Polymère naturel - formule et application

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 05:26

La plupart des matériaux de construction, des médicaments, des tissus, des articles ménagers, des emballages et des consommables d'aujourd'hui sont des polymères. Il s'agit de tout un groupe de composés qui ont des caractéristiques distinctives. Il y en a beaucoup, mais malgré cela, le nombre de polymères ne cesse de croître. Après tout, les chimistes synthétiques découvrent chaque année de plus en plus de nouvelles substances. Dans le même temps, c'est le polymère naturel qui revêtait une importance particulière à tout moment. Quelles sont ces molécules étonnantes ? Quelles sont leurs propriétés et quelles sont les fonctionnalités ? Nous répondrons à ces questions au cours de l'article.

Polymères: caractéristiques générales

Du point de vue de la chimie, un polymère est considéré comme une molécule ayant un poids moléculaire énorme: de plusieurs milliers à des millions d'unités. Cependant, en plus de cette caractéristique, il en existe plusieurs autres par lesquelles les substances peuvent être classées précisément comme polymères naturels et synthétiques. C'est:

• unités monomériques à répétition constante qui sont connectées par différentes interactions;
• le degré de polymérase (c'est-à-dire le nombre de monomères) doit être trèsélevé, sinon le composé sera considéré comme un oligomère;
• certaine orientation spatiale d'une macromolécule;
• un ensemble de propriétés physiques et chimiques importantes qui sont propres à ce groupe.

En général, une substance de nature polymère est assez facile à distinguer des autres. Il suffit de regarder sa formule pour le comprendre. Un exemple typique est le polyéthylène bien connu, largement utilisé dans la vie quotidienne et dans l'industrie. C'est le produit d'une réaction de polymérisation dans laquelle l'éthène ou l'éthylène d'hydrocarbure insaturé entre. La réaction sous forme générale s'écrit comme suit:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , où n est le degré de polymérisation des molécules, montrant combien d'unités monomères sont incluses dans sa composition.

Aussi, à titre d'exemple, on peut citer un polymère naturel, bien connu de tous, c'est l'amidon. En outre, l'amylopectine, la cellulose, les protéines de poulet et de nombreuses autres substances appartiennent à ce groupe de composés.

Les réactions qui peuvent former des macromolécules sont de deux types:

• polymérisation;
• polycondensation.

La différence est que dans le second cas, les produits d'interaction sont de faible poids moléculaire. La structure du polymère peut être différente, cela dépend des atomes qui le forment. On trouve souvent des formes linéaires, mais il existe aussi des maillages tridimensionnels, qui sont très complexes.

Si nous parlons des forces et des interactions qui maintiennent les unités monomères ensemble, nous pouvons en identifier plusieurs de base:

• Van Der Waalsforce;
• liaisons chimiques (covalentes, ioniques);
• interaction électrostatique.

Tous les polymères ne peuvent pas être combinés dans une seule catégorie, car ils ont une nature, une méthode de formation et des fonctions complètement différentes. Leurs propriétés diffèrent également. Par conséquent, il existe une classification qui vous permet de diviser tous les représentants de ce groupe de substances en différentes catégories. Il peut être basé sur plusieurs signes.

Classification des polymères

Si nous prenons comme base la composition qualitative des molécules, alors toutes les substances considérées peuvent être divisées en trois groupes.

1. Organic - ce sont ceux qui contiennent des atomes de carbone, d'hydrogène, de soufre, d'oxygène, de phosphore, d'azote. C'est-à-dire les éléments qui sont biogéniques. Il existe de nombreux exemples: polyéthylène, chlorure de polyvinyle, polypropylène, viscose, nylon, polymère naturel - protéines, acides nucléiques, etc.
2. Elementalorganic - ceux qui incluent un élément étranger inorganique et non biogénique. Il s'agit le plus souvent de silicium, d'aluminium ou de titane. Exemples de telles macromolécules: verre organique, polymères de verre, matériaux composites.
3. Inorganique - la chaîne est basée sur des atomes de silicium, pas de carbone. Les radicaux peuvent également faire partie des branches latérales. Ils ont été découverts assez récemment, au milieu du XXe siècle. Utilisé dans la médecine, la construction, l'ingénierie et d'autres industries. Exemples: silicone, cinabre.

Si vous séparez les polymères par origine, vous pouvezsélectionner trois de leurs groupes.

1. Polymères naturels, dont l'utilisation a été largement pratiquée depuis l'Antiquité. Ce sont de telles macromolécules, pour la création desquelles une personne n'a fait aucun effort. Ce sont les produits des réactions de la nature elle-même. Exemples: soie, laine, protéines, acides nucléiques, amidon, cellulose, cuir, coton, etc.
2. Artificiel. Ce sont des macromolécules créées par l'homme, mais basées sur des analogues naturels. C'est-à-dire que les propriétés d'un polymère naturel déjà existant sont simplement améliorées et modifiées. Exemples: caoutchouc artificiel, caoutchouc.
3. Synthétique - ce sont des polymères à la création desquels seule une personne participe. Il n'y a pas d'analogues naturels pour eux. Les scientifiques développent des méthodes de synthèse de nouveaux matériaux qui auraient des caractéristiques techniques améliorées. C'est ainsi que naissent des composés polymères synthétiques de toutes sortes. Exemples: polyéthylène, polypropylène, viscose, fibre d'acétate, etc.

Il y a une autre caractéristique qui sous-tend la division des substances considérées en groupes. Ce sont la réactivité et la stabilité thermique. Il existe deux catégories pour ce paramètre:

• thermoplastique;
• thermoset.

Le plus ancien, le plus important et le plus précieux est toujours un polymère naturel. Ses propriétés sont uniques. Par conséquent, nous examinerons plus en détail cette catégorie particulière de macromolécules.

Quelle substance est un polymère naturel ?

Pour répondre à cette question, regardons d'abord autour de nous. Qu'est-ce qui nous entoure ?Organismes vivants autour de nous qui se nourrissent, respirent, se reproduisent, fleurissent et produisent des fruits et des graines. Et que représentent-ils d'un point de vue moléculaire ? Ce sont des connexions comme:

• protéines;
• acides nucléiques;
• polysaccharides.

Ainsi, chacun de ces composés est un polymère naturel. Ainsi, il s'avère que la vie autour de nous n'existe que grâce à la présence de ces molécules. Depuis l'Antiquité, les gens ont utilisé de l'argile, des mélanges de construction et des mortiers pour renforcer et créer une maison, tisser du fil de laine et utiliser du coton, de la soie, de la laine et de la peau d'animal pour créer des vêtements. Les polymères organiques naturels ont accompagné l'homme à toutes les étapes de sa formation et de son développement et l'ont aidé à bien des égards à atteindre les résultats que nous avons aujourd'hui.

La nature elle-même a tout donné pour rendre la vie des gens aussi confortable que possible. Au fil du temps, le caoutchouc a été découvert, ses propriétés remarquables ont été clarifiées. L'homme a appris à utiliser l'amidon à des fins alimentaires et la cellulose à des fins techniques. Le camphre est également un polymère naturel, également connu depuis l'Antiquité. Les résines, les protéines, les acides nucléiques sont tous des exemples de composés à l'étude.

Structure des polymères naturels

Tous les représentants de cette classe de substances n'ont pas la même structure. Ainsi, les polymères naturels et synthétiques peuvent différer considérablement. Leurs molécules sont orientées de telle manière qu'il est plus avantageux et pratique d'exister d'un point de vue énergétique. Dans le même temps, de nombreuses espèces naturelles sont capables de gonfler et leur structure change au cours du processus. Il existe plusieurs variantes les plus courantes de la structure de la chaîne:

• linéaire;
• branche;
• en forme d'étoile;
• plat;
• maille;
• cassette;
• en forme de peigne.

Les représentants artificiels et synthétiques des macromolécules ont une très grande masse, un grand nombre d'atomes. Ils sont créés avec des propriétés spécialement spécifiées. Par conséquent, leur structure a été initialement planifiée par l'homme. Les polymères naturels ont le plus souvent une structure linéaire ou réticulée.

Exemples de macromolécules naturelles

Les polymères naturels et artificiels sont très proches les uns des autres. Après tout, le premier est devenu la base de la création du second. Il existe de nombreux exemples de telles transformations. En voici quelques-uns.

1. Le plastique blanc laiteux ordinaire est un produit obtenu en traitant la cellulose avec de l'acide nitrique avec l'ajout de camphre naturel. La réaction de polymérisation amène le polymère résultant à se solidifier et à devenir le produit souhaité. Et le plastifiant - le camphre, le rend capable de se ramollir lorsqu'il est chauffé et de changer de forme.
2. Soie acétate, fibre de cuivre-ammoniac, viscose sont autant d'exemples de ces fils, fibres obtenues à partir de cellulose. Les tissus en coton et lin naturels ne sont pas si durables, pas brillants, facilement froissés. Mais leurs analogues artificiels sont dépourvus de ces défauts, ce qui rend leur utilisation très attrayante.
3. Les pierres artificielles, les matériaux de construction, les mélanges, les substituts du cuir sontVoir aussi des exemples de polymères dérivés de matières premières naturelles.

La substance, qui est un polymère naturel, peut également être utilisée sous sa vraie forme. Il existe également de nombreux exemples de ce type:

• colophane;
• ambre;
• amidon;
• amylopectine;
• cellulose;
• fourrure;
• laine;
• coton;
• soie;
• ciment;
• argile;
• citron vert;
• protéines;
• acides nucléiques et ainsi de suite.

Évidemment, la classe de composés que nous considérons est très nombreuse, pratiquement importante et significative pour les gens. Examinons maintenant de plus près plusieurs représentants des polymères naturels, qui sont très demandés à l'heure actuelle.

Soie et laine

La formule du polymère de soie naturelle est complexe, car sa composition chimique s'exprime par les composants suivants:

• fibroïne;
• séricine;
• cires;
• gras.

La principale protéine elle-même, la fibroïne, contient plusieurs types d'acides aminés. Si vous imaginez sa chaîne polypeptidique, elle ressemblera à ceci: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. Et ce n'est qu'une partie. Si nous imaginons qu'une molécule de protéine de séricine tout aussi complexe est attachée à cette structure à l'aide des forces de van der Waals, et ensemble, elles sont mélangées en une seule conformation avec de la cire et des graisses, alors il est clair pourquoi il est difficile de décrire la formule de soie naturelle.

Pour aujourd'huiAujourd'hui, la majeure partie de ce produit est fournie par la Chine, car dans ses espaces ouverts se trouve un habitat naturel pour le principal producteur - le ver à soie. Auparavant, depuis les temps les plus anciens, la soie naturelle était très appréciée. Seuls les gens nobles et riches pouvaient s'en habiller. Aujourd'hui, de nombreuses caractéristiques de ce tissu laissent beaucoup à désirer. Par exemple, il est fortement magnétisé et froissé, de plus, il perd de son éclat et s'estompe à cause de l'exposition au soleil. Par conséquent, les dérivés artificiels basés sur celui-ci sont plus utilisés.

La laine est également un polymère naturel, car c'est un déchet de la peau et des glandes sébacées des animaux. Sur la base de ce produit protéique, on fabrique des tricots qui, comme la soie, sont un matériau précieux.

Amidon

L'amidon polymère naturel est un déchet des plantes. Ils le produisent à la suite du processus de photosynthèse et s'accumulent dans différentes parties du corps. Sa composition chimique:

• amylopectine;
• amylose;
• alpha-glucose.

La structure spatiale de l'amidon est très ramifiée, désordonnée. Grâce à l'amylopectine incluse dans la composition, elle est capable de gonfler dans l'eau, se transformant en une soi-disant pâte. Cette solution colloïdale est utilisée dans l'ingénierie et l'industrie. La médecine, l'industrie alimentaire, la fabrication de colles à papier peint sont également des domaines d'utilisation de cette substance.

Parmi les plantes contenant le maximum d'amidon, on peut distinguer:

• maïs;
• pomme de terre;
• riz;
• blé;
• manioc;
• avoine;
• sarrasin;
• bananes;
• sorgho.

À base de ce biopolymère, le pain est cuit, les pâtes sont faites, les kissels, les céréales et autres produits alimentaires sont cuits.

Pâte

Du point de vue de la chimie, cette substance est un polymère dont la composition est exprimée par la formule (C₆H_{5 O} 5_{) . Le maillon monomère de la chaîne est le bêta-glucose. Les principaux sites de teneur en cellulose sont les parois cellulaires des plantes. C'est pourquoi le bois est une source précieuse de ce composé.}

La cellulose est un polymère naturel qui a une structure spatiale linéaire. Il est utilisé pour produire les types de produits suivants:

• produits de pâtes et papiers;
• fausse fourrure;
• différents types de fibres artificielles;
• coton;
• plastiques;
• poudre sans fumée;
• bandes de film et ainsi de suite.

De toute évidence, son importance industrielle est grande. Pour qu'un composé donné soit utilisé dans la production, il doit d'abord être extrait des plantes. Cela se fait par une cuisson à long terme du bois dans des appareils spéciaux. Le traitement ultérieur, ainsi que les réactifs utilisés pour la digestion, varient. Il y a plusieurs façons:

• sulfite;
• nitrate;
• sodium;
• sulfate.

Après ce traitement, le produit contient encoreimpuretés. Il est à base de lignine et d'hémicellulose. Pour s'en débarrasser, la masse est traitée au chlore ou à l'alcali.

Dans le corps humain, il n'y a pas de tels catalyseurs biologiques qui seraient capables de décomposer ce biopolymère complexe. Cependant, certains animaux (herbivores) se sont adaptés à cela. Ils ont certaines bactéries dans leur estomac qui le font pour eux. En retour, les micro-organismes reçoivent de l'énergie pour la vie et l'habitat. Cette forme de symbiose est extrêmement bénéfique pour les deux parties.

Caoutchouc

Il s'agit d'un polymère naturel d'une importance économique précieuse. Il a été décrit pour la première fois par Robert Cook, qui l'a découvert lors d'un de ses voyages. C'est arrivé comme ça. Ayant débarqué sur une île habitée par des indigènes qu'il ne connaissait pas, il fut reçu par eux avec hospitalité. Son attention a été attirée par des enfants du quartier qui jouaient avec un objet inhabituel. Ce corps sphérique décolla du sol et rebondit haut, puis revint.

Après avoir interrogé la population locale sur la composition de ce jouet, Cook apprend que le jus d'un des arbres, l'hévéa, durcit de cette façon. Bien plus tard, on a découvert qu'il s'agissait du biopolymère de caoutchouc.

La nature chimique de ce composé est connue - il s'agit d'isoprène qui a subi une polymérisation naturelle. La formule du caoutchouc est (С₅Н₈) . Ses propriétés qui le rendent si apprécié sont les suivantes:

• élasticité;
• résistant à l'usure;
• isolation électrique;
• résistant à l'eau.

Cependant, il y a aussi des inconvénients. Au froid, il devient cassant et cassant, et à la chaleur, il devient collant et visqueux. C'est pourquoi il est devenu nécessaire de synthétiser des analogues d'une base artificielle ou synthétique. Aujourd'hui, les caoutchoucs sont largement utilisés à des fins techniques et industrielles. Les produits les plus importants basés sur eux:

• caoutchoucs;
• ébonites.

Ambre

C'est un polymère naturel, car dans sa structure c'est une résine, sa forme fossile. La structure spatiale est une trame polymère amorphe. Il est très inflammable et peut être enflammé avec une flamme d'allumette. Il a des propriétés de luminescence. C'est une qualité très importante et précieuse qui est utilisée dans les bijoux. Les bijoux à base d'ambre sont très beaux et très demandés.

De plus, ce biopolymère est également utilisé à des fins médicales. Il est également utilisé pour fabriquer du papier de verre, des revêtements de vernis pour diverses surfaces.