Właściwości chemiczne celulozy. Budowa chemiczna celulozy Jakie ciała fizyczne zbudowane są z celulozy
Złożony węglowodan z grupy polisacharydów, który jest częścią ściany komórkowej roślin, nazywany jest celulozą lub błonnikiem. Substancję odkrył w 1838 roku francuski chemik Anselm Payen. Formuła celulozy - (C 6 H 10 O 5) rz.
Struktura
Pomimo wspólnych cech celuloza różni się od innego polisacharydu roślinnego – skrobi. Cząsteczka celulozy to długi, wyjątkowo nierozgałęziony łańcuch sacharydów. W przeciwieństwie do skrobi, która składa się z reszt α-glukozy, zawiera ona wiele połączonych ze sobą reszt β-glukozy.
Ze względu na gęstą strukturę liniową cząsteczki tworzą włókna.
Ryż. 1. Struktura cząsteczki celulozy.
Celuloza ma wyższy stopień polimeryzacji niż skrobia.
Paragon
Celuloza w warunkach przemysłowych jest gotowana z drewna (wióry). W tym celu stosuje się odczynniki kwaśne lub zasadowe. Na przykład wodorosiarczyn sodu, wodorotlenek sodu, ług.
W wyniku gotowania powstaje celuloza z domieszką związków organicznych. Aby go wyczyścić, użyj roztworu alkalicznego.
Właściwości fizyczne
Celuloza jest bezsmakową białą stałą włóknistą substancją. Celuloza jest słabo rozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Rozpuszcza się w odczynniku Schweitzera - amoniakalnym roztworze wodorotlenku miedzi(II).
Główne właściwości fizyczne:
- zapada się w 200°C;
- pali się w 275°C;
- zapala się samoistnie w temperaturze 420°C;
- topi się w temperaturze 467°C.
W naturze celuloza występuje w roślinach. Powstaje podczas fotosyntezy i pełni funkcje strukturalne w roślinach. Jest to dodatek do żywności E460.
Ryż. 2. Ściana komórkowa roślin.
Właściwości chemiczne
Dzięki obecności trzech grup hydroksylowych w jednym sacharydzie błonnik wykazuje właściwości alkoholi wielowodorotlenowych i może wchodzić w reakcje estryfikacji z tworzeniem estrów. Rozkładając się bez dostępu tlenu rozkłada się na węgiel drzewny, wodę i lotne substancje organiczne.
Główne właściwości chemiczne błonnika przedstawiono w tabeli.
|
Reakcja |
Opis |
Równanie |
|
Hydroliza |
Występuje po podgrzaniu w środowisku kwaśnym z utworzeniem glukozy |
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t °, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6 |
|
Z bezwodnikiem octowym |
Powstawanie triacetylocelulozy w obecności kwasu siarkowego i octowego |
(C 6 H 10 O 5) n + 3n CH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O |
|
Nitrowanie |
Reaguje ze stężonym kwasem azotowym w zwykłej temperaturze. Powstaje ester - triazotan celulozy lub piroksylina, używany do produkcji proszku bezdymnego |
(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n |
|
Całkowite utlenienie do dwutlenku węgla i wody |
(C 6H 10 O 5) n + 6nO 2 (t °) → 6nCO 2 + 5nH 2O |
Ryż. 3. Piroksylina.
Celuloza wykorzystywana jest głównie do produkcji papieru, a także do produkcji estrów, alkoholi, glukozy.
Czego się nauczyliśmy?
Celuloza lub błonnik to polimer z klasy węglowodanów, składający się z reszt β-glukozy. Jest częścią ścian komórkowych roślin. Jest to biała, pozbawiona smaku substancja, która tworzy włókna słabo rozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Celuloza jest izolowana z drewna przez roztwarzanie. Związek wchodzi w reakcje estryfikacji i hydrolizy i może rozkładać się pod nieobecność powietrza. Po całkowitym rozkładzie tworzy wodę i dwutlenek węgla.
Kwiz tematyczny
Zgłoś ocenę
Średnia ocena: 4.7. Łączna liczba otrzymanych ocen: 263.
Celuloza (włókno) to roślinny polisacharyd, który jest najpowszechniejszą substancją organiczną na Ziemi. Celuloza to naturalny polimer-polisacharyd. Substancja ta jest biała, pozbawiona smaku i zapachu, nierozpuszczalna w wodzie, o włóknistej strukturze.
Celuloza jest używana do wytwarzania różnych włókien półsyntetycznych. Nazywa się je włóknem wiskozowym. Celuloza potrzebna do wytworzenia włókna wiskozowego jest zwykle pozyskiwana z drewna.
Drewno to około 50% celulozy i 30% ligniny. Lignina jest również naturalnym polimerem, ale nie jest węglowodanem. Struktura szkieletowa jednostki monomerycznej ligniny jest następująca:
Do uzyskania celulozy używa się miękkiego drewna, na przykład sosny lub jodły. Lignina jest usuwana przez ogrzewanie zrębków drzewnych w roztworze podsiarczynu wapnia zawierającym nadmiar dwutlenku siarki. W tym roztworze rozpuszcza się lignina, po czym włókno celulozowe jest oddzielane przez filtrację. Produkt poddawany jest mieleniu w celu uzyskania pulpy drzewnej. Czystą celulozę otrzymuje się przez obróbkę miazgi drzewnej odczynnikiem Schweitzera, który jest amoniakalnym roztworem wodorotlenku miedzi (II). Po dodaniu rozcieńczonego kwasu mineralnego wytrąca się czysta celuloza.
Właściwości fizyczne: jest to biała substancja, bez smaku i zapachu, nierozpuszczalna w wodzie, o strukturze włóknistej. Rozpuszcza się w amoniakalnym roztworze wodorotlenku miedzi (II) - odczynnik Schweitzera.
Ten biopolimer ma wysoką wytrzymałość mechaniczną i pełni rolę materiału podporowego dla roślin, tworząc ścianę komórek roślinnych. Duże ilości celulozy znajdują się w tkankach drewna (40-55%), we włóknach lnianych (60-85%) i bawełnie (95-98%). Główny składnik błony komórkowej roślin. Powstają w roślinach podczas fotosyntezy.
Drewno składa się w 50% z celulozy, a bawełna i len, konopie to prawie czysta celuloza. Chityna (analog celulozy) jest głównym składnikiem zewnętrznego szkieletu stawonogów i innych bezkręgowców, a także ścian komórkowych grzybów i bakterii.
Struktura: składa się z reszt w - glukozie
Otrzymywany z drewna.
Zastosowanie: celuloza wykorzystywana jest do produkcji papieru, włókien sztucznych, folii, tworzyw sztucznych, farb i lakierów, prochu bezdymnego, materiałów wybuchowych, stałego paliwa rakietowego, do otrzymywania alkoholu hydrolitycznego itp. Produkcja jedwabiu octanowego - włókno sztuczne, plexi, nie- palna folia z octanu celulozy. Otrzymywanie bezdymnego proszku z triacetylocelulozy (piroksyliny). Otrzymywanie kolodionu (gęstej błony dla medycyny) i celuloidu (produkcja filmów, zabawek) z diacetylocelulozy. Produkcja nici, lin, papieru. Pozyskiwanie glukozy, alkoholu etylowego (do produkcji gumy)
Do najważniejszych pochodnych celulozy należą:
metyloceluloza (etery metylowe celulozy) o wzorze ogólnym
n (x = 1, 2 lub 3);
octan celulozy (trioctan celulozy) – ester celulozy i kwasu octowego n
nitroceluloza (azotany celulozy) - estry azotanów celulozy:
n (x = 1, 2 lub 3).
Właściwości chemiczne
Hydroliza (C6H10O5)n + nH2O t,H2SO4 > nC6H12O6
Hydroliza przebiega etapami:
(C6H10O5)n > (C6H10O5)m > xC12H22O11 > n C6H12O6 (Uwaga, m skrobia dekstryny maltoza glukoza Reakcje estryfikacji: celuloza jest alkoholem wielowodorotlenowym, w komórce elementarnej polimeru są trzy grupy hydroksylowe. Pod tym względem celuloza charakteryzuje się reakcjami estryfikacji (tworzeniem estrów). Największe znaczenie praktyczne mają reakcje z kwasem azotowym i bezwodnikiem octowym. Celuloza nie daje reakcji „srebrnego lustra”. pochodna eksperymentalna przemysłowa Nitrowanie: (C6H7O2(OH)3)n + 3nHNO3 H2SO4(stęż.)> (C6H7O2(ONO2)3)n + 3nH2O piroksylina celuloza trójazotan celulozy W pełni zestryfikowany błonnik to piroksylina, która po odpowiedniej obróbce zamienia się w bezdymny proszek. W zależności od warunków nitrowania można otrzymać diazotan celulozy, który w technice nazywany jest koloksyliną. Jest również używany do produkcji prochu strzelniczego i stałych materiałów pędnych. Ponadto celuloid jest wytwarzany na bazie koloksyliny. Interakcja z kwasem octowym: (C6H7O2(OH)3)n + 3nCH3COOH H2SO4(stęż.)> (C6H7O2(OCOCH3)3)n + 3nH2O Gdy celuloza reaguje z bezwodnikiem octowym w obecności kwasu octowego i siarkowego, powstaje triacetyloceluloza. triacetyloceluloza Triacetyloceluloza (lub octan celulozy) jest cennym produktem do produkcji niepalnej folii i jedwabiu octanowego. Rozpuszczalnik odparowuje, a strumienie roztworu zamieniają się w najcieńsze nitki octanowego jedwabiu. Celuloid, który był wcześniej używany do produkcji filmów fotograficznych i filmowych, otrzymuje się przez obróbkę celulozy rozcieńczonym kwasem azotowym i zmieszanie otrzymanego produktu z kamforą. Celuloid jest wyjątkowo łatwopalny, ponieważ pali się bardzo gwałtownie. Spowodowało to poważne pożary w kinach i pracowniach radiologii szpitalnej. Obecnie celuloid został zastąpiony acetatem celulozy do produkcji materiałów fotograficznych i filmowych. Celuloza (włókno) to roślinny polisacharyd, który jest najpowszechniejszą substancją organiczną na Ziemi. 1. Właściwości fizyczne
Substancja ta jest biała, pozbawiona smaku i zapachu, nierozpuszczalna w wodzie, o włóknistej strukturze. Rozpuszcza się w amoniakalnym roztworze wodorotlenku miedzi (II) - odczynnik Schweitzera. Eksperyment wideo „Rozpuszczanie celulozy w roztworze amoniaku wodorotlenku miedzi (II)”
2. Bycie na łonie natury
Ten biopolimer ma wysoką wytrzymałość mechaniczną i pełni rolę materiału podporowego dla roślin, tworząc ścianę komórek roślinnych. Duże ilości celulozy znajdują się w tkankach drewna (40-55%), we włóknach lnianych (60-85%) i bawełnie (95-98%). Główny składnik błony komórkowej roślin. Powstają w roślinach podczas fotosyntezy. Drewno składa się w 50% z celulozy, a bawełna i len, konopie to prawie czysta celuloza. Chityna (analog celulozy) jest głównym składnikiem zewnętrznego szkieletu stawonogów i innych bezkręgowców, a także ścian komórkowych grzybów i bakterii. 3. Struktura
Składa się z reszt β-glukozy 4. Pokwitowanie
Otrzymywany z drewna 5. Zastosowanie
Celuloza wykorzystywana jest do produkcji papieru, włókien sztucznych, folii, tworzyw sztucznych, farb i lakierów, prochu bezdymnego, materiałów wybuchowych, stałego paliwa rakietowego, do otrzymywania alkoholu hydrolitycznego itp. · Otrzymywanie jedwabiu octanowego - włókno sztuczne, plexi, niepalna folia z octanu celulozy. Otrzymywanie bezdymnego proszku z triacetylocelulozy (piroksyliny). · Otrzymywanie kolodionu (gęstej błony dla medycyny) i celuloidu (produkcja filmów, zabawek) z diacetylocelulozy. · Produkcja nici, lin, papieru. Pozyskiwanie glukozy, alkoholu etylowego (do produkcji gumy) Do najważniejszych pochodnych celulozy należą: N( X= 1, 2 lub 3); - octan celulozy(trioctan celulozy) - ester celulozy i kwasu octowego - nitroceluloza(azotany celulozy) - estry azotanów celulozy: N( X= 1, 2 lub 3). 6. Właściwości chemiczne
Hydroliza
(C6H10O5) n + nH2O t,H2SO4→ n C 6 H 12 O 6
glukoza
Hydroliza przebiega etapami: (C 6 H 10 O 5) n → (C 6 H 10 O 5) m → xC 12 H 22 O 11 → n do 6 H 12 O 6 (
Notatka, M skrobia dekstrynymaltozoglukoza
Doświadczenie wideo „Kwasowa hydroliza celulozy”
Reakcje estryfikacji
Celuloza jest alkoholem wielowodorotlenowym; na komórkę elementarną polimeru przypadają trzy grupy hydroksylowe. Pod tym względem celuloza charakteryzuje się reakcjami estryfikacji (tworzeniem estrów). Największe znaczenie praktyczne mają reakcje z kwasem azotowym i bezwodnikiem octowym. Celuloza nie daje reakcji „srebrnego lustra”. 1. Nitrowanie:
(C 6H 7O 2(OH) 3) n + 3 nHNO 3 H 2
WIĘC4(stęż.)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O piroksylina
Doświadczenie wideo „Otrzymywanie i właściwości nitrocelulozy”
W pełni zestryfikowany błonnik to piroksylina, która po odpowiedniej obróbce zamienia się w bezdymny proszek. W zależności od warunków nitrowania można otrzymać diazotan celulozy, który w technice nazywany jest koloksyliną. Jest również używany do produkcji prochu strzelniczego i stałych materiałów pędnych. Ponadto celuloid jest wytwarzany na bazie koloksyliny.
2. Interakcja z kwasem octowym:
(C6H7O2(OH)3) n + 3nCH3COOH H2SO4(
stęż .)→
(C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O Gdy celuloza reaguje z bezwodnikiem octowym w obecności kwasu octowego i siarkowego, powstaje triacetyloceluloza. triacetyloceluloza (lub octan celulozy) jest cennym produktem do produkcji folii niepalnych ijedwab octanowy. W tym celu octan celulozy rozpuszcza się w mieszaninie dichlorometanu i etanolu, a roztwór ten przepuszcza się przez dysze przędzalnicze do strumienia ciepłego powietrza. A sama matryca wygląda schematycznie tak:
1 - roztwór przędzalniczy, Rozpuszczalnik odparowuje, a strumienie roztworu zamieniają się w najcieńsze nitki octanowego jedwabiu. Mówiąc o wykorzystaniu celulozy, nie można nie powiedzieć, że do produkcji różnych papierów zużywa się dużą ilość celulozy. Papier- Jest to cienka warstwa włókien włóknistych, sklejana i prasowana na specjalnej maszynie papierniczej. Który składa się z pozostałości cząsteczki glukozy i jest niezbędnym elementem do tworzenia otoczki wszystkich komórek roślinnych. Cząsteczki go mają i zawierają trzy grupy hydroksylowe. Dzięki temu wykazuje właściwości. Celuloza jest białą substancją stałą, która może osiągnąć temperaturę 200°C bez rozkładu. Ale gdy temperatura wzrośnie do 275 ° C, zaczyna się zapalać, co wskazuje, że należy do substancji palnych. Jeśli przyjrzymy się celulozie pod mikroskopem, zobaczymy, że jej strukturę tworzą włókna o długości nie większej niż 20 mm. Włókna celulozowe są połączone wieloma wiązaniami wodorowymi, ale nie mają rozgałęzień. Daje to celulozie największą wytrzymałość i zdolność do zachowania elastyczności. Pozostałości cząsteczek glukozy tworzących celulozę powstają w. Kwas siarkowy i jod w procesie hydrolizy barwią celulozę na niebiesko, a właśnie jod na brązowo. Istnieje wiele reakcji z celulozą, w których powstają nowe cząsteczki. Celuloza reaguje z kwasem azotowym, tworząc nitrocelulozę. A w procesie z kwasem octowym powstaje trioctan celulozy. Celuloza nie rozpuszcza się w wodzie. Jego najskuteczniejszym rozpuszczalnikiem jest ciecz jonowa. Drewno składa się w 50% z celulozy. Poprzez długotrwałe gotowanie zrębków w roztworze odczynników, a następnie czyszczenie powstałego roztworu, można uzyskać go w czystej postaci. Metody roztwarzania różnią się rodzajem odczynników. Mogą być kwaśne lub zasadowe. Odczynniki kwaśne zawierają kwas siarkawy i służą do pozyskiwania celulozy z drzew niskożywicznych. Istnieją dwa rodzaje odczynników alkalicznych: soda i siarczan. Dzięki odczynnikom sodowym celulozę można pozyskać z drzew liściastych i roślin jednorocznych. Ale przy użyciu tego odczynnika celuloza jest bardzo droga, więc odczynniki sodowe są rzadko używane lub wcale. Najpowszechniejszą metodą wytwarzania celulozy jest metoda oparta na odczynnikach siarczanowych. Siarczan sodu jest podstawą ługu białego, który jest używany jako odczynnik i nadaje się do pozyskiwania celulozy z dowolnego materiału roślinnego. Celuloza i jej etery są wykorzystywane do tworzenia sztucznych włókien, wiskozy i octanu. Pulpa drzewna służy do tworzenia różnych rzeczy: papieru, tworzyw sztucznych, urządzeń wybuchowych, lakierów itp. Znane nam przedmioty codziennego użytku, które są wszechobecne w naszym codziennym życiu, nie można sobie wyobrazić bez użycia produktów chemii organicznej. Na długo przed Anzelmem Payatem, w wyniku którego udało mu się odkryć i opisać w 1838 r. substancja ta była aktywnie wykorzystywana do produkcji najbardziej niezastąpionych rzeczy. Poszerzenie wiedzy o celulozie doprowadziło do powstania szerokiej gamy rzeczy wykonanych na jej bazie. Papier różnych gatunków, tektura, części z tworzyw sztucznych i sztucznej wiskozy, miedź-amoniak), folie polimerowe, emalie i lakiery, detergenty, dodatki do żywności (E460), a nawet proszek bezdymny to produkty produkcji i przetwarzania celulozy. W czystej postaci celuloza jest białą substancją stałą o dość atrakcyjnych właściwościach, wykazującą wysoką odporność na różne wpływy chemiczne i fizyczne. Natura wybrała celulozę (włókno) jako główny budulec. W świecie roślin stanowi podstawę dla drzew i innych roślin wyższych. Celuloza występuje w najczystszej postaci w naturze we włosach nasion bawełny. O wyjątkowych właściwościach tej substancji decyduje jej oryginalna struktura. Formuła celulozy ma wspólny zapis (C6 H10 O5) n, z którego widzimy wyraźną strukturę polimeru. Wielokrotnie powtarzająca się reszta β-glukozy, mająca bardziej rozszerzoną formę jako -[C6 H7 O2 (OH) 3]-, łączy się w długą liniową cząsteczkę. Formuła cząsteczkowa celulozy decyduje o jej unikalnych właściwościach chemicznych, aby wytrzymać działanie agresywnego środowiska. Ponadto celuloza ma wysoką odporność na ciepło, nawet w 200 stopniach Celsjusza, substancja zachowuje swoją strukturę i nie zapada się. Samozapłon następuje w temperaturze 420°C. Celuloza jest nie mniej atrakcyjna ze względu na swoje właściwości fizyczne. celuloza w postaci długich włókien zawierających od 300 do 10 000 reszt glukozy bez rozgałęzień bocznych, w dużej mierze decyduje o wysokiej stabilności tej substancji. Formuła glukozy pokazuje, ile daje włóknom celulozowym nie tylko dużą wytrzymałość mechaniczną, ale także wysoką elastyczność. Wynikiem analitycznego przetworzenia wielu eksperymentów i badań chemicznych było stworzenie modelu makrocząsteczki celulozy. Jest to sztywna helisa ze stopniem 2-3 elementarnych wiązań, stabilizowana wewnątrzcząsteczkowymi wiązaniami wodorowymi. Nie formuła celulozy, ale stopień jej polimeryzacji jest główną cechą charakterystyczną wielu substancji. Tak więc w nietraktowanej bawełnie liczba reszt glukozydowych sięga 2500-3000, w oczyszczonej bawełnie - od 900 do 1000, oczyszczona miazga drzewna ma wskaźnik 800-1000, w regenerowanej celulozie ich liczba jest zmniejszona do 200-400, aw przemysłowych octan celulozy zawiera od 150 do 270 „ogniw” w cząsteczce. Głównym produktem do produkcji celulozy jest drewno. Główny proces technologiczny produkcji polega na gotowaniu zrębków z różnymi środkami chemicznymi, a następnie oczyszczaniu, suszeniu i cięciu gotowego produktu. Dalsza obróbka celulozy umożliwia uzyskanie różnorodnych materiałów o pożądanych właściwościach fizycznych i chemicznych, które umożliwiają wytwarzanie szerokiej gamy produktów, bez których trudno sobie wyobrazić życie współczesnego człowieka. Unikalna formuła celulozy, skorygowana obróbką chemiczną i fizyczną, stała się podstawą do uzyskania materiałów, które nie mają odpowiedników w przyrodzie, co pozwoliło na ich szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym, medycynie i innych gałęziach działalności człowieka.
- metyloceluloza(etery metylowe celulozy) o wzorze ogólnym
2 - umrzeć,
3 - włókna.
Właściwości fizyczne celulozy
Właściwości chemiczne celulozy
Jak pozyskuje się celulozę?
Aplikacja celulozy
Powiązane artykuły
