Все життя нас оточує величезна кількість предметів - картонні коробки, офсетний папір, целофанові пакети, одяг з віскози, бамбукові рушники та багато іншого. Але мало хто знає, що при їх виготовленні активно застосовується целюлоза. Що ж це за воістину чарівне речовина, без якого 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 добувають, і яка її хімічна формула. Почнемо, мабуть, з витоків.
виявлення речовини
Формула целюлози була відкрита французьким хіміком Ансельмом Пайеном в ході експериментів з розділення 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 Пайеном була отримана хімічна формула целюлози - C6H10O5. Опис процесу було опубліковано в 1838 році, а своє наукове назва речовина отримала в 1839 році.
Дари природи
Зараз достеменно відомо, що практично всі м`які частини рослин і тварин містять в собі деяку кількість целюлози. Наприклад, рослинам ця речовина необхідно для нормального росту і розвитку, а точніше - для творіння оболонок новообразующимися клітин. За складом відноситься до полісахаридів.
У промисловості, як правило, натуральну целюлозу добувають з хвойних і листяних дерев - в сухій деревині міститься до 60% цієї речовини, а також шляхом переробки відходів бавовництва, в яких міститься близько 90% целюлози.
Відомо, що якщо нагріти деревину в 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 широко. Тому її все частіше добувають з соломи, очерету, стебел кукурудзи, бамбука і очерету.
Синтетичну целюлозу за допомогою різних технологічних процесів отримують з вугілля, нафти, природного газу і сланцю.
З лісу - в цеху
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 друзки і сортують, після чого виварюють в лузі. Отриману таким чином целюлозу відокремлюють від лугу, потім висушують, розрізають і упаковують для відправки.
Хімія і фізика
Які ж хімічні і фізичні секрети таять в собі властивості целюлози крім того, що це - полісахарид? В першу чергу, це речовина білого кольору. Легко запалюється і добре горить. Розчиняється в комплексних з`єднаннях води з гідроксидами деяких металів (міді, нікелю), з амінами, а також в сірчаної та ортофосфорної кислоти, концентрованому розчині хлориду цинку.
У доступних побутових розчинниках і звичайній воді целюлоза розчиняється. Це відбувається тому, що довгі ниткоподібні молекули цієї речовини пов`язані в своєрідні пучки і розташовані паралельно одна до одної. 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 будова целюлози. Довгі волокна використовуються в текстильній промисловості, короткі - в виробництві, наприклад, паперу і картону.
Целюлоза НЕ плавиться і не перетворюється в пар, однак починає руйнуватися при нагріванні вище 150 градусів Цельсія, виділяючи при цьому низькомолекулярні сполуки - водень, метан і монооксид вуглецю (чадний газ). При температурі 350 проC і вище целюлоза обвуглюється.
Зміни на краще
Ось так в хімічних символах описується целюлоза, структурна формула якої наочно показує длінноцепную полімерну молекулу, що складається з повторюваних глюкозідной залишків. Зверніть увагу на "n", яке вказує їх велика 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 Пайена, і формула целюлози була доповнена значенням "n", позначивши присутність гликозидних залишків. На даний момент вона виглядає так: (C5H10O5)n.
ефіри целюлози
Важливо, що молекула целюлози містять в собі гідроксильні групи, які можуть алкилироваться і ацілірованная, утворюючи при цьому різні ефіри. Це ще одне з найважливіших властивостей, якими володіє целюлоза. Структурна формула різних з`єднань може виглядати так:
Ефіри целюлози бувають простими і складними. Прості - це метил, оксіпропіл-, карбоксіметіл-, етил, метілгідроксіпропіл- і Ціанетілцеллюлоза. Складні - це нітрати, сульфати і ацетати целюлози, а також ацетопропіонати, ацетілфталілцеллюлоза і 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 та вибухівки.
Крім цього, ефіри целюлози входять до складу штукатурних і гіпсо-цементних сумішей, барвників для тканин, зубних паст, різних клеїв, синтетичних миючих засобів, парфумерії та косметики. Одним словом, якби в далекому 1838 році не була відкрита формула целюлози, сучасні люди не мали б багатьма благами цивілізації.
майже близнюки
Мало хто із звичайних людей знає, що у целюлози є свого роду двійник. Формула целюлози і крохмалю ідентична, проте це два абсолютно різних речовини. У чому ж різниця? Незважаючи на те що обидва цих речовини - природні полімери, ступінь полімеризації у крохмалю набагато менше, ніж у целюлози. А якщо заглибитися 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 трохи інакше.
Сфера застосування
Одним з кращих 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 умілими руками майстрів чарівним чином перетворюється в гарний одяг, оббивку для м`яких меблів і різні декоративні драпірування. Також віскоза застосовується для виготовлення технічних ременів, фільтрів і шинних кордів.
Не забудемо і про целофані, який отримують з віскози. Без нього важко уявити супермаркети, магазини, таропакувальні 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 відчуття насичення. Кількість їжі, що вживається за день, істотно скорочується, відповідно, падає вага.
Як бачите, відкриття целюлози зробило справжню революцію не тільки в хімічній промисловості, а й у медицині.
