Maandalizi ya selulosi. Fomula ya selulosi

Maisha yetu yote tumezungukwa na idadi kubwa ya vitu - sanduku za kadibodi, karatasi ya kukabiliana, mifuko ya plastiki, mavazi ya viscose, taulo za mianzi na mengi zaidi. Lakini watu wachache wanajua kuwa selulosi hutumiwa kikamilifu katika uzalishaji wao. Ni nini dutu hii ya kichawi, bila ambayo karibu hakuna kisasa biashara ya viwanda? Katika makala hii tutazungumzia kuhusu mali ya selulosi, matumizi yake katika nyanja mbalimbali, pamoja na kile kinachotolewa, na ni nini formula ya kemikali. Wacha tuanze, labda, tangu mwanzo.

Utambuzi wa dutu

Fomu ya selulosi iligunduliwa Kemia wa Ufaransa Anselm Payen wakati wa majaribio ya kutenganisha kuni katika vipengele vyake. Baada ya kutibu na asidi ya nitriki, mwanasayansi aligundua hilo wakati mmenyuko wa kemikali dutu ya nyuzi sawa na pamba huundwa. Baada ya uchanganuzi wa kina wa nyenzo zilizosababishwa, Payen alipata fomula ya kemikali ya selulosi - C 6 H 10 O 5. Maelezo ya mchakato huo yalichapishwa mnamo 1838, na dutu hii ilipokea jina lake la kisayansi mnamo 1839.

Zawadi za asili

Sasa inajulikana kwa hakika kwamba karibu sehemu zote laini za mimea na wanyama zina kiasi fulani cha selulosi. Kwa mfano, mimea inahitaji dutu hii kwa ukuaji wa kawaida na maendeleo, au kwa usahihi, kwa ajili ya kuundwa kwa utando wa seli mpya. Katika muundo ni wa polysaccharides.

Katika tasnia, kama sheria, selulosi ya asili hutolewa kutoka kwa miti ya coniferous na deciduous - kuni kavu ina hadi 60% ya dutu hii, na pia kwa usindikaji wa taka ya pamba, ambayo ina karibu 90% ya selulosi.

Inajulikana kuwa ikiwa kuni inapokanzwa katika utupu, yaani, bila upatikanaji wa hewa, itakuwa mtengano wa joto selulosi, na kusababisha malezi ya asetoni, pombe ya methyl, maji; asidi asetiki na mkaa.

Licha ya mimea tajiri ya sayari, hakuna misitu ya kutosha kuzalisha kiasi cha nyuzi za kemikali zinazohitajika kwa viwanda - matumizi ya selulosi ni kubwa sana. Kwa hiyo, inazidi kutolewa kutoka kwa majani, matete, mabua ya mahindi, mianzi na mwanzi.

Selulosi ya syntetisk hutolewa kutoka kwa makaa ya mawe, mafuta, gesi asilia na shale kwa kutumia michakato mbalimbali ya kiteknolojia.

Kutoka msituni hadi kwenye warsha

Hebu tuangalie uchimbaji wa selulosi ya kiufundi kutoka kwa kuni - hii ni mchakato mgumu, wa kuvutia na wa muda mrefu. Awali ya yote, kuni huletwa kwa uzalishaji, kukatwa katika vipande vikubwa na gome huondolewa.

Vipu vilivyosafishwa vinasindikwa kwenye chips na kupangwa, baada ya hapo huchemshwa katika lye. Selulosi inayotokana hutenganishwa na alkali, kisha kukaushwa, kukatwa na kufungwa kwa ajili ya usafirishaji.

Kemia na fizikia

Ni siri gani za kemikali na za kimwili zimefichwa katika mali ya selulosi badala ya ukweli kwamba ni polysaccharide? Kwanza kabisa, dutu hii nyeupe. Inawaka kwa urahisi na inawaka vizuri. Inapasuka katika misombo tata ya maji na hidroksidi za metali fulani (shaba, nickel), na amini, na pia katika asidi ya sulfuriki na orthophosphoric, suluhisho la kujilimbikizia la kloridi ya zinki.

Cellulose haina kufuta katika vimumunyisho vya kaya vinavyopatikana na maji ya kawaida. Hii hutokea kwa sababu molekuli ndefu zinazofanana na nyuzi za dutu hii zimeunganishwa katika vifurushi vya kipekee na ziko sambamba na kila mmoja. Kwa kuongeza, "muundo" huu wote unaimarishwa na vifungo vya hidrojeni, ndiyo sababu molekuli za kutengenezea dhaifu au maji haziwezi kupenya ndani na kuharibu plexus hii yenye nguvu.

Nyuzi nyembamba zaidi, ambazo urefu wake ni kati ya milimita 3 hadi 35, zimeunganishwa kwenye vifurushi - hivi ndivyo unavyoweza kuwakilisha muundo wa selulosi. Fiber ndefu hutumiwa katika sekta ya nguo, nyuzi fupi hutumiwa katika uzalishaji wa, kwa mfano, karatasi na kadi.

Cellulose haina kuyeyuka au kugeuka kuwa mvuke, lakini huanza kuoza inapokanzwa zaidi ya nyuzi 150 Celsius, ikitoa misombo ya chini ya uzito wa Masi - hidrojeni, methane na monoksidi kaboni (monoxide ya kaboni). Kwa joto la 350 o C na hapo juu, selulosi inakuwa imewaka.

Badilisha kwa bora

Kama hii katika alama za kemikali inaelezea selulosi, fomula ya kimuundo ambayo inaonyesha wazi molekuli ya polima ya mnyororo mrefu inayojumuisha kurudia mabaki ya glucosidic. Kumbuka "n" inayoonyesha idadi kubwa yao.

Kwa njia, formula ya selulosi, inayotokana na Anselm Payen, imepata mabadiliko fulani. Mnamo 1934, mwanakemia wa kikaboni wa Kiingereza, mshindi wa tuzo Tuzo la Nobel Walter Norman Haworth alisoma mali ya wanga, lactose na sukari nyingine, ikiwa ni pamoja na selulosi. Baada ya kugundua uwezo wa dutu hii kwa hidrolisisi, alifanya marekebisho yake mwenyewe kwa utafiti wa Payen, na formula ya selulosi iliongezewa na thamani "n", ikionyesha kuwepo kwa mabaki ya glycosidic. Washa wakati huu inaonekana hivi: (C 5 H 10 O 5) n.

Etha za selulosi

Ni muhimu kwamba molekuli za selulosi zina vikundi vya hydroxyl, ambavyo vinaweza kuwa alkylated na acylated, na kutengeneza esta mbalimbali. Hii ni nyingine ya mali muhimu zaidi ambayo selulosi ina. Fomula ya muundo miunganisho tofauti inaweza kuonekana kama hii:

Etha za selulosi ama ni rahisi au changamano. Rahisi ni methyl-, hydroxypropyl-, carboxymethyl-, ethyl-, methylhydroxypropyl- na cyanoethylcellulose. Ngumu ni nitrati, sulfati na acetates ya selulosi, pamoja na acetopropionates, acetylphthalylcellulose na acetobutyrates. Etha hizi zote zinazalishwa katika karibu nchi zote za dunia katika mamia ya maelfu ya tani kwa mwaka.

Kutoka kwa filamu ya picha hadi dawa ya meno

Ni za nini? Kama sheria, etha za selulosi hutumiwa sana kwa utengenezaji wa nyuzi za bandia, plastiki anuwai, kila aina ya filamu (pamoja na picha), varnish, rangi, na pia hutumiwa sekta ya kijeshi kwa ajili ya utengenezaji wa mafuta dhabiti ya roketi, poda isiyo na moshi na vilipuzi.

Aidha, etha za selulosi ni sehemu ya mchanganyiko wa plasta na jasi-saruji, rangi ya kitambaa, dawa za meno, adhesives mbalimbali, sabuni za synthetic, manukato na vipodozi. Kwa neno moja, ikiwa formula ya selulosi haikugunduliwa nyuma mnamo 1838, watu wa kisasa isingekuwa na faida nyingi za ustaarabu.

Karibu mapacha

Wachache wao watu wa kawaida anajua kwamba selulosi ina aina ya mapacha. Fomu ya selulosi na wanga ni sawa, lakini hizi mbili ni kabisa vitu mbalimbali. Tofauti ni ipi? Licha ya ukweli kwamba vitu vyote viwili ni polima asilia, kiwango cha upolimishaji wa wanga ni kidogo sana kuliko ile ya selulosi. Na ukichunguza zaidi na kulinganisha miundo ya vitu hivi, utapata kwamba macromolecules ya selulosi hupangwa kwa mstari na kwa mwelekeo mmoja tu, na hivyo kutengeneza nyuzi, wakati microparticles ya wanga inaonekana tofauti kidogo.

Maeneo ya maombi

Mojawapo ya mifano bora ya kuona ya selulosi safi ni pamba ya kawaida ya matibabu. Kama unavyojua, hupatikana kutoka kwa pamba iliyosafishwa kwa uangalifu.

Bidhaa ya pili, isiyotumiwa chini ya selulosi ni karatasi. Kwa kweli, ni safu nyembamba ya nyuzi za selulosi, zimesisitizwa kwa uangalifu na kuunganishwa pamoja.

Kwa kuongeza, kitambaa cha viscose kinazalishwa kutoka kwa selulosi, ambayo, chini ya mikono ya ujuzi wa wafundi, kichawi inageuka kuwa nguo nzuri, upholstery kwa samani za upholstered na draperies mbalimbali za mapambo. Viscose pia hutumiwa kwa ajili ya utengenezaji wa mikanda ya kiufundi, filters na kamba za tairi.

Tusisahau kuhusu cellophane, ambayo hufanywa kutoka kwa viscose. Ni vigumu kufikiria maduka makubwa, maduka, idara za ufungaji za ofisi za posta bila hiyo. Cellophane iko kila mahali: pipi imefungwa ndani yake, nafaka zimejaa ndani yake, bidhaa za mkate, pamoja na vidonge, tights na vifaa yoyote, kuanzia Simu ya rununu na kumalizia na kidhibiti cha mbali udhibiti wa kijijini kwa TV.

Kwa kuongeza, selulosi safi ya microcrystalline imejumuishwa katika vidonge vya kupoteza uzito. Mara moja kwenye tumbo, huvimba na kuunda hisia ya ukamilifu. Kiasi cha chakula kinachotumiwa kwa siku kinapunguzwa sana, na ipasavyo, uzito huanguka.

Kama unaweza kuona, ugunduzi wa selulosi ulizalisha mapinduzi ya kweli sio tu ndani sekta ya kemikali, lakini pia katika dawa.

Muundo.

Fomula ya molekuli ya selulosi ni (-C 6 H 10 O 5 -) n, kama ile ya wanga. Cellulose pia ni polima ya asili. Macromolecule yake ina mabaki mengi ya molekuli za glukosi. Swali linaweza kutokea: kwa nini wanga na vitu vya selulosi vina sawa formula ya molekuli- kuwa na mali tofauti?

Wakati wa kuzingatia polima za syntetisk, tayari tumegundua kuwa mali zao zinategemea idadi ya vitengo vya msingi na muundo wao. Hali hiyo inatumika kwa polima za asili. Inatokea kwamba kiwango cha upolimishaji wa selulosi ni kubwa zaidi kuliko ile ya wanga. Kwa kuongeza, kwa kulinganisha miundo ya polima hizi za asili, ilianzishwa kuwa macromolecules ya selulosi, tofauti na wanga, yanajumuisha mabaki ya molekuli ya b-glucose na ina muundo wa mstari tu. Macromolecules ya selulosi iko katika mwelekeo mmoja na kuunda nyuzi (lin, pamba, katani).

Kila mabaki ya molekuli ya glukosi ina makundi matatu ya hidroksili.

Tabia za kimwili .

Cellulose ni dutu ya nyuzi. Haina kuyeyuka na haiingii katika hali ya mvuke: inapokanzwa hadi takriban 350 o C, selulosi hutengana - inawaka. Selulosi haiyeyuki katika maji au vimumunyisho vingine vingi vya isokaboni na kikaboni.

Kutokuwa na uwezo wa selulosi kuyeyuka katika maji ni mali isiyotarajiwa kwa dutu iliyo na vikundi vitatu vya hidroksili kwa kila atomi sita za kaboni. Inajulikana kuwa misombo ya polyhydroxyl huyeyuka kwa urahisi katika maji. Kutoyeyuka kwa selulosi kunafafanuliwa na ukweli kwamba nyuzi zake ni kama "vifurushi" vya molekuli zinazofanana kama uzi zilizounganishwa na wengi. vifungo vya hidrojeni, ambayo hutengenezwa kutokana na mwingiliano wa vikundi vya hidroksili. Kimumunyisho hakiwezi kupenya ndani ya "kifungu" kama hicho, na kwa hivyo molekuli hazitenganishi kutoka kwa kila mmoja.

Kutengenezea kwa selulosi ni reagent ya Schweitzer - suluhisho la hidroksidi ya shaba (II) na amonia, ambayo huingiliana wakati huo huo. Asidi zilizojilimbikizia(sulfuriki, fosforasi) na suluhisho la kujilimbikizia la kloridi ya zinki pia kufuta selulosi, lakini katika kesi hii mtengano wake wa sehemu (hidrolisisi) hutokea, ikifuatana na kupungua kwa uzito wa Masi.

Tabia za kemikali .

Sifa za kemikali za selulosi imedhamiriwa hasa na uwepo wa vikundi vya hidroksili. Kwa kutenda na sodiamu ya metali, inawezekana kupata alkoxide ya selulosi n. Chini ya ushawishi wa kujilimbikizia ufumbuzi wa maji alkali, kinachojulikana kama mercerization hutokea - malezi ya sehemu ya pombe za selulosi, na kusababisha uvimbe wa fiber na kuongeza uwezekano wake kwa dyes. Kama matokeo ya oxidation, idadi fulani ya vikundi vya kaboni na carboxyl huonekana kwenye macromolecule ya selulosi. Chini ya ushawishi wa mawakala wa vioksidishaji vikali, macromolecule hutengana. Vikundi vya hidroksili vya selulosi vina uwezo wa alkylation na acylation, kutoa ethers na esta.

Moja ya wengi sifa tabia selulosi - uwezo wa kupitia hidrolisisi mbele ya asidi kuunda glucose. Sawa na wanga, hidrolisisi ya selulosi hutokea kwa hatua. Kwa muhtasari, mchakato huu unaweza kuonyeshwa kama ifuatavyo:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O H2SO4_ nC6H12O6

Kwa kuwa molekuli za selulosi zina vikundi vya hidroksili, ina sifa ya athari za esterification. Kati yao umuhimu wa vitendo kuwa na athari za selulosi na asidi ya nitriki na anhidridi asetiki.

Wakati selulosi humenyuka na asidi ya nitriki mbele ya asidi ya sulfuriki iliyokolea, kulingana na hali, dinitrocellulose na trinitrocellulose huundwa, ambayo ni esta:

Wakati selulosi humenyuka na anhidridi asetiki (mbele ya asidi asetiki na sulfuriki), triacetylcellulose au diacetylcellulose hupatikana:

Mimba huwaka. Hii hutoa monoksidi kaboni (IV) na maji.

Wakati kuni inapokanzwa bila upatikanaji wa hewa, selulosi na vitu vingine hutengana. Hii inazalisha mkaa, methane, pombe ya methyl, asidi asetiki, asetoni na bidhaa nyingine.

Risiti.

Mfano wa karibu selulosi safi ni pamba iliyopatikana kutoka kwa pamba iliyochapwa. Wingi wa selulosi ni pekee kutoka kwa kuni, ambayo iko pamoja na vitu vingine. Njia ya kawaida ya kuzalisha selulosi katika nchi yetu ni njia inayoitwa sulfite. Kwa mujibu wa njia hii, kuni iliyovunjika mbele ya ufumbuzi wa calcium hydrosulfite Ca (HSO 3) 2 au sodium hydrosulfite NaHSO 3 inapokanzwa katika autoclaves kwa shinikizo la 0.5-0.6 MPa na joto la 150 o C. Katika kesi hii. , vitu vingine vyote vinaharibiwa, na selulosi hutolewa kwa kulinganisha fomu safi. Imeoshwa na maji, kavu na kutumwa kwa usindikaji zaidi; kwa sehemu kubwa kwa utengenezaji wa karatasi.

Maombi.

Cellulose imetumiwa na wanadamu tangu nyakati za kale sana. Mara ya kwanza, kuni ilitumiwa kama mafuta na nyenzo za ujenzi; kisha pamba, kitani na nyuzi nyingine zilianza kutumika kama malighafi ya nguo. Njia za kwanza za viwanda za usindikaji wa kuni za kemikali ziliibuka kuhusiana na maendeleo ya tasnia ya karatasi.

Karatasi ni safu nyembamba ya nyuzinyuzi, iliyobanwa na kuunganishwa ili kuunda nguvu ya mitambo, uso laini, na kuzuia wino kutoka kwa damu. Hapo awali, ili kutengeneza karatasi, vifaa vya mmea vilitumiwa, ambayo iliwezekana kupata nyuzi muhimu kwa njia ya kiufundi, mabua ya mchele (kinachojulikana kama karatasi ya mchele), pamba, na vitambaa vilivyochakaa pia vilitumiwa. Hata hivyo, pamoja na maendeleo ya uchapishaji vyanzo vilivyoorodheshwa Hakukuwa na malighafi ya kutosha kukidhi mahitaji ya karatasi. Hasa karatasi nyingi hutumiwa kwa uchapishaji wa magazeti, na suala la ubora (weupe, nguvu, uimara) kwa karatasi ya gazeti haijalishi. Wakijua kwamba kuni ina takriban 50% ya nyuzi, walianza kuongeza kuni ya chini kwenye massa ya karatasi. Karatasi kama hiyo ni dhaifu na inageuka manjano haraka (haswa kwenye mwanga).

Ili kuboresha ubora wa viongeza vya kuni kwa kunde la karatasi, njia mbalimbali usindikaji wa kemikali wa kuni, na kuifanya iwezekanavyo kupata kutoka kwake zaidi au chini ya selulosi safi, iliyotolewa kutoka kwa vitu vinavyoandamana - lignin, resini na wengine. Njia kadhaa zimependekezwa kwa kutengwa kwa selulosi, ambayo tutazingatia njia ya sulfite.

Kwa mujibu wa njia ya sulfite, kuni iliyovunjika "hupikwa" chini ya shinikizo na hydrosulfite ya kalsiamu. Katika kesi hiyo, vitu vinavyoambatana hupasuka, na selulosi huru kutoka kwa uchafu hutenganishwa na filtration. Vileo vya sulfite vinavyotokana ni taka katika utengenezaji wa karatasi. Walakini, kwa sababu ya ukweli kwamba zina, pamoja na vitu vingine, monosaccharides zenye uwezo wa kuchacha, hutumiwa kama malighafi kwa utengenezaji. pombe ya ethyl(kinachojulikana kama pombe ya hidrolitiki).

Cellulose haitumiwi tu kama malighafi katika utengenezaji wa karatasi, lakini pia hutumiwa kwa usindikaji zaidi wa kemikali. Thamani ya juu zaidi kuwa na etha za selulosi na esta. Kwa hivyo, wakati selulosi inatibiwa na mchanganyiko wa asidi ya nitriki na sulfuriki, nitrati za selulosi hupatikana. Vyote vinaweza kuwaka na kulipuka. Idadi ya juu zaidi mabaki ya asidi ya nitriki ambayo yanaweza kuletwa kwenye selulosi ni sawa na tatu kwa kila kitengo cha glukosi:

N HNO3_ n

Bidhaa ya esterification kamili - trinitrati ya selulosi (trinitrocellulose) - lazima iwe na nitrojeni 14.1% kwa mujibu wa fomula. Katika mazoezi, bidhaa hupatikana na maudhui ya nitrojeni ya chini kidogo (12.5/13.5%), inayojulikana katika sanaa kama pyroxelin. Wakati wa kutibiwa na ether, pyroxylin gelatinizes; baada ya kutengenezea kuyeyuka, misa ya kompakt inabaki. Vipande vya kung'olewa vyema vya wingi huu ni unga usio na moshi.

Bidhaa za nitration zenye takriban 10% ya nitrojeni zinahusiana katika muundo na dinitrate ya selulosi: katika teknolojia, bidhaa kama hiyo inajulikana kama colloxylin. Inapofunuliwa na mchanganyiko wa pombe na ether, suluhisho la viscous linaundwa, kinachojulikana kama collodion, kutumika katika dawa. Ikiwa unaongeza kambi kwenye suluhisho kama hilo (sehemu 0.4 za kafuri kwa sehemu 1 ya colloxylin) na kuyeyusha kutengenezea, utaachwa na filamu ya uwazi inayobadilika - celluloid. Kwa kihistoria, hii ni ya kwanza aina maarufu plastiki. Tangu karne iliyopita, celluloid imekuwa ikitumika sana kama nyenzo rahisi ya thermoplastic kwa utengenezaji wa bidhaa nyingi (vinyago, haberdashery, nk). Matumizi ya celluloid katika utengenezaji wa varnish ya filamu na nitro ni muhimu sana. Hasara kubwa ya nyenzo hii ni kuwaka kwake, hivyo celluloid sasa inazidi kubadilishwa na vifaa vingine, hasa acetates ya selulosi.

Vitu vya kila siku ambavyo vimejulikana kwetu na vinapatikana kila mahali kwetu Maisha ya kila siku, haitawezekana kufikiria bila kutumia bidhaa kemia ya kikaboni. Muda mrefu kabla ya Anselm Pay, kama matokeo ambayo aliweza kugundua na kuelezea polysaccharide mnamo 1838, ambayo ilipokea "selulosi" (derivative ya selulosi ya Ufaransa na cellula ya Kilatini, ambayo inamaanisha "seli, seli"). ya dutu hii ilitumika kikamilifu katika utengenezaji wa vitu visivyoweza kubadilishwa.

Kupanua ujuzi kuhusu selulosi kumesababisha kuibuka kwa aina mbalimbali za vitu vilivyotengenezwa kutoka humo. Karatasi ya aina anuwai, kadibodi, sehemu zilizotengenezwa kwa plastiki na viscose bandia, shaba-ammonia), filamu za polymer, enamels na varnish; sabuni, viongeza vya chakula (E460) na hata poda isiyo na moshi ni bidhaa za uzalishaji na usindikaji wa selulosi.

Katika fomu yake safi, selulosi ni nyeupe imara na mali ya kuvutia kabisa, inaonyesha upinzani mkubwa kwa kemikali mbalimbali na athari za kimwili.

Asili imechagua selulosi (nyuzi) kama nyenzo yake kuu ya ujenzi. KATIKA mimea huunda msingi wa miti na mengine mimea ya juu. Kwa asili, selulosi hupatikana katika fomu yake safi katika nywele za mbegu za pamba.

Sifa za kipekee ya dutu hii imedhamiriwa na muundo wake wa asili. Formula ya selulosi ina kuingia kwa ujumla(C6 H10 O5)n ambayo tunaona muundo wa polima uliotamkwa. Mabaki ya β-glucose, ambayo hurudiwa mara nyingi na ina umbo lililopanuliwa zaidi kama -[C6 H7 O2 (OH)3]-, imeunganishwa kuwa molekuli ndefu ya mstari.

Fomu ya molekuli ya selulosi huamua pekee yake Tabia za kemikali kuhimili athari mazingira ya fujo. Selulosi pia hustahimili joto, hata kwa nyuzi joto 200, dutu hii huhifadhi muundo wake na haiporomoki. Kujiwasha hutokea kwa joto la 420 ° C.

Cellulose sio chini ya kuvutia kwa mali yake ya kimwili. selulosi kwa namna ya nyuzi ndefu zilizo na mabaki ya glucose 300 hadi 10,000 bila matawi ya upande kwa kiasi kikubwa huamua utulivu wa juu wa dutu hii. Fomu ya glucose inaonyesha ni ngapi hutoa nyuzi za selulosi sio tu nguvu kubwa ya mitambo, lakini pia elasticity ya juu. Matokeo ya usindikaji wa uchambuzi wa kuweka majaribio ya kemikali na utafiti ulikuwa uundaji wa mfano wa macromolecule ya selulosi. Ni hesi ngumu yenye lami ya vitengo 2-3 vya msingi, ambayo imetuliwa na vifungo vya intramolecular hidrojeni.

Sio fomula ya selulosi, lakini kiwango cha upolimishaji wake ambayo ni sifa kuu ya vitu vingi. Kwa hivyo katika pamba isiyochakatwa idadi ya mabaki ya glucoside hufikia 2500-3000, katika pamba iliyosafishwa - kutoka 900 hadi 1000, massa ya kuni iliyosafishwa ina kiashiria cha 800-1000, katika selulosi ya kuzaliwa upya idadi yao imepunguzwa hadi 200-400, na katika selulosi ya viwanda. acetate ni kati ya 150 hadi 270 "viungo" katika molekuli.

Bidhaa inayotumiwa kupata selulosi ni kuni. Msingi mchakato wa kiteknolojia uzalishaji unahusisha kupika chips za kuni na vitendanishi mbalimbali vya kemikali, ikifuatiwa na kusafisha, kukausha na kukata bidhaa iliyokamilishwa.

Usindikaji unaofuata wa selulosi hufanya iwezekanavyo kupata vifaa anuwai vilivyo na mali maalum ya mwili na kemikali, kuruhusu utengenezaji wa zaidi. bidhaa mbalimbali, bila ambayo maisha mtu wa kisasa ni vigumu kufikiria. Fomu ya kipekee ya selulosi, iliyorekebishwa na usindikaji wa kemikali na kimwili, ikawa msingi wa uzalishaji wa vifaa ambavyo havina mfano katika asili, ambayo iliwawezesha kutumika sana katika sekta ya kemikali, dawa na matawi mengine ya shughuli za binadamu.

Cellulose ni polima ya asili glucose (yaani, mabaki ya beta-glucose) asili ya mmea na muundo wa molekuli ya mstari. Cellulose pia inaitwa fiber kwa njia nyingine. Polima hii ina zaidi ya asilimia hamsini ya kaboni inayopatikana kwenye mimea. Selulosi inachukua nafasi ya kwanza kati ya misombo ya kikaboni kwenye sayari yetu.

Selulosi safi ni nyuzi za pamba (hadi asilimia tisini na nane) au nyuzi za kitani (hadi asilimia themanini na tano). Mbao ina hadi asilimia hamsini ya selulosi, na majani yana asilimia thelathini ya selulosi. Kuna mengi yake katika katani.

Cellulose ni nyeupe. Asidi ya sulfuriki Inageuka bluu, na iodini inageuka kuwa kahawia. Cellulose ni ngumu na yenye nyuzinyuzi, haina ladha na haina harufu, haiporomoki kwa joto la nyuzi joto mia mbili za Selsiasi, lakini huwaka kwa joto la nyuzi joto mia mbili sabini na tano (yaani, ni dutu inayoweza kuwaka), na inapokanzwa hadi nyuzi joto mia tatu sitini, inawaka. Haiwezi kufutwa katika maji, lakini inaweza kufutwa katika suluhisho la amonia na hidroksidi ya shaba. Fiber ni nyenzo yenye nguvu sana na yenye elastic.

Umuhimu wa selulosi kwa viumbe hai

Cellulose ni wanga ya polysaccharide.

Katika kiumbe hai, kazi za wanga ni kama ifuatavyo.

Kazi ya muundo na msaada, kwani wanga hushiriki katika ujenzi wa miundo inayounga mkono, na selulosi ni sehemu kuu miundo ya kuta za seli za mimea.
Tabia ya kazi ya kinga ya mimea (miiba au miiba). Miundo kama hiyo kwenye mimea inajumuisha kuta za seli zilizokufa za mmea.
Kazi ya plastiki (jina lingine ni kazi ya anabolic), kwani wanga ni vipengele vya miundo tata ya molekuli.
Kazi ya kutoa nishati, kwani wanga ni chanzo cha nishati kwa viumbe hai.
Kazi ya uhifadhi, kwani viumbe hai huhifadhi wanga katika tishu zao kama virutubisho.
Kazi ya Osmotic, kwani wanga hushiriki katika kudhibiti shinikizo la kiosmotiki ndani ya kiumbe hai (kwa mfano, damu ina kutoka miligramu mia moja hadi miligramu mia moja na kumi ya glucose, na shinikizo la osmotic la damu inategemea mkusanyiko wa kabohaidreti hii katika damu). Usafiri wa Osmosis hutoa virutubisho katika miti mirefu ya miti, kwani usafiri wa capillary haufanyi kazi katika kesi hii.
Kazi ya vipokezi, kwani baadhi ya wanga ni sehemu ya sehemu ya kupokea ya vipokezi vya seli (molekuli kwenye uso wa seli au molekuli ambazo huyeyushwa ndani. saitoplazimu ya seli) Kipokezi humenyuka kwa njia maalum kwa kuunganishwa na fulani molekuli ya kemikali, ambayo hupeleka ishara ya nje, na kupitisha ishara hii kwenye seli yenyewe.

Jukumu la kibaolojia la selulosi ni:

Fiber ni muhimu sehemu ya muundo utando wa seli mimea. Imeundwa kama matokeo ya photosynthesis. Selulosi ya mmea ni chakula cha wanyama walao majani (kwa mfano, wacheuaji); katika miili yao, nyuzinyuzi huvunjwa kwa kutumia kimeng'enya selulasi. Ni nadra kabisa, hivyo selulosi katika fomu yake safi haitumiwi katika chakula cha binadamu.
Fiber katika chakula humpa mtu hisia ya ukamilifu na inaboresha uhamaji (peristalsis) ya matumbo yake. Cellulose ina uwezo wa kumfunga kioevu (hadi sifuri uhakika wa gramu nne za kioevu kwa gramu ya selulosi). Katika utumbo mkubwa ni metabolized na bakteria. Fiber ni svetsade bila ushiriki wa oksijeni (kuna mchakato mmoja tu wa anaerobic katika mwili). Matokeo ya digestion ni malezi ya gesi za matumbo na kuruka asidi ya mafuta. Kiasi kikubwa Asidi hizi hufyonzwa na damu na kutumika kama nishati kwa mwili. Na kiasi cha asidi ambazo hazijaingizwa na gesi za matumbo huongeza kiasi cha kinyesi na kuharakisha kuingia kwake kwenye rectum. Pia, nishati ya asidi hizi hutumiwa kuongeza kiasi cha microflora yenye manufaa katika tumbo kubwa na kusaidia maisha yake huko. Wakati kiasi cha nyuzi za chakula katika chakula kinaongezeka, kiasi cha virutubisho vya manufaa pia huongezeka. bakteria ya matumbo awali ya vitu vya vitamini inaboresha.
Ikiwa unaongeza gramu thelathini hadi arobaini na tano za bran (ina nyuzi) iliyotengenezwa kutoka kwa ngano hadi kwa chakula, basi kinyesi huongezeka kutoka gramu sabini na tisa hadi gramu mia mbili na ishirini na nane kwa siku, na muda wa harakati zao hupunguzwa kutoka hamsini. -saa nane hadi saa arobaini. Wakati nyuzinyuzi zinaongezwa kwa chakula mara kwa mara, kinyesi huwa laini, ambayo husaidia kuzuia kuvimbiwa na hemorrhoids.
Wakati kuna nyuzi nyingi katika chakula (kwa mfano, bran), basi mwili mtu mwenye afya njema, na mwili wa mgonjwa mwenye kisukari cha aina 1 huwa sugu zaidi kwa glukosi.
Nyuzinyuzi, kama brashi, huondoa amana chafu kutoka kwa kuta za matumbo na kunyonya vitu vya sumu, inachukua cholesterol na kuiondoa yote kutoka kwa mwili kawaida. Madaktari wamehitimisha kuwa watu wanaokula mkate wa rye na bran wana uwezekano mdogo wa kuteseka na saratani ya koloni.

Nyuzinyuzi nyingi zaidi hupatikana kwenye pumba kutoka kwa ngano na rye, katika mkate uliotengenezwa kwa unga wa kusagwa, katika mkate uliotengenezwa na protini na pumba, kwenye matunda yaliyokaushwa, karoti, nafaka na beets.

Maombi ya selulosi

Watu tayari wanatumia selulosi kwa muda mrefu. Kwanza kabisa, nyenzo za kuni zilitumika kama mafuta na bodi kwa ujenzi. Kisha pamba, kitani na nyuzi za katani zilitumiwa kutengeneza vitambaa mbalimbali. Kwa mara ya kwanza katika tasnia, usindikaji wa kemikali wa nyenzo za kuni ulianza kufanywa kwa sababu ya maendeleo ya utengenezaji wa bidhaa za karatasi.

Hivi sasa, selulosi hutumiwa katika anuwai maeneo ya viwanda. Na ni kwa mahitaji ya viwandani ambayo hupatikana hasa kutoka kwa malighafi ya kuni. Cellulose hutumiwa katika uzalishaji wa massa na bidhaa za karatasi, katika uzalishaji wa vitambaa mbalimbali, katika dawa, katika uzalishaji wa varnishes, katika uzalishaji wa kioo kikaboni na katika maeneo mengine ya sekta.

Hebu fikiria matumizi yake kwa undani zaidi

Acetate ya hariri hupatikana kutoka kwa selulosi na esta zake, nyuzi zisizo za asili na filamu ya acetate ya selulosi, ambayo haina kuchoma, hufanywa. Baruti isiyo na moshi imetengenezwa kutoka kwa pyroxylin. Cellulose hutumiwa kutengeneza filamu nene ya matibabu (collodion) na celluloid (plastiki) kwa vinyago, filamu na filamu ya picha. Wanatengeneza nyuzi, kamba, pamba, aina tofauti kadibodi, nyenzo za ujenzi kwa ujenzi wa meli na ujenzi wa nyumba. Pia hupata sukari (kwa madhumuni ya matibabu) na pombe ya ethyl. Cellulose hutumiwa wote kama malighafi na kama dutu kwa usindikaji wa kemikali.

Glucose nyingi inahitajika kutengeneza karatasi. Karatasi ni safu nyembamba ya nyuzi za selulosi ambayo imekuzwa na kushinikizwa kwa kutumia vifaa maalum ili kutoa uso mwembamba, mnene, laini wa bidhaa ya karatasi (wino haupaswi kumwaga damu juu yake). Mara ya kwanza, nyenzo tu za asili ya mmea zilitumiwa kuunda karatasi; nyuzi muhimu zilitolewa kutoka humo kwa mitambo (mabua ya mchele, pamba, tamba).

Lakini uchapishaji wa vitabu uliendelezwa kwa kasi ya haraka sana, magazeti pia yalianza kuchapishwa, hivyo karatasi iliyotengenezwa kwa njia hii haikutosha tena. Watu waligundua kuwa kuni ina nyuzi nyingi, kwa hivyo walianza kuongeza malighafi ya kuni kwenye misa ya mmea ambayo karatasi ilitengenezwa. Lakini karatasi hii ilichanika haraka na kugeuka manjano ndani ya muda mrefu sana. muda mfupi, hasa inapowekwa kwenye mwanga kwa muda mrefu.

Kwa hiyo, walianza kuendeleza mbinu tofauti usindikaji wa nyenzo za mbao kemikali, ambayo inafanya uwezekano wa kujitenga nayo iliyotakaswa uchafu mbalimbali selulosi

Ili kupata selulosi, chips za kuni huchemshwa katika suluhisho la reagents (asidi au alkali) kwa muda mrefu, kisha kioevu kinachosababishwa kinatakaswa. Hivi ndivyo cellulose safi inavyotengenezwa.

Vitendanishi vya asidi ni pamoja na asidi ya sulfuri; hutumika kuzalisha selulosi kutoka kwa kuni yenye kiasi kidogo cha resin.

Vitendanishi vya alkali ni pamoja na:

vitendanishi vya soda huhakikisha uzalishaji wa selulosi kutoka kwa miti ngumu na ya mwaka (selulosi kama hiyo ni ghali kabisa);
vitendanishi vya sulfate, ambayo kawaida ni sulfate ya sodiamu (msingi wa utengenezaji wa pombe nyeupe, na tayari hutumiwa kama kitendanishi cha utengenezaji wa selulosi kutoka kwa mimea yoyote).

Baada ya hatua zote za uzalishaji, karatasi hutumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa bidhaa za ufungaji, vitabu na vifaa.

Kutoka kwa yote hapo juu, tunaweza kuhitimisha kwamba selulosi (fiber) ina thamani muhimu ya utakaso na uponyaji kwa matumbo ya binadamu, na pia hutumiwa katika maeneo mengi ya sekta.

Kabohaidreti tata kutoka kwa kundi la polysaccharides ambayo ni sehemu ya ukuta wa seli ya mimea inaitwa selulosi au nyuzi. Dutu hii iligunduliwa mwaka wa 1838 na mwanakemia wa Kifaransa Anselme Payen. Fomu ya selulosi ni (C 6 H 10 O 5) n.

Muundo

Licha ya sifa za kawaida, selulosi inatofautiana na polysaccharide nyingine ya mmea - wanga. Molekuli ya selulosi ni mnyororo mrefu, usio na matawi wa saccharides. Tofauti na wanga, ambayo ina mabaki ya α-glucose, inajumuisha mabaki mengi ya β-glucose yaliyounganishwa kwa kila mmoja.

Kwa sababu ya muundo mnene wa mstari wa molekuli, huunda nyuzi.

Mchele. 1. Muundo wa molekuli ya selulosi.

Cellulose ina shahada kubwa zaidi upolimishaji kuliko wanga.

Risiti

Katika hali ya viwanda, selulosi huchemshwa kutoka kwa kuni (chips). Kwa lengo hili, reagents tindikali au alkali hutumiwa. Kwa mfano, hydrosulfite ya sodiamu, hidroksidi ya sodiamu, lye.

Kama matokeo ya kupikia, selulosi na mchanganyiko huundwa misombo ya kikaboni. Ili kusafisha, tumia suluhisho la alkali.

Tabia za kimwili

Fiber ni dutu isiyo na ladha, nyeupe, yenye nyuzi. Cellulose ni mumunyifu hafifu katika maji na vimumunyisho vya kikaboni. Inayeyuka katika kitendanishi cha Schweitzer - suluhisho la amonia shaba(II) hidroksidi.

Msingi mali za kimwili:

kuharibiwa saa 200 ° C;
huwaka kwa 275 ° C;
hujifungua kwa 420 ° C;
huyeyuka kwa 467°C.

Kwa asili, selulosi hupatikana katika mimea. Inaundwa wakati wa photosynthesis na hufanya kazi ya kimuundo katika mimea. Ni nyongeza ya chakula E460.

Mchele. 2. Panda ukuta wa seli.

Tabia za kemikali

Kutokana na kuwepo kwa vikundi vitatu vya hidroksili katika saccharide moja, nyuzi zinaonyesha mali pombe za polyhydric na ina uwezo wa kuingia katika athari za esterification kuunda esta. Inapoharibika bila oksijeni, hutengana na mkaa, maji na misombo ya kikaboni tete.

Sifa kuu za kemikali za nyuzi zinawasilishwa kwenye meza.

*Mwitikio*	*Maelezo*	*Mlinganyo*
Hydrolysis	Inatokea wakati joto katika mazingira ya tindikali na malezi ya glucose	(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t°, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6
Pamoja na anhidridi asetiki	Uundaji wa triacetylcellulose mbele ya asidi ya sulfuriki na asetiki	(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O
Nitration	Humenyuka pamoja na asidi ya nitriki iliyokolea kwenye joto la kawaida. Ester huundwa - trinitrati ya selulosi au pyroxylin, inayotumiwa kutengeneza poda isiyo na moshi	(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n
	Oxidation kamili hutokea kwa kaboni dioksidi na maji	(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t°) → 6nCO 2 + 5nH 2 O

Mchele. 3. Pyroxylin.

Selulosi hutumiwa hasa kwa kutengeneza karatasi, na pia kwa utengenezaji wa esta, alkoholi, na glukosi.

Tumejifunza nini?

Selulosi au nyuzinyuzi ni polima kutoka kwa tabaka la wanga, linalojumuisha mabaki ya β-glucose. Imejumuishwa katika mmea kuta za seli. Ni dutu nyeupe, isiyo na ladha ambayo huunda nyuzi ambazo haziwezi kuyeyushwa vizuri katika maji na vimumunyisho vya kikaboni. Cellulose imetengwa na kuni kwa kupikia. Kiwanja hupitia athari za esterification na hidrolisisi na kinaweza kuoza kwa kukosekana kwa hewa. Katika mtengano kamili hutengeneza maji na dioksidi kaboni.