Polimer alami - formula dan aplikasi

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Sebagian besar bahan bangunan, obat-obatan, kain, barang-barang rumah tangga, kemasan dan bahan habis pakai saat ini adalah polimer. Ini adalah seluruh kelompok senyawa yang memiliki ciri pembeda yang khas. Ada banyak dari mereka, tetapi meskipun demikian, jumlah polimer terus bertambah. Bagaimanapun, ahli kimia sintetik setiap tahun menemukan semakin banyak zat baru. Pada saat yang sama, itu adalah polimer alami yang sangat penting setiap saat. Apa saja molekul menakjubkan ini? Apa saja propertinya dan apa saja fiturnya? Kami akan menjawab pertanyaan-pertanyaan ini di sepanjang artikel.

Polimer: karakteristik umum

Dari sudut pandang kimia, polimer dianggap sebagai molekul yang memiliki berat molekul besar: dari beberapa ribu hingga jutaan unit. Namun, selain fitur ini, ada beberapa lagi yang dengannya zat dapat diklasifikasikan secara tepat sebagai polimer alami dan sintetis. Ini adalah:

unit monomer yang terus berulang yang terhubung melalui interaksi yang berbeda;
tingkat polimerase (yaitu jumlah monomer) harus sangattinggi, jika tidak senyawa tersebut akan dianggap oligomer;
orientasi spasial tertentu dari makromolekul;
satu set sifat fisik dan kimia penting yang unik untuk kelompok ini.

Secara umum, zat yang bersifat polimer cukup mudah dibedakan dari yang lain. Seseorang hanya perlu melihat formulanya untuk memahaminya. Contoh tipikal adalah polietilen yang terkenal, banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri. Ini adalah produk dari reaksi polimerisasi di mana hidrokarbon tak jenuh etena atau etilen masuk. Reaksi dalam bentuk umum ditulis sebagai berikut:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , di mana n adalah derajat polimerisasi molekul, menunjukkan berapa banyak unit monomer yang termasuk dalam komposisinya.

Juga, sebagai contoh, seseorang dapat menyebutkan polimer alami, yang dikenal semua orang, itu adalah pati. Selain itu, amilopektin, selulosa, protein ayam dan banyak zat lain termasuk dalam kelompok senyawa ini.

Reaksi yang dapat membentuk makromolekul ada dua jenis:

polimerisasi;
polikondensasi.

Perbedaannya adalah pada kasus kedua, produk interaksinya memiliki berat molekul rendah. Struktur polimer bisa berbeda, tergantung pada atom yang membentuknya. Bentuk linier sering ditemukan, tetapi ada juga mata jaring tiga dimensi yang sangat kompleks.

Jika kita berbicara tentang gaya dan interaksi yang menyatukan unit monomer, maka kita dapat mengidentifikasi beberapa yang mendasar:

Van Der Waalskekuatan;
ikatan kimia (kovalen, ionik);
interaksi elektrostatik.

Semua polimer tidak dapat digabungkan menjadi satu kategori, karena mereka memiliki sifat, metode pembentukan, dan fungsi yang sama sekali berbeda. Sifat mereka juga berbeda. Oleh karena itu, ada klasifikasi yang memungkinkan Anda untuk membagi semua perwakilan dari kelompok zat ini ke dalam kategori yang berbeda. Ini mungkin didasarkan pada beberapa tanda.

Klasifikasi polimer

Jika kita mengambil sebagai dasar komposisi kualitatif molekul, maka semua zat yang dipertimbangkan dapat dibagi menjadi tiga kelompok.

Organik - ini adalah yang termasuk atom karbon, hidrogen, belerang, oksigen, fosfor, nitrogen. Artinya, unsur-unsur yang biogenik. Ada banyak contoh: polietilen, polivinil klorida, polipropilen, viscose, nilon, polimer alami - protein, asam nukleat dan sebagainya.
Elementalorganic - yang mencakup beberapa elemen anorganik dan non-biogenik asing. Paling sering itu adalah silikon, aluminium atau titanium. Contoh makromolekul tersebut: kaca organik, polimer kaca, bahan komposit.
Anorganik - rantai didasarkan pada atom silikon, bukan karbon. Radikal juga bisa menjadi bagian dari cabang samping. Mereka ditemukan baru-baru ini, di pertengahan abad ke-20. Digunakan dalam kedokteran, konstruksi, teknik dan industri lainnya. Contoh: silikon, cinnabar.

Jika Anda memisahkan polimer berdasarkan asalnya, Anda dapatpilih tiga grup mereka.

Polimer alami, yang penggunaannya telah banyak dilakukan sejak jaman dahulu. Ini adalah makromolekul seperti itu, yang penciptaannya tidak dilakukan oleh seseorang. Mereka adalah produk dari reaksi alam itu sendiri. Contoh: sutra, wol, protein, asam nukleat, pati, selulosa, kulit, kapas, dll.
Buatan. Ini adalah makromolekul yang dibuat oleh manusia, tetapi berdasarkan analog alami. Artinya, sifat-sifat polimer alam yang sudah ada hanya diperbaiki dan diubah. Contoh: karet buatan, karet.
Sintetis - ini adalah polimer dalam pembuatannya yang hanya diikuti oleh seseorang. Tidak ada analog alami untuk mereka. Para ilmuwan sedang mengembangkan metode untuk sintesis bahan baru yang akan meningkatkan karakteristik teknis. Ini adalah bagaimana senyawa polimer sintetik dari berbagai jenis dilahirkan. Contoh: polietilen, polipropilen, viscose, serat asetat, dll.

Ada satu lagi ciri yang mendasari pembagian zat yang dianggap ke dalam kelompok. Ini adalah reaktivitas dan stabilitas termal. Ada dua kategori untuk parameter ini:

termoplastik;
termoset.

Yang paling kuno, penting dan sangat berharga masih merupakan polimer alami. Sifatnya unik. Oleh karena itu, kami akan mempertimbangkan lebih lanjut kategori makromolekul khusus ini.

Bahan apa yang merupakan polimer alami?

Untuk menjawab pertanyaan ini, mari kita lihat dulu di sekitar kita. Apa yang mengelilingi kita?Organisme hidup di sekitar kita yang memberi makan, bernafas, berkembang biak, berkembang, dan menghasilkan buah dan biji. Dan apa yang mereka wakili dari sudut pandang molekuler? Ini adalah koneksi seperti:

protein;
asam nukleat;
polisakarida.

Jadi, masing-masing senyawa ini adalah polimer alami. Jadi, ternyata kehidupan di sekitar kita hanya ada karena adanya molekul-molekul ini. Sejak zaman kuno, orang telah menggunakan tanah liat, campuran bangunan dan mortar untuk memperkuat dan membuat rumah, menenun benang dari wol, dan menggunakan kapas, sutra, wol dan kulit binatang untuk membuat pakaian. Polimer organik alami menemani manusia di semua tahap pembentukan dan perkembangannya dan dalam banyak hal membantunya mencapai hasil yang kita miliki saat ini.

Alam sendiri memberikan segalanya untuk membuat kehidupan manusia senyaman mungkin. Seiring waktu, karet ditemukan, sifat-sifatnya yang luar biasa diklarifikasi. Manusia telah belajar menggunakan pati untuk tujuan makanan, dan selulosa untuk tujuan teknis. Kamper juga merupakan polimer alami, yang juga telah dikenal sejak zaman kuno. Resin, protein, asam nukleat adalah contoh senyawa yang dipertimbangkan.

Struktur polimer alam

Tidak semua perwakilan dari kelas zat ini memiliki struktur yang sama. Dengan demikian, polimer alami dan sintetis dapat berbeda secara signifikan. Molekul mereka diorientasikan sedemikian rupa sehingga paling menguntungkan dan nyaman untuk eksis dari sudut pandang energi. Pada saat yang sama, banyak spesies alami dapat membengkak dan strukturnya berubah dalam prosesnya. Ada beberapa varian paling umum dari struktur rantai:

linier;
bercabang;
berbentuk bintang;
flat;
jala;
pita;
berbentuk sisir.

Perwakilan makromolekul buatan dan sintetis memiliki massa yang sangat besar, sejumlah besar atom. Mereka dibuat dengan properti yang ditentukan secara khusus. Oleh karena itu, struktur mereka pada awalnya direncanakan oleh manusia. Polimer alami paling sering berbentuk linier atau retikulat.

Contoh makromolekul alami

Polimer alami dan buatan sangat dekat satu sama lain. Bagaimanapun, yang pertama menjadi dasar untuk penciptaan yang kedua. Ada banyak contoh transformasi semacam itu. Ini beberapa di antaranya.

Plastik putih susu biasa adalah produk yang diperoleh dengan mengolah selulosa dengan asam nitrat dengan penambahan kapur barus alami. Reaksi polimerisasi menyebabkan polimer yang dihasilkan memadat dan menjadi produk yang diinginkan. Dan plasticizer - kapur barus, membuatnya bisa melunak saat dipanaskan dan berubah bentuk.
Sutra asetat, serat tembaga-amoniak, viscose adalah contoh dari benang tersebut, serat yang diperoleh dari selulosa. Kain berbahan katun dan linen alami tidak begitu tahan lama, tidak mengkilap, mudah kusut. Tetapi analog buatan mereka tidak memiliki kekurangan ini, yang membuat penggunaannya sangat menarik.
Batu buatan, bahan bangunan, campuran, pengganti kulit adalahLihat juga contoh polimer yang berasal dari bahan baku alami.

Substansi, yang merupakan polimer alami, juga dapat digunakan dalam bentuk aslinya. Ada juga banyak contoh seperti itu:

rosin;
kuning;
pati;
amilopektin;
selulosa;
bulu;
wol;
kapas;
sutra;
semen;
tanah liat;
jeruk nipis;
protein;
asam nukleat dan sebagainya.

Jelas, kelas senyawa yang kita pertimbangkan sangat banyak, praktis penting dan signifikan bagi manusia. Sekarang mari kita lihat lebih dekat beberapa perwakilan polimer alam, yang sangat diminati saat ini.

Sutra dan wol

Rumus polimer sutera alam adalah kompleks, karena komposisi kimianya dinyatakan oleh komponen berikut:

fibroin;
sericin;
lilin;
lemak.

Protein utama itu sendiri, fibroin, mengandung beberapa jenis asam amino. Jika Anda membayangkan rantai polipeptidanya, maka akan terlihat seperti ini: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Dan ini hanya sebagian saja. Jika kita membayangkan bahwa molekul protein serisin yang sama kompleksnya terikat pada struktur ini dengan bantuan gaya van der Waals, dan bersama-sama mereka dicampur menjadi satu konformasi tunggal dengan lilin dan lemak, maka jelaslah mengapa sulit untuk menggambarkan rumusnya. dari sutra alam.

Untuk hari iniSaat ini, sebagian besar produk ini dipasok oleh China, karena di ruang terbukanya terdapat habitat alami bagi produsen utama - ulat sutera. Sebelumnya, mulai dari zaman paling kuno, sutra alam sangat dihargai. Hanya bangsawan, orang kaya yang mampu membeli pakaian darinya. Saat ini, banyak karakteristik kain ini meninggalkan banyak hal yang diinginkan. Misalnya, sangat termagnetisasi dan berkerut, selain itu, ia kehilangan kilau dan memudar dari paparan sinar matahari. Oleh karena itu, turunan buatan berdasarkan itu lebih banyak digunakan.

Wol juga merupakan polimer alami, karena merupakan produk limbah dari kulit dan kelenjar sebasea hewan. Berdasarkan produk protein ini, pakaian rajut dibuat, yang, seperti sutra, merupakan bahan yang berharga.

Tepung

pati polimer alami adalah produk limbah tanaman. Mereka memproduksinya sebagai hasil dari proses fotosintesis dan menumpuk di berbagai bagian tubuh. Komposisi kimianya:

amilopektin;
amilosa;
alfa-glukosa.

Struktur spasial pati sangat bercabang, tidak teratur. Berkat amilopektin yang termasuk dalam komposisi, ia mampu membengkak dalam air, berubah menjadi apa yang disebut pasta. Larutan koloid ini digunakan dalam bidang teknik dan industri. Obat-obatan, industri makanan, pembuatan perekat wallpaper juga merupakan bidang penggunaan zat ini.

Di antara tanaman yang mengandung jumlah pati maksimum, kita dapat membedakan:

jagung;
kentang;
nasi;
gandum;
singkong;
oat;
gandum;
pisang;
sorghum.

Berdasarkan biopolimer ini, roti dipanggang, pasta dibuat, ciuman, sereal, dan produk makanan lainnya dimasak.

Pulp

Dari sudut pandang kimia, zat ini adalah polimer, yang komposisinya dinyatakan dengan rumus (C₆H_{5 O} 5₎ _{. Tautan monomer dalam rantai adalah beta-glukosa. Situs utama kandungan selulosa adalah dinding sel tanaman. Itulah mengapa kayu merupakan sumber yang berharga dari senyawa ini.}

Selulosa adalah polimer alami yang memiliki struktur spasial linier. Ini digunakan untuk menghasilkan jenis produk berikut:

produk pulp dan kertas;
bulu palsu;
berbagai jenis serat buatan;
kapas;
plastik;
bubuk tanpa asap;
strip film dan sebagainya.

Jelas, signifikansi industrinya sangat bagus. Agar senyawa tertentu dapat digunakan dalam produksi, senyawa tersebut harus diekstraksi terlebih dahulu dari tanaman. Ini dilakukan dengan memasak kayu dalam waktu lama di perangkat khusus. Pemrosesan lebih lanjut, serta reagen yang digunakan untuk pencernaan, bervariasi. Ada beberapa cara:

sulfit;
nitrat;
natrium;
sulfat.

Setelah perawatan ini, produk masih mengandungkotoran. Ini didasarkan pada lignin dan hemiselulosa. Untuk menghilangkannya, massa diperlakukan dengan klorin atau alkali.

Dalam tubuh manusia tidak ada katalis biologis yang dapat memecah biopolimer kompleks ini. Namun, beberapa hewan (herbivora) telah beradaptasi dengan ini. Mereka memiliki bakteri tertentu di perut mereka yang melakukannya untuk mereka. Sebagai imbalannya, mikroorganisme menerima energi untuk kehidupan dan habitat. Bentuk simbiosis ini sangat menguntungkan kedua belah pihak.

Karet

Ini adalah polimer alami yang bernilai ekonomis penting. Ini pertama kali dijelaskan oleh Robert Cook, yang menemukannya di salah satu perjalanannya. Itu terjadi seperti ini. Setelah mendarat di sebuah pulau yang dihuni oleh penduduk asli yang tidak dikenalnya, dia diterima dengan ramah oleh mereka. Perhatiannya terpikat oleh anak-anak setempat yang sedang bermain dengan benda yang tidak biasa. Tubuh bulat ini menendang lantai dan melambung tinggi, lalu kembali.

Setelah bertanya kepada penduduk setempat tentang apa mainan ini dibuat, Cook mengetahui bahwa jus dari salah satu pohon, hevea, mengeras dengan cara ini. Belakangan diketahui bahwa ini adalah biopolimer karet.

Sifat kimia senyawa ini diketahui - isoprena yang telah mengalami polimerisasi alami. Rumus karetnya adalah (С₅Н₈) . Sifat-sifatnya yang membuatnya sangat dihormati adalah sebagai berikut:

elastisitas;
tahan aus;
isolasi listrik;
tahan air.

Namun, ada juga kekurangannya. Dalam dingin, menjadi rapuh dan rapuh, dan dalam panas, menjadi lengket dan kental. Itulah mengapa menjadi perlu untuk mensintesis analog dari basis buatan atau sintetis. Saat ini, karet banyak digunakan untuk keperluan teknis dan industri. Produk paling penting berdasarkan mereka:

karet;
ebonit.

Amber

Ini adalah polimer alami, karena dalam strukturnya adalah resin, bentuk fosilnya. Struktur spasial adalah polimer amorf bingkai. Ini sangat mudah terbakar dan dapat dinyalakan dengan api korek api. Ini memiliki sifat luminescence. Ini adalah kualitas yang sangat penting dan berharga yang digunakan dalam perhiasan. Perhiasan berbahan dasar amber sangat indah dan diminati.

Selain itu, biopolimer ini juga digunakan untuk keperluan medis. Ini juga digunakan untuk membuat amplas, pelapis pernis untuk berbagai permukaan.