Целлюлоза: общая формула, химические и физические свойства

Целлюлоза Химия

К категории растительных полимеров относится целлюлоза, которая характеризуется натуральным происхождением с линейным строением входящих в состав молекул. Это органическое вещество ещё называют клетчаткой. В природном полимере содержится более 50% углерода. В чистом виде это нерастворимый в Н2О порошок белого цвета. Изучением общей формулы целлюлозы и её химических свойств занимаются на уроках химии в 8 классе.

Краткое описание

Целлюлоза (общая формула — (C6H10O5)n) является полисахаридом растительного происхождения, который получил большой спрос в различных сферах промышленности. Его основная биологическая роль состоит в том, что это неотъемлемый компонент и структурный материал оболочки растительной клетчатки, содержащей и другие углеводы, например, маннан, ксилан, арабан, галактан. По своим характеристикам (C6H10O5)n представляет твёрдое вещество волокнистого типа без вкуса и запаха.

Для целлюлозы свойственна высокая механическая прочность. (C6H10O5)n невозможно растворить в большинстве жидкостей органического происхождения, слабых кислотах, воде. Из-за наличия в составе гидроксильной группы целлюлоза отлично впитывает Н2О. Под воздействием солнечных лучей и микроорганизмов природный полимер подвергается постепенному разложению. При температуре +200 °C элемент не распадается. Чтобы разобраться в том, к какой группе органических соединений относится целлюлоза, нужно учесть, что это самый распространённый на Земле растительный полисахарид.

Формула целлюлозы

https://cf.ppt-online.org/files/slide/e/EgvXlWe25USLF9MwK86xHpsdh7CmYRbk4yT3D1/slide-23.jpg

Свойства (C6H10O5)n напрямую зависят от количества звеньев в молекуле органического вещества (учитывается степень полимеризации). Переменчивые характеристики целлюлозы специалисты научились применять в промышленности. Например, чем больше будет расстояние между молекулами, тем выше показатель гигроскопичности (C6H10O5)n и качество окрашиваемости.

В серной кислоте хорошо растворяется целлюлоза, степень полимеризации которой находится в пределах 1000. Если этот показатель ниже 200, тогда (C6H10O5)n можно будет растворить в растворе NaOH 10—12%.

Основные преимущества

Химия

(C6H10O5)n отлично справляется с высокими температурами. Даже при +200 °C молекулы остаются в первоначальном состоянии, что позволяет изготавливать из природного полимера пластиковую посуду. При этом можно сохранить основную характеристику органического вещества — высокую эластичность. Целлюлоза способна выдержать длительное воздействие кислот, не растворяется в воде. Растительный полимер не переваривается организмом человека, но используется в качестве эффективного сорбента.

В народной медицине микрокристаллическая целлюлоза применяется в качестве надёжного препарата для безопасной очистки органов ЖКТ.

В порошкообразном виде используется для снижения калорийности употребляемых блюд. С помощью этого вещества можно вывести из организма токсины, понизить в плазме крови уровень холестерина и сахара.

Способы получения

В сфере производства бумажной продукции целлюлоза пользуется большим спросом. Принцип получения натурального полимера основан на поэтапной механической переработке древесины. В течение 10—13 часов опилки кипятят в специальном растворе, который содержит SO2 и NaHSO4. В используемом оборудовании поддерживается постоянное давление, составляющее 0,5 МПа.

Химические опыты

В результате химической реакции чистая целлюлоза выпадает в осадок. Дополнительно образуется лигнин. Этот элемент представляет собой сложный ароматический полимер природного происхождения. При взаимодействии лигнина с сернистым газом можно получить С2Н5ОН, C8H8O, пищевые дрожжи и дубильные вещества.

На втором этапе производства полученный измельчённый осадок помещают в ёмкость с Н2О. За счёт этого образуется специальная волокнистая масса, из которой получают бумагу. Для связывания молекул целлюлозы используются различные вспомогательные вещества:

  • тальк (Mg3Si4O10 (OH)2);
  • глина;
  • оксиды бария и титана (ВаО, TiO2);
  • мел (CaCO3).

Повысить качество материалов позволяет клей на основе резинатов. Готовую смесь равномерно распределяют по движущейся сетке для последующего отжима и сушки. На финальном этапе бумагу прессуют между специальными валами, чтобы готовая продукция имела необходимую гладкость и блеск.

Тщательное измельчение растительного полимера выполняется в том случае, когда подразумевается серийное производство материалов и продуктов, в составе которых содержится целлюлоза. Для этих целей используются специальные устройства разной модификации. Чаще всего в производстве применяются мельницы дискового типа. Если в исходном материале размер частиц находится в пределах 0,5 мм, тогда за 50—60 минут работы можно измельчить до 10 мкм и произвести 400 г качественного продукта.

Химические свойства

Целлюлоза — натуральное вещество, которое имеет большое значение в биологии. В результате фотосинтеза растения могут самостоятельно вырабатывать (C6H10O5)N. В составе этого органического вещества содержатся кислород, водород и углерод.

Под воздействием прямых солнечных лучей растения вырабатывают природный полимер, который в итоге перерабатывается клетками и даёт возможность волокнам справиться с воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды. Целлюлоза является важным участником процесса фотосинтеза. Если попробовать брызнуть сладкую воду на свежий срез дерева, то вся жидкость практически мгновенно впитается. В лабораторных условиях было доказано, что (C6H10O5)n обладает следующими химическими свойствами:

Химия целлюлоза

  1. Гидролиз. Как и крахмал, целлюлоза под воздействием высокой температуры в результате взаимодействия с разбавленными кислотами подвергается гидролизу. Конечным продуктом химической реакции является глюкоза, например, (C6H10O5)n + H2O → nC6H12O6. При условии длительного нагревания с минеральными кислотами происходит специфический ступенчатый гидролиз целлюлозы. Эту химическую реакцию можно изобразить так: (C6H10O5)n → y (C6H10O5)x → (n/2)C12H22O11 → nC6H12O6. Процесс гидролиза (C6H10O5)n является очень важным в промышленности, так как из древесных опилок и стружек можно получить глюкозу, при сбраживании которой образуется этиловый (гидролизный) спирт.
  2. Нитрование. В составе целлюлозы отсутствует альдегидная группа, из-за чего при использовании этого органического вещества нельзя получить реакцию «серебряного зеркала». Для природного полимера свойственно образование сложных эфиров. В стандартных условиях (C6H10O5)n взаимодействует только с концентрированными кислотами. При использовании HNO3 и H2SO4 образуется тринитрат целлюлозы, который является водоотнимающим элементом. Эту химическую реакцию можно изобразить так: (C6H7O2 (OH)3)n + 3nHNO3 → (C6 H7O2 (ONO2)3)n + 3nH2O. Пироксилин является этерифицированной клетчаткой, которая относится к категории взрывчатых веществ (на основе этого элемента изготавливают бездымный порох).

Целлюлоза взаимодействует с C4H6O3. При условии использования H2SO4 и C2H4O2 можно получить триацетилцеллюлозу: (C6H7O2 (OH)3)n + 3nCH3COOH → (C6H7O2 (OCOCH3)3)n + 3nH2O.

Физические характеристики

(C6H10O5)n является твёрдым волокнистым веществом, которое в больших масштабах используется для серийного производства различных товаров. Этот природный полимер хорошо растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди (реактив Швейцера). Именно из этой жидкости осаждают целлюлозу в виде волокон (гидратцеллюлозу).

В лабораторных условиях было доказано, что волокна (C6H10O5)n обладают высокой механической прочностью, поскольку это органическое вещество является основным составным элементом клеток и стенок растений.

Что такое целлюлоза

В отличие от крахмала целлюлоза не может использоваться человеком в качестве пищи. (C6H10O5)n не расщепляется в организме под действием ферментов. Плавиться целлюлоза начинает при температуре +467 °C. Разложение (C6H10O5)n происходит при +210 °C. Показатель удельной теплоты сгорания составляет 16.40 МДж/кг. Молярная (молекулярная) масса мономера звена целлюлозы находится в пределах 162.1406 г/моль.

Сферы применения

Медицинская вата является лучшим наглядным примером использования целлюлозы. Её получают из хлопка, который прошёл несколько этапов тщательной очистки. Вторым не менее востребованным товаром из (C6H10O5)n является бумага. Для её серийного производства используется тонкий слой волокон целлюлозы, которые тщательно спрессованы и склеены между собой.

Урок химии

Из целлюлозы на серийном уровне производят вискозное полотно, которое благодаря современным технологиям превращают в стильную и прочную одежду, различные драпировки, качественную мебельную обивку. Вискоза пользуется спросом в сфере изготовления автомобильных шин, технических ремней, фильтров.

(C6H10O5)n применяют для производства целлофана, который пользуется спросом в различных отраслях. Тщательно очищенная целлюлоза входит в состав таблеток, действие которых направлено на борьбу с лишним весом. После попадания в желудок этот препарат создаёт ощущение ложной сытости. За счёт этого общее количество потребляемой за день пищи существенно сокращается. Целлюлоза получила большой спрос в следующих отраслях:

  1. Производство ацетатного шёлка, оргстекла, искусственного волокна, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.
  2. Изготовление высококачественных канатов, нитей, картона.
  3. Получение коллодия (например, плотной плёнки для медицинских нужд), целлулоида (изготовление различных игрушек, киноленты), диацетилцеллюлозы.
  4. Серийное производство глюкозы, этилового спирта.

Целлюлоза необходима для производства различных искусственных волокон, пластмасс, лакокрасочных материалов и взрывчатки. (C6H10O5)n используется в сфере получения больших объёмов спирта и твёрдого ракетного топлива. Этот растительный полимер при правильном применении абсолютно безопасен для человека и окружающей среды.

Оцените статью
Na5.club
Добавить комментарий

Adblock
detector