Polímero natural - fórmula e aplicação

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 05:39

A maioria dos materiais de construção, medicamentos, tecidos, utensílios domésticos, embalagens e consumíveis de hoje são polímeros. Este é um grupo inteiro de compostos que possuem características distintivas características. Existem muitos deles, mas, apesar disso, o número de polímeros continua crescendo. Afinal, os químicos sintéticos descobrem anualmente cada vez mais novas substâncias. Ao mesmo tempo, foi o polímero natural que foi de particular importância em todos os momentos. O que são essas moléculas incríveis? Quais são suas propriedades e quais são as características? Responderemos a essas perguntas no decorrer do artigo.

Polímeros: características gerais

Do ponto de vista da química, um polímero é considerado uma molécula com um enorme peso molecular: de vários milhares a milhões de unidades. No entanto, além dessa característica, existem várias outras pelas quais as substâncias podem ser classificadas precisamente como polímeros naturais e sintéticos. Isto é:

repetição constante de unidades monoméricas conectadas por meio de diferentes interações;
o grau de polimerase (ou seja, o número de monômeros) deve ser muito alto, caso contrário o composto será considerado um oligômero;
certa orientação espacial de uma macromolécula;
um conjunto de propriedades físicas e químicas importantes que são exclusivas deste grupo.

Em geral, uma substância de natureza polimérica é bastante fácil de distinguir de outras. Basta olhar para sua fórmula para entendê-la. Um exemplo típico é o conhecido polietileno, amplamente utilizado no dia a dia e na indústria. É o produto de uma reação de polimerização na qual o hidrocarboneto insaturado eteno ou etileno entra. A reação na forma geral é escrita da seguinte forma:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , onde n é o grau de polimerização das moléculas, mostrando quantas unidades monoméricas estão incluídas em sua composição.

Também, como exemplo, pode-se citar um polímero natural, que é bem conhecido de todos, é o amido. Além disso, amilopectina, celulose, proteína de frango e muitas outras substâncias pertencem a este grupo de compostos.

As reações que podem formar macromoléculas são de dois tipos:

polimerização;
policondensação.

A diferença é que no segundo caso, os produtos de interação são de baixo peso molecular. A estrutura do polímero pode ser diferente, depende dos átomos que o formam. Formas lineares são frequentemente encontradas, mas também existem malhas tridimensionais, que são muito complexas.

Se falarmos sobre as forças e interações que mantêm as unidades monoméricas juntas, podemos identificar várias básicas:

Van Der Waalsforça;
ligações químicas (covalentes, iônicas);
interação eletrostática.

Todos os polímeros não podem ser combinados em uma categoria, pois possuem natureza, método de formação e funções completamente diferentes. Suas propriedades também diferem. Portanto, existe uma classificação que permite dividir todos os representantes desse grupo de substâncias em diferentes categorias. Pode ser baseado em vários sinais.

Classificação de polímeros

Se tomarmos como base a composição qualitativa das moléculas, então todas as substâncias consideradas podem ser divididas em três grupos.

Orgânicos - são aqueles que incluem átomos de carbono, hidrogênio, enxofre, oxigênio, fósforo, nitrogênio. Ou seja, aqueles elementos que são biogênicos. Existem muitos exemplos: polietileno, cloreto de polivinila, polipropileno, viscose, nylon, polímero natural - proteína, ácidos nucléicos e assim por diante.
Elementalorganic - aqueles que incluem algum elemento inorgânico e não biogênico estranho. Na maioria das vezes é silício, alumínio ou titânio. Exemplos de tais macromoléculas: vidro orgânico, polímeros de vidro, materiais compósitos.
Inorganic - a cadeia é baseada em átomos de silício, não carbono. Radicais também podem fazer parte de ramificações laterais. Eles foram descobertos muito recentemente, em meados do século 20. Usado em medicina, construção, engenharia e outras indústrias. Exemplos: silicone, cinábrio.

Se você separar os polímeros por origem, você podeselecione três de seus grupos.

Polímeros naturais, cujo uso é amplamente realizado desde a antiguidade. Essas são essas macromoléculas, para a criação das quais uma pessoa não fez nenhum esforço. São produtos das reações da própria natureza. Exemplos: seda, lã, proteína, ácidos nucléicos, amido, celulose, couro, algodão, etc.
Artificial. São macromoléculas criadas pelo homem, mas baseadas em análogos naturais. Ou seja, as propriedades de um polímero natural já existente são simplesmente melhoradas e alteradas. Exemplos: borracha artificial, borracha.
Sintéticos - são polímeros na criação dos quais apenas uma pessoa participa. Não há análogos naturais para eles. Os cientistas estão desenvolvendo métodos para a síntese de novos materiais que teriam características técnicas aprimoradas. É assim que nascem os compostos poliméricos sintéticos de vários tipos. Exemplos: polietileno, polipropileno, viscose, fibra de acetato, etc.

Há mais uma característica subjacente à divisão das substâncias consideradas em grupos. Estes são reatividade e estabilidade térmica. Existem duas categorias para este parâmetro:

termoplástico;
termoendurecido.

O mais antigo, importante e especialmente valioso ainda é um polímero natural. Suas propriedades são únicas. Portanto, consideraremos essa categoria específica de macromoléculas.

Qual substância é um polímero natural?

Para responder a esta pergunta, vamos primeiro olhar ao nosso redor. O que nos rodeia?Organismos vivos ao nosso redor que se alimentam, respiram, se reproduzem, florescem e produzem frutos e sementes. E o que eles representam do ponto de vista molecular? Estas são conexões como:

proteínas;
ácidos nucleicos;
polissacarídeos.

Então, cada um desses compostos é um polímero natural. Assim, verifica-se que a vida ao nosso redor existe apenas devido à presença dessas moléculas. Desde os tempos antigos, as pessoas usam argila, construindo misturas e argamassas para fortalecer e criar uma casa, tecem fios de lã e usam algodão, seda, lã e pele de animal para criar roupas. Polímeros orgânicos naturais acompanharam o homem em todas as fases de sua formação e desenvolvimento e de muitas maneiras o ajudaram a alcançar os resultados que temos hoje.

A própria natureza deu tudo para tornar a vida das pessoas o mais confortável possível. Com o tempo, a borracha foi descoberta, suas propriedades notáveis foram esclarecidas. O homem aprendeu a usar o amido para fins alimentícios e a celulose para fins técnicos. A cânfora também é um polímero natural, que também é conhecido desde os tempos antigos. Resinas, proteínas, ácidos nucleicos são todos exemplos de compostos em consideração.

Estrutura de polímeros naturais

Nem todos os representantes desta classe de substâncias têm a mesma estrutura. Assim, polímeros naturais e sintéticos podem diferir significativamente. Suas moléculas são orientadas de tal maneira que é mais benéfico e conveniente existir do ponto de vista energético. Ao mesmo tempo, muitas espécies naturais são capazes de inchar e sua estrutura muda no processo. Existem várias variantes mais comuns da estrutura da cadeia:

linear;
ramificado;
formato de estrela;
flat;
malha;
fita;
formato de pente.

Representantes artificiais e sintéticos de macromoléculas têm uma massa muito grande, um grande número de átomos. Eles são criados com propriedades especialmente especificadas. Portanto, sua estrutura foi originalmente planejada pelo homem. Polímeros naturais são mais frequentemente lineares ou reticulados em estrutura.

Exemplos de macromoléculas naturais

Os polímeros naturais e artificiais são muito próximos um do outro. Afinal, o primeiro se torna a base para a criação do segundo. Há muitos exemplos de tais transformações. Aqui estão alguns deles.

Plástico branco leitoso comum é um produto obtido pelo tratamento da celulose com ácido nítrico com adição de cânfora natural. A reação de polimerização faz com que o polímero resultante solidifique e se torne o produto desejado. E o plastificante - cânfora, torna-o capaz de amolecer quando aquecido e mudar sua forma.
Seda de acetato, fibra de cobre-amônia, viscose são exemplos desses fios, fibras que são obtidas a partir da celulose. Tecidos feitos de algodão natural e linho não são tão duráveis, nem brilhantes, facilmente amassados. Mas os análogos artificiais deles são desprovidos dessas deficiências, o que torna seu uso muito atraente.
Pedras artificiais, materiais de construção, misturas, substitutos do couro sãoVeja também exemplos de polímeros derivados de matérias-primas naturais.

A substância, que é um polímero natural, também pode ser utilizada em sua forma verdadeira. Há também muitos exemplos:

rosin;
âmbar;
amido;
amilopectina;
celulose;
pele;
lã;
algodão;
seda;
cimento;
argila;
lima;
proteínas;
ácidos nucleicos e assim por diante.

Obviamente, a classe de compostos que estamos considerando é muito numerosa, praticamente importante e significativa para as pessoas. Agora vamos dar uma olhada em vários representantes de polímeros naturais, que estão em grande demanda no momento.

Seda e lã

A fórmula do polímero de seda natural é complexa, pois sua composição química é expressa pelos seguintes componentes:

fibroína;
sericina;
ceras;
gorduras.

A principal proteína em si, a fibroína, contém vários tipos de aminoácidos. Se você imaginar sua cadeia polipeptídica, ela ficará assim: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃)- CO-NH-CH₂-CO-)_n. E isso é apenas uma parte. Se imaginarmos que uma molécula de proteína sericina igualmente complexa está ligada a essa estrutura com a ajuda das forças de van der Waals, e juntas elas são misturadas em uma única conformação com cera e gorduras, fica claro por que é difícil descrever a fórmula de seda natural.

Para hojeHoje, a maior parte desse produto é fornecida pela China, pois em seus espaços abertos existe um habitat natural para o principal produtor - o bicho-da-seda. Anteriormente, desde os tempos mais antigos, a seda natural era altamente valorizada. Somente pessoas nobres e ricas podiam comprar roupas com ele. Hoje, muitas características desse tecido deixam muito a desejar. Por exemplo, é altamente magnetizado e enrugado, além disso, perde o brilho e desbota com a exposição ao sol. Portanto, derivativos artificiais baseados nele são mais usados.

A lã também é um polímero natural, pois é um resíduo da pele e glândulas sebáceas dos animais. Com base neste produto proteico, são feitas malhas que, como a seda, são um material valioso.

Amido

Amido de polímero natural é um produto residual das plantas. Eles o produzem como resultado do processo de fotossíntese e se acumulam em diferentes partes do corpo. Sua composição química:

amilopectina;
amilose;
alfa-glicose.

A estrutura espacial do amido é muito ramificada, desordenada. Graças à amilopectina incluída na composição, é capaz de inchar na água, transformando-se na chamada pasta. Esta solução coloidal é usada na engenharia e na indústria. A medicina, a indústria alimentícia, a fabricação de adesivos de papel de parede também são áreas de uso dessa substância.

Entre as plantas que contêm a quantidade máxima de amido, podemos distinguir:

milho;
batata;
arroz;
trigo;
mandioca;
aveia;
trigo mourisco;
bananas;
sorgo.

Com base neste biopolímero, o pão é assado, massas são feitas, kissels, cereais e outros produtos alimentícios são cozidos.

Pulpe

Do ponto de vista da química, esta substância é um polímero, cuja composição é expressa pela fórmula (C₆H_{5 O}5₎ _{. O elo monomérico na cadeia é a beta-glicose. Os principais locais de conteúdo de celulose são as paredes celulares das plantas. É por isso que a madeira é uma fonte valiosa deste composto.}

A celulose é um polímero natural que possui uma estrutura espacial linear. É usado para produzir os seguintes tipos de produtos:

produtos de celulose e papel;
pele sintética;
diferentes tipos de fibras artificiais;
algodão;
plásticos;
pó sem fumaça;
tiras de filme e assim por diante.

Obviamente, sua importância industrial é grande. Para que um determinado composto seja utilizado na produção, ele deve primeiro ser extraído das plantas. Isso é feito pelo cozimento a longo prazo da madeira em dispositivos especiais. O processamento posterior, bem como os reagentes usados para a digestão, variam. Existem várias maneiras:

sulfito;
nitrato;
sódio;
sulfato.

Após este tratamento, o produto ainda contémimpurezas. É baseado em lignina e hemicelulose. Para se livrar deles, a massa é tratada com cloro ou álcali.

No corpo humano não existem catalisadores biológicos que seriam capazes de quebrar este biopolímero complexo. No entanto, alguns animais (herbívoros) se adaptaram a isso. Eles têm certas bactérias no estômago que fazem isso por eles. Em troca, os microrganismos recebem energia para a vida e o habitat. Esta forma de simbiose é extremamente benéfica para ambas as partes.

Borracha

Este é um polímero natural de valiosa importância econômica. Foi descrito pela primeira vez por Robert Cook, que o descobriu em uma de suas viagens. Aconteceu assim. Tendo desembarcado em uma ilha habitada por nativos desconhecidos, foi hospitaleiramente recebido por eles. Sua atenção foi atraída por crianças locais que brincavam com um objeto incomum. Este corpo esférico chutou o chão e s altou para o alto, depois retornou.

Tendo perguntado à população local sobre do que era feito esse brinquedo, Cook soube que o suco de uma das árvores, a hevea, endurece dessa maneira. Muito mais tarde descobriu-se que este é o biopolímero de borracha.

A natureza química deste composto é conhecida - é o isopreno que sofreu polimerização natural. A fórmula de borracha é (С₅Н₈) . Suas propriedades que o tornam tão conceituado são as seguintes:

elasticidade;
resistente ao desgaste;
isolamento elétrico;
resistente à água.

No entanto, também existem desvantagens. No frio, torna-se quebradiço e quebradiço, e no calor, torna-se pegajoso e viscoso. Por isso tornou-se necessário sintetizar análogos de uma base artificial ou sintética. Hoje, as borrachas são amplamente utilizadas para fins técnicos e industriais. Os produtos mais importantes baseados neles:

borrachas;
ebonitas.

Âmbar

É um polímero natural, pois em sua estrutura é uma resina, sua forma fóssil. A estrutura espacial é um polímero amorfo de estrutura. É muito inflamável e pode ser inflamado com uma chama de fósforo. Tem propriedades de luminescência. Esta é uma qualidade muito importante e valiosa que é usada em joias. Jóias à base de âmbar são muito bonitas e requisitadas.

Além disso, este biopolímero também é usado para fins médicos. Também é usado para fazer lixas, revestimentos de verniz para diversas superfícies.