z dreva – ide o zložitý, zaujímavý a zdĺhavý proces. V prvom rade sa drevo dovezie do výroby, nareže sa na veľké úlomky a odstráni sa kôra.

Očistené tyčinky sa potom spracujú na štiepky a triedia, potom sa varia v lúhu. Výsledná celulóza sa oddelí od alkálie, potom sa vysuší, nareže a zabalí na prepravu.

Chémia a fyzika

Aké chemické a fyzikálne tajomstvá sa ukrývajú vo vlastnostiach celulózy okrem toho, že ide o polysacharid? V prvom rade je to biela látka. Ľahko sa zapaľuje a dobre horí. Rozpúšťa sa v komplexných zlúčeninách vody s hydroxidmi určitých kovov (meď, nikel), s amínmi, ako aj v kyseline sírovej a ortofosforečnej, koncentrovanom roztoku chloridu zinočnatého.

Celulóza sa nerozpúšťa v dostupných domácich rozpúšťadlách a bežnej vode. Stáva sa to preto, že dlhé vláknité molekuly tejto látky sú spojené do zvláštnych zväzkov a sú umiestnené navzájom paralelne. Celá táto „štruktúra“ je navyše posilnená vodíkovými väzbami, a preto molekuly slabého rozpúšťadla alebo vody jednoducho nemôžu preniknúť dovnútra a zničiť tento silný plexus.

Najtenšie nite, ktorých dĺžka sa pohybuje od 3 do 35 milimetrov, spojené do zväzkov - takto môžete schematicky znázorniť štruktúru celulózy. Dlhé vlákna sa využívajú v textilnom priemysle, krátke vlákna sa využívajú pri výrobe napríklad papiera a kartónu.

Celulóza sa neroztopí ani nepremení na paru, ale pri zahriatí nad 150 stupňov Celzia sa začne rozkladať, pričom sa uvoľňujú zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou – vodík, metán a oxid uhoľnatý (oxid uhoľnatý). Pri teplotách 350 o C a vyšších dochádza k zuhoľnateniu celulózy.

Zmena k lepšiemu

Chemické symboly tak opisujú celulózu, ktorej štruktúrny vzorec jasne ukazuje molekulu polyméru s dlhým reťazcom pozostávajúcu z opakujúcich sa glukozidových zvyškov. Všimnite si „n“ označujúce ich veľký počet.

Mimochodom, vzorec pre celulózu, odvodený od Anselma Payena, prešiel niekoľkými zmenami. V roku 1934 anglický organický chemik a nositeľ Nobelovej ceny Walter Norman Haworth študoval vlastnosti škrobu, laktózy a iných cukrov, vrátane celulózy. Keď objavil schopnosť tejto látky hydrolyzovať, vykonal vlastné úpravy Payenovho výskumu a vzorec celulózy bol doplnený o hodnotu „n“, čo naznačuje prítomnosť glykozidických zvyškov. Momentálne to vyzerá takto: (C 5 H 10 O 5) n.

Étery celulózy

Je dôležité, aby molekuly celulózy obsahovali hydroxylové skupiny, ktoré môžu byť alkylované a acylované za vzniku rôznych esterov. Toto je ďalšia z najdôležitejších vlastností celulózy. Štruktúrny vzorec rôznych zlúčenín môže vyzerať takto:

Étery celulózy sú jednoduché alebo zložité. Jednoduché sú metyl-, hydroxypropyl-, karboxymetyl-, etyl-, metylhydroxypropyl- a kyanoetylcelulóza. Komplexné sú dusičnany, sírany a acetáty celulózy, ako aj acetopropionáty, acetylftalylcelulóza a acetobutyráty. Všetky tieto étery sa vyrábajú takmer vo všetkých krajinách sveta v stovkách tisíc ton ročne.

Od fotografického filmu po zubnú pastu

Na čo sú? Spravidla sa étery celulózy široko používajú na výrobu umelých vlákien, rôznych plastov, všetkých druhov filmov (vrátane fotografických), lakov, farieb a používajú sa aj vo vojenskom priemysle na výrobu tuhého raketového paliva, bezdymového prášku a výbušniny.

Okrem toho sú étery celulózy súčasťou sadrových a sadrovo-cementových zmesí, farieb na tkaniny, zubných pást, rôznych lepidiel, syntetických čistiacich prostriedkov, parfumov a kozmetiky. Jedným slovom, ak by celulózový vzorec nebol objavený už v roku 1838, moderní ľudia by si nevyužívali mnohé výhody civilizácie.

Takmer dvojičky

Málokto z bežných ľudí vie, že celulóza má akéhosi dvojníka. Vzorec celulózy a škrobu je rovnaký, ale ide o dve úplne odlišné látky. Aký je rozdiel? Napriek skutočnosti, že obe tieto látky sú prírodné polyméry, stupeň polymerizácie škrobu je oveľa nižší ako stupeň polymerizácie celulózy. A ak budete tápať ďalej a porovnávať štruktúry týchto látok, zistíte, že makromolekuly celulózy sú usporiadané lineárne a len jedným smerom, čím vznikajú vlákna, zatiaľ čo mikročastice škrobu vyzerajú trochu inak.

Oblasti použitia

Jedným z najlepších vizuálnych príkladov prakticky čistej celulózy je obyčajná lekárska vata. Ako viete, získava sa zo starostlivo vyčistenej bavlny.

Druhým, nemenej používaným celulózovým produktom je papier. V skutočnosti ide o tenkú vrstvu celulózových vlákien, starostlivo zlisovaných a zlepených dohromady.

Okrem toho sa z celulózy vyrába viskózová tkanina, ktorá sa pod šikovnými rukami remeselníkov magicky mení na nádherné odevy, čalúnenie čalúneného nábytku a rôzne ozdobné závesy. Viskóza sa používa aj na výrobu technických pásov, filtrov a kordov pneumatík.

Nezabudnime ani na celofán, ktorý sa vyrába z viskózy. Je ťažké si bez nej predstaviť supermarkety, obchody, baliace oddelenia pôšt. Celofán je všade: balia sa do neho cukríky, balia sa do neho cereálie, pečivo, ale aj tablety, pančucháče a akékoľvek vybavenie, od mobilu až po ovládač od televízora.

Okrem toho je v tabletách na chudnutie zahrnutá čistá mikrokryštalická celulóza. Keď sa dostanú do žalúdka, napučiavajú a vytvárajú pocit plnosti. Množstvo jedla skonzumovaného za deň sa výrazne zníži, a teda aj hmotnosť.

Ako môžete vidieť, objav celulózy urobil skutočnú revolúciu nielen v chemickom priemysle, ale aj v medicíne.

Celulóza (C6H10O5) n – prírodný polymér, polysacharid pozostávajúci zo zvyškov β-glukózy, molekuly majú lineárnu štruktúru. Každý zvyšok molekuly glukózy obsahuje tri hydroxylové skupiny, takže vykazuje vlastnosti viacsýtneho alkoholu.

Fyzikálne vlastnosti

Celulóza je vláknitá látka, nerozpustná vo vode ani v bežných organických rozpúšťadlách a je hygroskopická. Má veľkú mechanickú a chemickú pevnosť.

1. Celulóza, čiže vláknina, je súčasťou rastlín, tvorí v nich bunkové steny.

2. Odtiaľ pochádza jeho názov (z latinského „cellulum“ - bunka).

3. Celulóza dodáva rastlinám potrebnú pevnosť a pružnosť a je akoby ich kostrou.

4. Bavlnené vlákna obsahujú až 98% celulózy.

5. Ľanové a konopné vlákna sa tiež skladajú hlavne z celulózy; v dreve je to asi 50 %.

6. Papier a bavlnené tkaniny sú výrobky vyrobené z celulózy.

7. Zvlášť čisté príklady celulózy sú vata získaná z čistenej bavlny a filtračného (nezlepeného) papiera.

8. Celulóza, izolovaná z prírodných materiálov, je pevná vláknitá látka, ktorá je nerozpustná ani vo vode, ani v bežných organických rozpúšťadlách.

Chemické vlastnosti

1. Celulóza je polysacharid, ktorý podlieha hydrolýze za vzniku glukózy:

(C6H1005) n + nH20 → nC6H1206

2. Celulóza je viacsýtny alkohol, ktorý podlieha esterifikačným reakciám za vzniku esterov

(C6H702 (OH) 3) n + 3nCH3COOH → 3nH20+ (C6H702 (OCOCH 3) 3) n

triacetát celulózy

Acetáty celulózy sú umelé polyméry používané pri výrobe acetátu hodvábu, filmu (filmu) a lakov.

Aplikácia

Využitie celulózy je veľmi rôznorodé. Z neho sa získava papier, tkaniny, laky, filmy. výbušniny, umelý hodváb (acetát, viskóza), plasty (celuloid), glukóza a mnohé ďalšie.

Nájdenie celulózy v prírode.

1. V prírodných vláknach sú makromolekuly celulózy umiestnené v jednom smere: sú orientované pozdĺž osi vlákna.

2. Početné vodíkové väzby, ktoré vznikajú medzi hydroxylovými skupinami makromolekúl, určujú vysokú pevnosť týchto vlákien.

3. V procese pradenia bavlny, ľanu atď. sú tieto elementárne vlákna tkané do dlhších nití.

4. Vysvetľuje sa to tým, že makromolekuly v ňom, hoci majú lineárnu štruktúru, sú umiestnené náhodnejšie a nie sú orientované jedným smerom.

Konštrukcia makromolekúl škrobu a celulózy z rôznych cyklických foriem glukózy výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti:

1) škrob je dôležitý produktľudská výživa, na tento účel nemožno použiť celulózu;

2) dôvodom je, že enzýmy, ktoré podporujú hydrolýzu škrobu, nepôsobia na väzby medzi celulózovými zvyškami.

Celulóza (vláknina) je rastlinný polysacharid, ktorý je najbežnejšou organickou látkou na Zemi.

1. Fyzikálne vlastnosti

Táto látka je biela, bez chuti a zápachu, nerozpustná vo vode a má vláknitú štruktúru. Rozpúšťa sa v amoniakovom roztoku hydroxidu meďnatého - Schweitzerovo činidlo.

Video experiment „Rozpustenie celulózy v roztoku hydroxidu meďnatého (II) v amoniaku“

2. Byť v prírode

Tento biopolymér má veľkú mechanickú pevnosť a pôsobí ako nosný materiál pre rastliny, tvoriaci stenu rastlinné bunky. IN veľké množstvá Celulóza sa nachádza v drevnom tkanive (40-55%), ľanových vláknach (60-85%) a bavlne (95-98%). Hlavná zložka membrány rastlinných buniek. Vzniká v rastlinách počas procesu fotosyntézy.

Drevo pozostáva z 50 % celulózy a bavlna, ľan a konope sú takmer čistou celulózou.

Chitín (analóg celulózy) je hlavnou zložkou exoskeletu článkonožcov a iných bezstavovcov a tiež v zložení bunkové steny plesní a baktérií.

3. Štruktúra

Pozostáva zo zvyškov β-glukózy

4. Potvrdenie

Získané z dreva

5. Aplikácia

Celulóza sa používa pri výrobe papiera, umelých vlákien, fólií, plastov, farieb a lakov, bezdymového prášku, výbušnín, tuhého raketového paliva, na výrobu hydrolytického liehu atď.

· Výroba acetátového hodvábu - umelé vlákno, plexisklo, nehorľavá fólia z acetátu celulózy.

· Príprava bezdymového pušného prachu z triacetylcelulózy (pyroxylínu).

· Príprava kolódia (hrubý film na medicínu) a celuloidu (výroba filmov, hračiek) z diacetylcelulózy.

· Výroba nití, lán, papiera.

· Výroba glukózy, etylalkoholu (na výrobu gumy)

Medzi najdôležitejšie deriváty celulózy patria:
- metylcelulóza(metylétery celulózy) všeobecného vzorca

N ( X= 1, 2 alebo 3);

- acetát celulózy(triacetát celulózy) – ester celulózy a kyseliny octovej

- nitrocelulóza(nitráty celulózy) – dusičnany celulózy:

N ( X= 1, 2 alebo 3).

6. Chemické vlastnosti

Hydrolýza

(C6H1005)n + nH20 t,H2S04→ nC6H1206

glukózy

Hydrolýza prebieha v etapách:

(C6H1005) n -> (C6H1005) m -> xC12H22011 -> nC6H1206 ( Poznámka, m