Celuloza, razširjena v naravi. Kakšne so kemijske in fizikalne lastnosti celuloze

Vsa naša življenja nas obkrožajo velik znesek artiklov - kartonske škatle, ofsetni papir, celofanske vrečke, oblačila iz viskoze, bambusove brisače in še mnogo več. Toda malo ljudi ve, da se celuloza aktivno uporablja v njihovi proizvodnji. Kaj je to resnično čarobna snov, brez katere skoraj nobena moderna industrijsko podjetje? V tem članku bomo govorili o lastnostih celuloze, njeni uporabi v različna področja, pa tudi iz česa je pridobljen in kaj je kemijska formula. Začnimo morda od začetka.

Odkrivanje snovi

Formulo celuloze je med poskusi ločevanja lesa na sestavine odkril francoski kemik Anselme Payen. Obdelal z dušikovo kislino, je znanstvenik odkril, da med kemijska reakcija nastane vlaknasta snov, podobna vati. Po natančni analizi nastalega materiala je Payen dobil kemijsko formulo celuloze - C 6 H 10 O 5. Opis postopka je bil objavljen leta 1838 in lasten znanstveno ime snov so prejeli leta 1839.

Darovi narave

Zdaj je zagotovo znano, da skoraj vsi mehki deli rastlin in živali vsebujejo določeno količino celuloze. To snov rastline na primer potrebujejo za normalno rast in razvoj, natančneje za ustvarjanje membran novonastalih celic. Po sestavi spada med polisaharide.

V industriji se naravno celulozo praviloma pridobiva iz iglavcev in listavcev - suh les vsebuje do 60% te snovi, pa tudi s predelavo bombažnih odpadkov, ki vsebujejo približno 90% celuloze.

Znano je, da če les segrevamo v vakuumu, torej brez dostopa zraka, pride do termičnega razpada celuloze, pri čemer nastanejo aceton, metilni alkohol, voda, ocetna kislina in oglje.

Kljub bogati flori planeta ni več dovolj gozdov za proizvodnjo količine kemičnih vlaken, potrebnih za industrijo – uporaba celuloze je preobsežna. Zato ga vse pogosteje pridobivajo iz slame, trstičja, koruznih stebel, bambusa in trstičja.

Sintetična celuloza z uporabo različnih tehnološki procesi pridobljeno iz premoga, nafte, zemeljskega plina in skrilavca.

Iz gozda v delavnice

Poglejmo plen tehnična celuloza iz lesa je kompleksen, zanimiv in dolgotrajen postopek. Najprej se les pripelje v proizvodnjo, razreže na velike drobce in odstrani lubje.

Očiščene palice nato predelajo v sekance in sortirajo, nato pa jih prekuhajo v lugu. Nastala celuloza se loči od alkalije, nato posuši, razreže in zapakira za pošiljanje.

Kemija in fizika

Katere kemijske in fizikalne skrivnosti se skrivajo v lastnostih celuloze poleg dejstva, da je polisaharid? Najprej ta snov bela. Z lahkoto se vname in dobro gori. Topi se v kompleksnih spojinah vode s hidroksidi nekaterih kovin (baker, nikelj), z amini, pa tudi v žveplovi in ​​fosforni kislini, koncentrirana raztopina cinkov klorid.

Celuloza se ne topi v razpoložljivih gospodinjskih topilih in navadni vodi. To se zgodi zato, ker so dolge niti podobne molekule te snovi povezane v svojevrstne snope in se nahajajo vzporedno ena z drugo. Poleg tega je ta celotna "struktura" okrepljena z vodikovimi vezmi, zato molekule šibkega topila ali vode preprosto ne morejo prodreti v notranjost in uničiti tega močnega pleksusa.

Najtanjše niti, katerih dolžina je od 3 do 35 milimetrov, povezane v snope - tako lahko shematično predstavite strukturo celuloze. Dolga vlakna se uporabljajo v tekstilni industriji, kratka vlakna se uporabljajo v proizvodnji na primer papirja in kartona.

Celuloza se ne topi in ne spreminja v paro, ampak začne pri segrevanju nad 150 stopinj Celzija razpadati, pri čemer se sproščajo nizkomolekularne spojine – vodik, metan in ogljikov monoksid (ogljikov monoksid). Pri temperaturah 350 o C in več celuloza zogleni.

Sprememba na bolje

Tako kemični simboli opisujejo celulozo, katere strukturna formula jasno prikazuje dolgoverižno polimerno molekulo, sestavljeno iz ponavljajočih se glukozidnih ostankov. Upoštevajte "n", ki označuje veliko število.

Mimogrede, formula za celulozo, ki jo je izpeljal Anselm Payen, je doživela nekaj sprememb. Leta 1934 angleški organski kemik, nagrajenec Nobelova nagrada Walter Norman Haworth je proučeval lastnosti škroba, laktoze in drugih sladkorjev, vključno s celulozo. Ko je odkril sposobnost te snovi za hidrolizacijo, je naredil svoje prilagoditve Payenove raziskave in celulozno formulo je dopolnil z vrednostjo "n", kar kaže na prisotnost glikozidnih ostankov. Trenutno je videti takole: (C 5 H 10 O 5) n.

Celulozni etri

Pomembno je, da celulozne molekule vsebujejo hidroksilne skupine, ki se lahko alkilirajo in acilirajo ter tvorijo različne estre. To je še ena od najpomembnejše lastnosti ki jih ima celuloza. Strukturna formula različnih spojin je lahko videti takole:

Celulozni etri so enostavni ali kompleksni. Enostavne so metil-, hidroksipropil-, karboksimetil-, etil-, metilhidroksipropil- in cianoetilceluloza. Kompleksni so nitrati, sulfati in celulozni acetati, pa tudi acetopropionati, acetilftalilceluloza in acetobutirati. Vsi ti etri se proizvajajo v skoraj vseh državah sveta na stotine tisoč ton na leto.

Od fotografskega filma do zobne paste

Čemu so namenjene? Praviloma se celulozni etri pogosto uporabljajo za proizvodnjo umetnih vlaken, različnih plastičnih mas, vseh vrst filmov (vključno s fotografskimi), lakov, barv, uporabljajo pa se tudi v vojaški industriji za proizvodnjo trdnega raketnega goriva, brezdimnega smodnika. in eksplozivi.

Poleg tega so celulozni etri vključeni v mavčne in mavčno-cementne mešanice, barve za tkanine, zobne paste, različna lepila, sintetične detergenti, parfumi in kozmetika. Z eno besedo, če formula celuloze ne bi bila odkrita leta 1838, sodobni ljudje ne bi imela veliko koristi civilizacije.

Skoraj dvojčka

Malo jih je navadni ljudje ve, da ima celuloza neke vrste dvojčka. Formula celuloze in škroba je enaka, vendar sta dve popolnoma različni snovi. Kaj je razlika? Kljub dejstvu, da sta obe snovi naravni polimeri, je stopnja polimerizacije škroba veliko manjša kot pri celulozi. In če se poglobite še dlje in primerjate strukture teh snovi, ugotovite, da so makromolekule celuloze razporejene linearno in le v eno smer ter tako tvorijo vlakna, medtem ko mikrodelci škroba izgledajo nekoliko drugače.

Področja uporabe

Eden najboljših vizualnih primerov praktično čiste celuloze je navadna medicinska vata. Kot veste, je pridobljen iz skrbno prečiščenega bombaža.

Drugi, nič manj uporabljen celulozni izdelek je papir. Pravzaprav gre za tanko plast celuloznih vlaken, skrbno stisnjenih in zlepljenih skupaj.

Poleg tega se viskozna tkanina proizvaja iz celuloze, ki se pod spretnimi rokami mojstrov čarobno spremeni v lepa oblačila, oblazinjenje za oblazinjeno pohištvo in različne okrasne draperije. Viskoza se uporablja tudi za izdelavo tehničnih jermenov, filtrov in vrvic za pnevmatike.

Ne pozabimo na celofan, ki je narejen iz viskoze. Težko si je predstavljati supermarkete, trgovine, embalažne oddelke poštnih uradov brez njega. Celofan je povsod: vanj so zaviti bonboni, vanj so pakirana žita, pekovski izdelki, pa tudi tablice, hlačne nogavice in vsa oprema, od mobilni telefon in konča z daljinskim upravljalnikom za TV.

Poleg tega je čista mikrokristalna celuloza vključena v tablete za hujšanje. Ko pridejo v želodec, nabreknejo in ustvarijo občutek polnosti. Količina porabljene hrane na dan se znatno zmanjša, s tem pa tudi teža.

Kot lahko vidite, je odkritje celuloze naredilo pravo revolucijo ne le v kemični industriji, ampak tudi v medicini.

Vse življenje nas obdaja ogromno predmetov – kartonske škatle, ofsetni papir, plastične vrečke, oblačila iz viskoze, bambusove brisače in še marsikaj. Toda malo ljudi ve, da se celuloza aktivno uporablja v njihovi proizvodnji. Kaj je ta res čarobna snov, brez katere ne more skoraj nobeno sodobno industrijsko podjetje? V tem članku bomo govorili o lastnostih celuloze, njeni uporabi na različnih področjih, pa tudi o tem, iz česa se pridobiva in kakšna je njena kemijska formula. Začnimo morda od začetka.

Odkrivanje snovi

Formulo celuloze je med poskusi ločevanja lesa na sestavine odkril francoski kemik Anselme Payen. Po obdelavi z dušikovo kislino je znanstvenik ugotovil, da je med kemično reakcijo nastala vlaknasta snov, podobna bombažu. Po natančni analizi nastalega materiala je Payen dobil kemijsko formulo celuloze - C 6 H 10 O 5. Opis postopka je bil objavljen leta 1838, snov pa je leta 1839 dobila znanstveno ime.

Darovi narave

Zdaj je zagotovo znano, da skoraj vsi mehki deli rastlin in živali vsebujejo določeno količino celuloze. To snov rastline na primer potrebujejo za normalno rast in razvoj, natančneje za ustvarjanje membran novonastalih celic. Po sestavi spada med polisaharide.

V industriji se naravno celulozo praviloma pridobiva iz iglavcev in listavcev - suh les vsebuje do 60% te snovi, pa tudi s predelavo bombažnih odpadkov, ki vsebujejo približno 90% celuloze.

Znano je, da pri segrevanju lesa v vakuumu, torej brez dostopa zraka, pride do termičnega razpada celuloze, pri čemer nastanejo aceton, metilni alkohol, voda, ocetna kislina in oglje.

Kljub bogati flori planeta ni več dovolj gozdov za proizvodnjo količine kemičnih vlaken, potrebnih za industrijo – uporaba celuloze je preobsežna. Zato ga vse pogosteje pridobivajo iz slame, trstičja, koruznih stebel, bambusa in trstičja.

Sintetično celulozo proizvajajo iz premoga, nafte, zemeljskega plina in skrilavca z različnimi tehnološkimi postopki.

Iz gozda v delavnice

Poglejmo pridobivanje tehnične celuloze iz lesa – to je kompleksen, zanimiv in dolgotrajen proces. Najprej se les pripelje v proizvodnjo, razreže na velike drobce in odstrani lubje.

Očiščene palice nato predelajo v sekance in sortirajo, nato pa jih prekuhajo v lugu. Nastala celuloza se loči od alkalije, nato posuši, razreže in zapakira za pošiljanje.

Kemija in fizika

Katere kemijske in fizikalne skrivnosti se skrivajo v lastnostih celuloze poleg dejstva, da je polisaharid? Prvič, to je bela snov. Z lahkoto se vname in dobro gori. Raztopi se v kompleksnih spojinah vode s hidroksidi nekaterih kovin (baker, nikelj), z amini, pa tudi v žveplovi in ​​ortofosforni kislini, koncentrirani raztopini cinkovega klorida.

Celuloza se ne topi v razpoložljivih gospodinjskih topilih in navadni vodi. To se zgodi zato, ker so dolge niti podobne molekule te snovi povezane v svojevrstne snope in se nahajajo vzporedno ena z drugo. Poleg tega je ta celotna "struktura" okrepljena z vodikovimi vezmi, zato molekule šibkega topila ali vode preprosto ne morejo prodreti v notranjost in uničiti tega močnega pleksusa.

Najtanjše niti, katerih dolžina je od 3 do 35 milimetrov, povezane v snope - tako lahko shematično predstavite strukturo celuloze. Dolga vlakna se uporabljajo v tekstilni industriji, kratka vlakna se uporabljajo v proizvodnji na primer papirja in kartona.

Celuloza se ne topi in ne spreminja v paro, ampak začne pri segrevanju nad 150 stopinj Celzija razpadati, pri čemer se sproščajo nizkomolekularne spojine – vodik, metan in ogljikov monoksid (ogljikov monoksid). Pri temperaturah 350 o C in več celuloza zogleni.

Sprememba na bolje

Tako kemični simboli opisujejo celulozo, katere strukturna formula jasno prikazuje dolgoverižno polimerno molekulo, sestavljeno iz ponavljajočih se glukozidnih ostankov. Upoštevajte "n", ki označuje veliko število.

Mimogrede, formula za celulozo, ki jo je izpeljal Anselm Payen, je doživela nekaj sprememb. Leta 1934 je angleški organski kemik in Nobelov nagrajenec Walter Norman Haworth proučeval lastnosti škroba, laktoze in drugih sladkorjev, vključno s celulozo. Ko je odkril sposobnost te snovi za hidrolizacijo, je naredil svoje prilagoditve Payenove raziskave in celulozno formulo je dopolnil z vrednostjo "n", kar kaže na prisotnost glikozidnih ostankov. Trenutno je videti takole: (C 5 H 10 O 5) n.

Celulozni etri

Pomembno je, da celulozne molekule vsebujejo hidroksilne skupine, ki se lahko alkilirajo in acilirajo ter tvorijo različne estre. To je še ena najpomembnejših lastnosti celuloze. Strukturna formula različnih spojin je lahko videti takole:

Celulozni etri so enostavni ali kompleksni. Enostavne so metil-, hidroksipropil-, karboksimetil-, etil-, metilhidroksipropil- in cianoetilceluloza. Kompleksni so nitrati, sulfati in celulozni acetati, pa tudi acetopropionati, acetilftalilceluloza in acetobutirati. Vsi ti etri se proizvajajo v skoraj vseh državah sveta na stotine tisoč ton na leto.

Od fotografskega filma do zobne paste

Čemu so namenjene? Praviloma se celulozni etri pogosto uporabljajo za proizvodnjo umetnih vlaken, različnih plastičnih mas, vseh vrst filmov (vključno s fotografskimi), lakov, barv, uporabljajo pa se tudi v vojaški industriji za proizvodnjo trdnega raketnega goriva, brezdimnega smodnika. in eksplozivi.

Poleg tega so celulozni etri del mavčnih in mavčno-cementnih mešanic, barvil za tkanine, zobnih past, različnih lepil, sintetičnih detergentov, parfumov in kozmetike. Z eno besedo, če formula celuloze ne bi bila odkrita leta 1838, sodobni ljudje ne bi uživali številnih prednosti civilizacije.

Skoraj dvojčka

Malo navadnih ljudi ve, da ima celuloza neke vrste dvojnika. Formula celuloze in škroba je enaka, vendar sta dve popolnoma različni snovi. Kaj je razlika? Kljub dejstvu, da sta obe snovi naravni polimeri, je stopnja polimerizacije škroba veliko manjša kot pri celulozi. In če se poglobite še dlje in primerjate strukture teh snovi, ugotovite, da so makromolekule celuloze razporejene linearno in le v eno smer ter tako tvorijo vlakna, medtem ko mikrodelci škroba izgledajo nekoliko drugače.

Področja uporabe

Eden najboljših vizualnih primerov praktično čiste celuloze je navadna medicinska vata. Kot veste, je pridobljen iz skrbno prečiščenega bombaža.

Drugi, nič manj uporabljen celulozni izdelek je papir. Pravzaprav gre za tanko plast celuloznih vlaken, skrbno stisnjenih in zlepljenih skupaj.

Poleg tega se iz celuloze proizvaja viskozna tkanina, ki se pod spretnimi rokami obrtnikov čarobno spremeni v čudovita oblačila, oblazinjenje za oblazinjeno pohištvo in različne okrasne draperije. Viskoza se uporablja tudi za izdelavo tehničnih jermenov, filtrov in vrvic za pnevmatike.

Ne pozabimo na celofan, ki je narejen iz viskoze. Težko si je predstavljati supermarkete, trgovine, embalažne oddelke poštnih uradov brez njega. Celofan je povsod: v njem zavijajo bonbone, vanj pakirajo kosmiče in pekovske izdelke, pa tablice, hlačne nogavice in vso opremo, od mobilnega telefona do daljinca za TV.

Poleg tega je čista mikrokristalna celuloza vključena v tablete za hujšanje. Ko pridejo v želodec, nabreknejo in ustvarijo občutek polnosti. Količina porabljene hrane na dan se znatno zmanjša, s tem pa tudi teža.

Kot lahko vidite, je odkritje celuloze naredilo pravo revolucijo ne le v kemični industriji, ampak tudi v medicini.

Celuloza (C 6 H 10 O 5) n – naravni polimer, polisaharid, sestavljen iz ostankov β-glukoze, molekule imajo linearno strukturo. Vsak ostanek molekule glukoze vsebuje tri hidroksilne skupine, zato ima lastnosti polihidričnega alkohola.

Fizične lastnosti

Celuloza je vlaknasta snov, netopna ne v vodi ne v navadnih organskih topilih in je higroskopna. Ima veliko mehansko in kemično trdnost.

1. Celuloza ali vlaknina je del rastlin in v njih tvori celične stene.

2. Od tod izvira njegovo ime (iz latinskega “cellulum” - celica).

3. Celuloza daje rastlinam potrebno moč in elastičnost ter je tako rekoč njihov skelet.

4. Bombažna vlakna vsebujejo do 98 % celuloze.

5. Tudi lanena in konopljina vlakna so večinoma sestavljena iz celuloze; v lesu je približno 50 %.

6. Papirnate in bombažne tkanine so izdelki iz celuloze.

7. Posebej čista primera celuloze sta vata, pridobljena iz prečiščenega bombaža in filtrirnega (nelepljenega) papirja.

8. Celuloza, izolirana iz naravnih materialov, je trdna vlaknasta snov, ki je netopna ne v vodi ne v običajnih organskih topilih.

Kemijske lastnosti

1. Celuloza je polisaharid, ki je podvržen hidrolizi, da nastane glukoza:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6

2. Celuloza je polihidrični alkohol, ki je podvržen reakcijam zaestrenja, da tvori estre

(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

celulozni triacetat

Celulozni acetati so umetni polimeri, ki se uporabljajo pri proizvodnji svilenega acetata, filma (filma) in lakov.

Aplikacija

Uporaba celuloze je zelo raznolika. Iz njega se pridobivajo papir, tkanine, laki, filmi. eksplozivi, umetna svila (acetat, viskoza), plastika (celuloid), glukoza in še veliko več.

Iskanje celuloze v naravi.

1. V naravnih vlaknih se makromolekule celuloze nahajajo v eni smeri: usmerjene so vzdolž osi vlaken.

2. Številne vodikove vezi, ki nastanejo med hidroksilnimi skupinami makromolekul, določajo visoko trdnost teh vlaken.

3. V procesu predenja bombaža, lanu itd. se ta osnovna vlakna spletajo v daljše niti.

4. To je razloženo z dejstvom, da so makromolekule v njej, čeprav imajo linearno strukturo, nameščene bolj naključno in niso usmerjene v eno smer.

Gradnja makromolekul škroba in celuloze iz različnih cikličnih oblik glukoze pomembno vpliva na njihove lastnosti:

1) škrob je pomemben izdelekčloveška prehrana, celuloze ni mogoče uporabiti za ta namen;

2) razlog je v tem, da encimi, ki spodbujajo hidrolizo škroba, ne delujejo na vezi med celuloznimi ostanki.

Celuloza (vlaknina) je rastlinski polisaharid, ki je najpogostejša organska snov na Zemlji.

1. Fizikalne lastnosti

Ta snov je bela, brez okusa in vonja, netopna v vodi in ima vlaknato strukturo. Raztopi se v amoniakovi raztopini bakrovega (II) hidroksida - Schweitzerjev reagent.

Video eksperiment "Raztapljanje celuloze v amoniakovi raztopini bakrovega (II) hidroksida"

2. Biti v naravi

Ta biopolimer ima veliko mehansko trdnost in deluje kot podporni material za rastline, ki tvori steno rastlinske celice. IN velike količine Celuloza se nahaja v lesnem tkivu (40-55%), lanenih vlaknih (60-85%) in bombažu (95-98%). Glavna sestavina membrane rastlinskih celic. Nastaja v rastlinah med procesom fotosinteze.

Les je sestavljen iz 50% celuloze, bombaž, lan in konoplja pa so skoraj čista celuloza.

Hitin (analog celuloze) je glavna sestavina eksoskeleta členonožcev in drugih nevretenčarjev ter tudi v sestavi celične stene glive in bakterije.

3. Struktura

Sestavljen je iz ostankov β-glukoze

4. Prejem

Pridobljeno iz lesa

5. Uporaba

Celuloza se uporablja pri proizvodnji papirja, umetnih vlaken, filmov, plastike, barv in lakov, brezdimnega smodnika, razstreliva, trdnega raketnega goriva, za proizvodnjo hidrolitičnega alkohola itd.

· Proizvodnja acetatne svile - umetna vlakna, pleksi steklo, negorljiva folija iz celuloznega acetata.

· Priprava brezdimnega smodnika iz triacetilceluloze (piroksilin).

· Priprava kolodija (debel film za zdravila) in celuloida (proizvodnja filmov, igrač) iz diacetil celuloze.

· Proizvodnja niti, vrvi, papirja.

· Proizvodnja glukoze, etilnega alkohola (za proizvodnjo gume)

Najpomembnejši derivati ​​celuloze so:
- metilceluloza(celulozni metil etri) splošne formule

N ( X= 1, 2 ali 3);

- celulozni acetat(celulozni triacetat) – ester celuloze in ocetne kisline

- nitroceluloza(celulozni nitrati) – celulozni nitrati:

N ( X= 1, 2 ali 3).

6. Kemijske lastnosti

Hidroliza

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O t, H2SO4→ nC 6 H 12 O 6

glukoza

Hidroliza poteka v stopnjah:

(C 6 H 10 O 5) n → (C 6 H 10 O 5) m → xC 12 H 22 O 11 → n C 6 H 12 O 6 ( Opomba, m