Kemijska svojstva celuloze. Kemijska struktura celuloze Koja su fizička tijela građena od celuloze
Složeni ugljikohidrat iz skupine polisaharida, koji je dio stanične stijenke biljaka, naziva se celuloza ili vlakno. Tvar je 1838. godine otkrio francuski kemičar Anselm Payen. Formula celuloze - (C 6 H 10 O 5) n.
Struktura
Unatoč zajedničkim karakteristikama, celuloza se razlikuje od drugog biljnog polisaharida - škroba. Molekula celuloze je dugačak, izrazito nerazgranat lanac saharida. Za razliku od škroba, koji se sastoji od ostataka α-glukoze, on uključuje mnoge ostatke β-glukoze povezane zajedno.
Zbog guste linearne strukture, molekule tvore vlakna.
Riža. 1. Građa molekule celuloze.
Celuloza ima viši stupanj polimerizacije od škroba.
Priznanica
Celuloza se u industrijskim uvjetima iskuhava iz drva (sječke). Za to se koriste kiseli ili alkalni reagensi. Na primjer, natrijev hidrosulfit, natrijev hidroksid, lužina.
Kao rezultat kuhanja nastaje celuloza s primjesom organskih spojeva. Za čišćenje koristite otopinu lužine.
Fizička svojstva
Celuloza je bijela čvrsta vlaknasta tvar bez okusa. Celuloza je slabo topljiva u vodi i organskim otapalima. Otapa se u Schweitzerovom reagensu – amonijačnoj otopini bakrova (II) hidroksida.
Glavna fizička svojstva:
- kolabira na 200°C;
- gori na 275°C;
- spontano se zapali na 420°C;
- topi se na 467°C.
U prirodi se celuloza nalazi u biljkama. Nastaje tijekom fotosinteze i ima strukturnu funkciju u biljkama. To je aditiv za hranu E460.
Riža. 2. Stanična stijenka biljaka.
Kemijska svojstva
Zbog prisutnosti tri hidroksilne skupine u jednom saharidu, vlakna pokazuju svojstva polihidričnih alkohola i mogu ući u reakcije esterifikacije uz stvaranje estera. Kada se razgrađuje bez pristupa kisiku, raspada se na ugljen, vodu i hlapljive organske tvari.
Glavna kemijska svojstva vlakana prikazana su u tablici.
|
Reakcija |
Opis |
Jednadžba |
|
Hidroliza |
Nastaje zagrijavanjem u kiseloj sredini uz stvaranje glukoze |
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t °, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6 |
|
S anhidridom octene kiseline |
Stvaranje triacetilceluloze u prisutnosti sumporne i octene kiseline |
(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 |
|
Nitriranje |
Reagira s koncentriranom dušičnom kiselinom na uobičajenoj temperaturi. Nastaje ester - trinitrat celuloze ili piroksilin, koji se koristi za izradu bezdimnog baruta |
(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n |
|
Potpuna oksidacija do ugljičnog dioksida i vode |
(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t °) → 6nCO 2 + 5nH 2 O |
Riža. 3. Piroksilin.
Celuloza se uglavnom koristi za izradu papira, kao i za proizvodnju estera, alkohola, glukoze.
Što smo naučili?
Celuloza ili vlakno je polimer iz klase ugljikohidrata koji se sastoji od ostataka β-glukoze. Dio je staničnih stijenki biljaka. To je bijela tvar bez okusa koja stvara vlakna koja su slabo topljiva u vodi i organskim otapalima. Celuloza se izdvaja iz drva pupiranjem. Spoj ulazi u reakcije esterifikacije i hidrolize, te se može razgraditi u odsutnosti zraka. Kada se potpuno razgradi, stvara vodu i ugljikov dioksid.
Tematski kviz
Evaluacija izvješća
Prosječna ocjena: 4.7. Ukupno primljenih ocjena: 263.
Celuloza (vlakna) je biljni polisaharid, najzastupljenija organska tvar na Zemlji. Celuloza je prirodni polimer-polisaharid. Ova tvar je bijela, bez okusa i mirisa, netopljiva u vodi, ima vlaknastu strukturu.
Celuloza se koristi za izradu raznih polusintetičkih vlakana. Zovu se viskozna vlakna. Celuloza potrebna za izradu viskoznih vlakana obično se dobiva iz drva.
Drvo se sastoji od približno 50% celuloze i 30% lignina. Lignin je također prirodni polimer, ali nije ugljikohidrat. Skeletna struktura monomerne jedinice lignina je sljedeća:
Za dobivanje celuloze koristi se meko drvo, na primjer, bor ili jela. Lignin se uklanja zagrijavanjem drvne sječke u otopini kalcijevog hidrosulfita koja sadrži višak sumpornog dioksida. U toj se otopini otapa lignin, nakon čega se filtracijom odvajaju celulozna vlakna. Proizvod se podvrgava mljevenju kako bi se dobila drvna pulpa. Čista celuloza dobiva se obradom drvene pulpe Schweitzerovim reagensom, koji je amonijačna otopina bakrova (II) hidroksida. Nakon dodatka razrijeđene mineralne kiseline taloži se čista celuloza.
Fizička svojstva: bijela je tvar, bez okusa i mirisa, netopljiva u vodi, vlaknaste je strukture. Otapa se u amonijačnoj otopini bakrovog (II) hidroksida – Schweitzerov reagens.
Ovaj biopolimer ima visoku mehaničku čvrstoću i djeluje kao potporni materijal za biljke, tvoreći stijenku biljnih stanica. Velika količina celuloze nalazi se u tkivima drveta (40-55%), u lanenim vlaknima (60-85%) i pamuku (95-98%). Glavna komponenta membrane biljne stanice. Nastaje u biljkama tijekom fotosinteze.
Drvo se sastoji od 50% celuloze, a pamuk i lan, konoplja su gotovo čista celuloza. Hitin (analog celuloze) glavna je komponenta vanjskog kostura člankonožaca i drugih beskralješnjaka, kao i staničnih stijenki gljiva i bakterija.
Struktura: sastoji se od ostataka u - glukozi
Dobiven od drveta.
Primjena: celuloza se koristi u proizvodnji papira, umjetnih vlakana, filmova, plastike, boja i lakova, bezdimnog praha, eksploziva, krutog raketnog goriva, za dobivanje hidrolitičkog alkohola itd. Proizvodnja acetatne svile - umjetna vlakna, pleksiglas, ne- zapaljivi film od celuloznog acetata. Dobivanje bezdimnog baruta iz triacetilceluloze (piroksilin). Dobivanje kolodija (gustog filma za lijekove) i celuloida (proizvodnja filmova, igračaka) iz diacetilceluloze. Proizvodnja konca, užadi, papira. Dobivanje glukoze, etil alkohola (za proizvodnju gume)
Najvažniji derivati celuloze su:
metilceluloza (metilni eteri celuloze) opće formule
n (x = 1, 2 ili 3);
acetat celuloze (triacetat celuloze) - ester celuloze i octene kiseline n
nitroceluloza (nitrati celuloze) - esteri nitrata celuloze:
n (x = 1, 2 ili 3).
Kemijska svojstva
Hidroliza (C6H10O5)n + nH2O t,H2SO4 > nC6H12O6
Hidroliza se odvija u koracima:
(C6H10O5)n > (C6H10O5)m > xC12H22O11 > n C6H12O6 (Napomena, m škrob dekstrini maltoza glukoza Reakcije esterifikacije: celuloza je polihidrični alkohol, postoje tri hidroksilne skupine po jediničnoj ćeliji polimera. U tom smislu, celulozu karakteriziraju reakcije esterifikacije (stvaranje estera). Najveću praktičnu važnost imaju reakcije s dušičnom kiselinom i anhidridom octene kiseline. Celuloza ne daje reakciju "srebrnog zrcala". izveden eksperimentalni industrijski Nitracija: (C6H7O2(OH)3)n + 3nHNO3 H2SO4(konc.)> (C6H7O2(ONO2)3)n + 3nH2O piroksilin celuloza trinitrat celuloze Potpuno esterificirano vlakno poznato je kao piroksilin, koje se nakon odgovarajuće obrade pretvara u bezdimni barut. Ovisno o uvjetima nitracije može se dobiti celulozni dinitrat koji se u tehnici naziva koloksilin. Također se koristi u proizvodnji baruta i krutih pogonskih goriva. Osim toga, celuloid se izrađuje na bazi koloksilina. Interakcija s octenom kiselinom: (C6H7O2(OH)3)n + 3nCH3COOH H2SO4(konc.)> (C6H7O2(OCOCH3)3)n + 3nH2O Kada celuloza reagira s anhidridom octene kiseline u prisutnosti octene i sumporne kiseline, nastaje triacetilceluloza. Triacetilceluloza Triacetilceluloza (ili celulozni acetat) vrijedan je proizvod za proizvodnju negorivog filma i acetatne svile. Otapalo isparava, a mlazovi otopine pretvaraju se u najtanje niti acetatne svile. Celuloid, koji se prije koristio za izradu fotografskih i filmskih filmova, dobiva se obradom celuloze razrijeđenom dušičnom kiselinom i miješanjem dobivenog produkta s kamforom. Celuloid je izuzetno zapaljiv jer gori vrlo burno. To je izazvalo ozbiljne požare u kinodvoranama i bolničkim radiološkim sobama. Trenutačno je celuloid zamijenjen celuloznim acetatom za proizvodnju fotografija i filmova. Celuloza (vlakna) je biljni polisaharid, najzastupljenija organska tvar na Zemlji. 1. Fizička svojstva
Ova tvar je bijela, bez okusa i mirisa, netopljiva u vodi, ima vlaknastu strukturu. Otapa se u amonijačnoj otopini bakrovog (II) hidroksida – Schweitzerov reagens. Video eksperiment "Otapanje celuloze u amonijačnoj otopini bakrovog (II) hidroksida"
2. Boravak u prirodi
Ovaj biopolimer ima visoku mehaničku čvrstoću i djeluje kao potporni materijal za biljke, tvoreći stijenku biljnih stanica. Velika količina celuloze nalazi se u tkivima drveta (40-55%), u lanenim vlaknima (60-85%) i pamuku (95-98%). Glavna komponenta membrane biljne stanice. Nastaje u biljkama tijekom fotosinteze. Drvo se sastoji od 50% celuloze, a pamuk i lan, konoplja su gotovo čista celuloza. Hitin (analog celuloze) glavna je komponenta vanjskog kostura člankonožaca i drugih beskralješnjaka, kao i staničnih stijenki gljiva i bakterija. 3. Struktura
Sastoji se od ostataka β-glukoze 4. Prijem
Dobiven od drveta 5. Primjena
Celuloza se koristi u proizvodnji papira, umjetnih vlakana, filmova, plastike, boja i lakova, bezdimnog baruta, eksploziva, krutog raketnog goriva, za proizvodnju hidrolitičkog alkohola itd. · Dobivanje acetatne svile - umjetna vlakna, pleksiglas, negorivi film od celuloznog acetata. Dobivanje bezdimnog baruta iz triacetilceluloze (piroksilin). · Dobivanje kolodija (gustog filma za lijekove) i celuloida (proizvodnja filmova, igračaka) iz diacetilceluloze. · Proizvodnja konca, užadi, papira. Dobivanje glukoze, etil alkohola (za proizvodnju gume) Najvažniji derivati celuloze su: N( x= 1, 2 ili 3); - acetat celuloze(celulozni triacetat) - ester celuloze i octene kiseline - nitroceluloza(nitrati celuloze) - esteri nitrata celuloze: N( x= 1, 2 ili 3). 6. Kemijska svojstva
Hidroliza
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O t, H2SO4→ nC 6 H 12 O 6
glukoza
Hidroliza se odvija u koracima: (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 (
Bilješka, m škrob dekstrinomaltoseglukoza
Video iskustvo "Kiselinska hidroliza celuloze"
Reakcije esterifikacije
Celuloza je polihidrični alkohol; postoje tri hidroksilne skupine po jedinici ćelije polimera. U tom smislu, celulozu karakteriziraju reakcije esterifikacije (stvaranje estera). Najveću praktičnu važnost imaju reakcije s dušičnom kiselinom i anhidridom octene kiseline. Celuloza ne daje reakciju "srebrnog zrcala". 1. Nitracija:
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3 nHNO 3 H 2
TAKO4(konc.)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O piroksilin
Video iskustvo "Dobijanje i svojstva nitroceluloze"
Potpuno esterificirano vlakno poznato je kao piroksilin, koje se nakon odgovarajuće obrade pretvara u bezdimni barut. Ovisno o uvjetima nitracije može se dobiti celulozni dinitrat koji se u tehnici naziva koloksilin. Također se koristi u proizvodnji baruta i krutih pogonskih goriva. Osim toga, celuloid se izrađuje na bazi koloksilina.
2. Interakcija s octenom kiselinom:
(C6H702(OH)3)n+3nCH3COOH H2SO4(
konc .)→
(C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O Kada celuloza reagira s anhidridom octene kiseline u prisutnosti octene i sumporne kiseline, nastaje triacetilceluloza. triacetilceluloza (ili celulozni acetat) vrijedan je proizvod za izradu negorivog filma iacetatna svila. Da bi se to postiglo, celulozni acetat se otopi u mješavini diklorometana i etanola, a ta se otopina gura kroz mlaznice u struju toplog zraka. A sama matrica shematski izgleda ovako:
1 - otopina za predenje, Otapalo isparava, a mlazovi otopine pretvaraju se u najtanje niti acetatne svile. Govoreći o korištenju celuloze, ne može se reći da se velika količina celuloze troši za proizvodnju raznih vrsta papira. Papir- To je tanak sloj vlaknastih vlakana, zalijepljen i prešan na posebnom papirnom stroju. Koji se sastoji od ostataka molekule glukoze i neophodan je element za formiranje ljuske svih biljnih stanica. Molekule ga imaju i sadrže tri hidroksilne skupine. Zbog toga pokazuje svojstva. Celuloza je bijela krutina koja može doseći temperature od 200°C bez raspadanja. Ali kada temperatura poraste na 275 °C, počinje se paliti, što ukazuje da pripada zapaljivim tvarima. Promatramo li celulozu pod mikroskopom, možemo vidjeti da njezinu strukturu čine vlakna čija duljina nije veća od 20 mm. Celulozna vlakna povezana su mnogim vodikovim vezama, ali nemaju grana. To celulozi daje najveću čvrstoću i sposobnost održavanja elastičnosti. Ostaci molekula glukoze koji čine celulozu nastaju na. Sumporna kiselina i jod u procesu hidrolize boje celulozu plavo, a samo jod smeđe. Mnogo je reakcija s celulozom u kojima nastaju nove molekule. Celuloza reagira s dušičnom kiselinom i nastaje nitroceluloza. A u procesu s octenom kiselinom nastaje triacetat celuloze. Celuloza se ne otapa u vodi. Njegovo najučinkovitije otapalo je ionska tekućina. Drvo se sastoji od 50% celuloze. Dugotrajnim kuhanjem drvne sječke u otopini reagensa, a zatim čišćenjem dobivene otopine, možete je dobiti u čistom obliku. Metode za izradu kaše razlikuju se prema vrsti reagensa. Mogu biti kiseli ili alkalni. Kiseli reagensi sadrže sumporastu kiselinu i koriste se za dobivanje celuloze iz slabo smolastih stabala. Postoje dvije vrste alkalnih reagensa: soda i sulfat. Zahvaljujući soda reagensima, celuloza se može dobiti iz listopadnog drveća i jednogodišnjih biljaka. No korištenjem ovog reagensa celuloza je vrlo skupa, pa se natrijevi reagensi rijetko koriste ili se uopće ne koriste. Najčešća metoda za proizvodnju celuloze je metoda koja se temelji na sulfatnim reagensima. Natrijev sulfat je osnova za bijelu tekućinu, koja se koristi kao reagens i pogodna je za dobivanje celuloze iz bilo kojeg biljnog materijala. Celuloza i njezini eteri koriste se za stvaranje umjetnih vlakana, viskoze i acetata. Drvena se celuloza koristi za izradu raznih stvari: papira, plastike, eksplozivnih naprava, lakova itd. Svakodnevni predmeti koji su nam postali poznati, koji su sveprisutni u našem svakodnevnom životu, ne mogu se zamisliti bez upotrebe proizvoda organske kemije. Mnogo prije Anselma Payata, zbog čega je 1838. godine uspio otkriti i opisati polisaharid koji je dobio "celulozu" (izvedenica francuskog cellulose i latinskog cellula, što znači "stanica, stanica"), svojstvo ova se tvar aktivno koristila u proizvodnji najnezamjenjivijih stvari. Proširenje znanja o celulozi dovelo je do pojave najrazličitijih stvari izrađenih na njezinoj osnovi. Papir raznih vrsta, karton, dijelovi od plastike i umjetne viskoze, bakar-amonijak), polimerni filmovi, emajli i lakovi, deterdženti, dodaci hrani (E460), pa čak i bezdimni prah su proizvodi proizvodnje i prerade celuloze. U svom čistom obliku, celuloza je bijela krutina s prilično atraktivnim svojstvima, koja pokazuje visoku otpornost na različite kemijske i fizičke utjecaje. Priroda je odabrala celulozu (vlakna) kao glavni građevinski materijal. U biljnom svijetu čini osnovu za drveće i druge više biljke. Celuloza se u svom najčišćem obliku u prirodi nalazi u dlačicama sjemenki pamuka. Jedinstvena svojstva ove tvari određena su njezinom izvornom strukturom. Formula celuloze ima zajednički zapis (C6 H10 O5) n iz kojeg vidimo izraženu strukturu polimera. Ostatak β-glukoze koji se ponavlja ogroman broj puta, ima prošireniji oblik kao -[C6 H7 O2 (OH) 3]-, spaja se u dugačku linearnu molekulu. Molekularna formula celuloze određuje njezina jedinstvena kemijska svojstva da izdrži učinke agresivnih okolina. Također, celuloza ima visoku otpornost na toplinu, čak i na 200 stupnjeva Celzijusa, tvar zadržava svoju strukturu i ne raspada se. Do samozapaljenja dolazi na temperaturi od 420°C. Celuloza nije ništa manje atraktivna zbog svojih fizičkih svojstava. celuloza u obliku dugih filamenata koji sadrže od 300 do 10 000 ostataka glukoze bez bočnih grana, uvelike određuje visoku stabilnost ove tvari. Formula glukoze pokazuje koliko celuloznih vlakana daje ne samo veliku mehaničku čvrstoću, već i visoku elastičnost. Rezultat analitičke obrade mnogih kemijskih eksperimenata i studija bio je izrada modela makromolekule celuloze. To je kruta spirala s korakom od 2-3 elementarne veze, koja je stabilizirana intramolekularnim vodikovim vezama. Nije formula celuloze, već stupanj njezine polimerizacije glavna karakteristika mnogih tvari. Tako u neobrađenom pamuku broj ostataka glukozida doseže 2500-3000, u pročišćenom pamuku - od 900 do 1000, pročišćena drvna pulpa ima pokazatelj od 800-1000, u regenerativnoj celulozi njihov broj je smanjen na 200-400, au industrijskoj celulozni acetat kreće se od 150 do 270 "karika" u molekuli. Glavni proizvod za proizvodnju celuloze je drvo. Glavni tehnološki proces proizvodnje uključuje kuhanje drvne sječke raznim kemikalijama, nakon čega slijedi čišćenje, sušenje i rezanje gotovog proizvoda. Naknadnom preradom celuloze dobivaju se različiti materijali sa željenim fizikalnim i kemijskim svojstvima, koji omogućuju proizvodnju najrazličitijih proizvoda bez kojih je život suvremenog čovjeka teško zamisliv. Jedinstvena formula celuloze, ispravljena kemijskom i fizikalnom obradom, postala je osnova za dobivanje materijala koji nemaju analoga u prirodi, što im je omogućilo široku primjenu u kemijskoj industriji, medicini i drugim granama ljudske djelatnosti.
- metilceluloza(metil eteri celuloze) opće formule
2 - umri,
3 - vlakna.
Fizikalna svojstva celuloze
Kemijska svojstva celuloze
Kako se dobiva celuloza?
Primjena celuloze
povezani članci
