Формула целюлози. Властивості целюлози. Застосування целюлози

Формула целюлози. Властивості целюлози. Застосування целюлози

Все життя нас оточує величезна кількість предметів - картонні коробки, офсетний папір, целофанові пакети, одяг з віскози, бамбукові рушники і багато іншого. Але мало хто знає, що при їх виготовленні активно застосовується целюлоза. Що ж це за воістину чарівна речовина, без якої не обходиться практично жодне сучасне промислове підприємство? У цій статті ми розповімо про властивості целюлози, її застосування в різних сферах, а також з чого її видобувають, і яка її хімічна формула. Почнемо, мабуть, з витоків.

Виявлення речовини

Формула целюлози була відкрита французьким хіміком Ансельмом Пайеном в ході експериментів з поділу деревини на складові. Обробивши її азотною кислотою, вчений виявив, що в ході хімічної реакції формується волокниста речовина, схожа з бавовною. Після ретельного аналізу отриманого матеріалу Пайєном була отримана хімічна формула целюлози - C6H10O5. Опис процесу було опубліковано в 1838 році, а свою наукову назву речовина отримала в 1839-му.


Дари природи

Зараз достеменно відомо, що практично всі м 'які частини рослин і тварин містять в собі деяку кількість целюлози. Наприклад, рослинам ця речовина необхідна для нормального зростання і розвитку, а точніше - для створення оболонок новоутворюваних клітин. За складом належить до полісахаридів.

У промисловості, як правило, натуральну целюлозу видобувають з хвойних і листяних дерев - в сухій деревині міститься до 60% цієї речовини, а також шляхом переробки відходів хлопководства, в яких міститься близько 90% целюлози.

Відомо, що якщо нагріти деревину у вакуумі, тобто без доступу повітря, відбудеться термічне розкладання целюлози, завдяки чому утворюється ацетон, метиловий спирт, вода, оцтова кислота і деревне вугілля.

Незважаючи на багату флору планети, лісів вже не вистачає на те, щоб виробляти необхідну для промисловості кількість хімічних волокон - застосування целюлози занадто обширно. Тому її все частіше добувають з соломи, тростини, стеблів кукурудзи, бамбука і очерету.

Синтетичну целюлозу за допомогою різних технологічних процесів отримують з вугілля, нафти, природного газу і сланцю.

З лісу - в цехи

Давайте розглянемо видобуток технічної целюлози з деревини - це складний, цікавий і тривалий процес. Насамперед на виробництво привозять деревину, розпилюють її на великі фрагменти і видаляють кору.


Потім очищені бруски переробляють на тріски і сортують, після чого виварюють у клацанні. Отриману таким чином целюлозу відокремлюють від лужі, потім висушують, розрізають і упаковують для відправки.

Хімія і фізика

Які ж хімічні та фізичні секрети таять у собі властивості целюлози крім того, що це - полісахарид? В першу чергу, це речовина білого кольору. Легко займається і добре горить. Розчиняється в комплексних сполуках води з гідроксидами деяких металів (міді, нікелю), з амінами, а також в сірчаній і ортофосфорній кислотах, концентрованому розчині хлориду цинку.

У доступних побутових розчинниках і звичайній воді целюлоза не розчиняється. Це відбувається тому, що довгі нітевидні молекули цієї речовини пов 'язані у своєрідні пучки і розташовані паралельно один до одного. До того ж, вся ця "конструкція" "посилена водневими зв 'язками, через що молекули слабкого розчинника або води просто не можуть проникнути всередину і зруйнувати це міцне сплетіння.

Найтонші нитки, довжина яких коливається від 3 до 35 міліметрів, з 'єднані в пучки, - так можна схематично уявити будову целюлози. Довгі волокна використовуються в текстильній промисловості, короткі - у виробництві, наприклад, паперу і картону.

Целюлоза не плавиться і не перетворюється на пар, проте починає руйнуватися при нагріванні вище 150 градусів Цельсія, виділяючи при цьому низькомолекулярні сполуки - водень, метан і монооксид вуглецю (чадний газ). При температурі 350 оС і вище целюлоза обвуглюється.

Зміни на краще

Ось так у хімічних символах описується целюлоза, структурна формула якої наочно показує довгоцепну полімерну молекулу, що складається з повторюваних глюкозидних залишків. Зверніть увагу на "n", що вказує їх велику кількість.

До слова, формула целюлози, виведена Ансельмом Пайеном, зазнала деяких змін. У 1934 році англійський хімік-органік, лауреат Нобелівської премії Уолтер Норман Хоуорс вивчав властивості крохмалю, лактози та інших цукрів, включаючи целюлозу. Виявивши здатність цієї речовини до гідролізу, він вніс свої корективи в вишукування Паєна, і формула целюлози була доповнена значенням "" n "", позначивши присутність глікозидних залишків. На даний момент вона виглядає так: (C5H10O5)n.


Ефіри целюлози

Важливо, що молекула целюлози містять гідроксильні групи, які можуть алкілюватися і ацилюватися, утворюючи при цьому різні ефіри. Це ще одна з найважливіших властивостей, якими володіє целюлоза. Структурна формула різних з 'єднань може виглядати так:

Ефіри целюлози бувають простими і складними. Прості - це метил-, оксипропіл-, карбоксиметил-, етил-, метилгідроксипропіл- і ціанетилцелюлоза. Складні - це нітрати, сульфати й ацетати целюлози, а також ацетопропіонати, ацетилфталілцелюлоза й ацетобутірати. Всі ці ефіри виробляються практично у всіх країнах світу сотнями тисяч тонн на рік.

Від фотоплівки до зубної пасти

Для чого ж вони потрібні? Як правило, ефіри целюлози широко застосовуються для виробництва штучних волокон, різних пластмас, всіляких плівок (включаючи фотографічні), лаків, фарб, а також використовуються у військовій промисловості для виготовлення твердого ракетного палива, бездимного пороху і вибухівки.

Крім цього, ефіри целюлози входять до складу штукатурних і гіпсо-цементних сумішей, барвників для тканин, зубних паст, різних клеїв, синтетичних миючих засобів, парфумерії і косметики. Одним словом, якби в далекому 1838 році не була відкрита формула целюлози, сучасні люди не володіли б багатьма благами цивілізації.

Майже близнюки

Мало хто зі звичайних людей знає, що у целюлози є свого роду двійник. Формула целюлози і крохмалю ідентична, однак це дві абсолютно різних речовини. У чому ж різниця? Незважаючи на те що обидві ці речовини - природні полімери, ступінь полімеризації у крохмалю набагато менший, ніж у целюлози. А якщо поглибитися далі і порівняти структури цих речовин, можна виявити, що макромолекули целюлози розташовуються лінійно і тільки в одному напрямку, утворюючи таким чином волокна, в той час як мікрочастинки крохмалю виглядають дещо інакше.


Сфери застосування

Одним з найкращих наочних зразків практично чистої целюлози є звичайна медична вата. Як відомо, її отримують з ретельно очищеного бавовни.

Другий, не менш використовуваний продукт з целюлози - папір. Насправді вона - найтонший шар целюлозних волокон, ретельно спресованих і склеєних між собою.

Крім того, з целюлози виробляють віскозне полотно, яке під вмілими руками майстрів чарівним чином перетворюється на красиві одягу, оббивку для м 'яких меблів і різні декоративні драпіровки. Також віскоза застосовується для виготовлення технічних ременів, фільтрів і шинних кордів.

Не забудемо і про целофан, який отримують з віскози. Без нього важко уявити супермаркети, магазини, тароупакувальні відділи поштових відділень. Целофан - всюди: їм обгорнуті цукерки, в нього упаковані крупи і хлібобулочні вироби, а також таблетки, колготки і будь-яка апаратура, починаючи від мобільного телефону і закінчуючи пультом дистанційного керування для телевізора.

Крім цього чиста мікрокристалічна целюлоза входить до складу таблеток для зниження ваги. Потрапляючи в шлунок, вони розбухають і створюють почуття насичення. Кількість їжі, що вживається за день, істотно скорочується, відповідно, падає вага.


Як бачите, відкриття целюлози справило справжню революцію не тільки в хімічній промисловості, але і в медицині.