प्राकृतिक बहुलक - सूत्र और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

आज की अधिकांश निर्माण सामग्री, दवाएं, कपड़े, घरेलू सामान, पैकेजिंग और उपभोग्य वस्तुएं पॉलिमर हैं। यह यौगिकों का एक पूरा समूह है जिसमें विशिष्ट विशिष्ट विशेषताएं हैं। उनमें से बहुत सारे हैं, लेकिन इसके बावजूद, पॉलिमर की संख्या लगातार बढ़ रही है। आखिरकार, सिंथेटिक रसायनज्ञ प्रतिवर्ष अधिक से अधिक नए पदार्थों की खोज करते हैं। साथ ही, यह प्राकृतिक बहुलक था जो हर समय विशेष महत्व रखता था। ये अद्भुत अणु क्या हैं? उनके गुण क्या हैं और क्या विशेषताएं हैं? हम लेख के दौरान इन सवालों के जवाब देंगे।

पॉलिमर: सामान्य विशेषताएं

रसायन की दृष्टि से, एक बहुलक को एक अणु माना जाता है जिसमें एक विशाल आणविक भार होता है: कई हजार से लाखों इकाइयों तक। हालांकि, इस विशेषता के अलावा, कई और भी हैं जिनके द्वारा पदार्थों को प्राकृतिक और सिंथेटिक पॉलिमर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। यह है:

लगातार दोहराई जाने वाली मोनोमेरिक इकाइयाँ जो विभिन्न इंटरैक्शन के माध्यम से जुड़ी हुई हैं;
पोलीमरेज़ की डिग्री (यानी मोनोमर्स की संख्या) बहुत होनी चाहिएउच्च, अन्यथा यौगिक को ओलिगोमर माना जाएगा;
एक मैक्रोमोलेक्यूल का कुछ स्थानिक अभिविन्यास;
महत्वपूर्ण भौतिक और रासायनिक गुणों का एक समूह जो इस समूह के लिए अद्वितीय हैं।

सामान्य तौर पर, बहुलक प्रकृति के एक पदार्थ को दूसरों से अलग करना काफी आसान होता है। उसे समझने के लिए केवल उसके सूत्र को देखना होता है। एक विशिष्ट उदाहरण प्रसिद्ध पॉलीथीन है, जिसका व्यापक रूप से रोजमर्रा की जिंदगी और उद्योग में उपयोग किया जाता है। यह एक पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया का उत्पाद है जिसमें असंतृप्त हाइड्रोकार्बन एथीन या एथिलीन प्रवेश करता है। सामान्य रूप में प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी जाती है:

nCH₂=CH₂→(-CH-CH-) , जहां n अणुओं के पोलीमराइजेशन की डिग्री है, यह दर्शाता है कि इसकी संरचना में कितनी मोनोमेरिक इकाइयाँ शामिल हैं।

इसके अलावा, एक उदाहरण के रूप में, कोई एक प्राकृतिक बहुलक का हवाला दे सकता है, जो सभी को अच्छी तरह से पता है, यह स्टार्च है। इसके अलावा, एमाइलोपेक्टिन, सेल्युलोज, चिकन प्रोटीन और कई अन्य पदार्थ यौगिकों के इस समूह से संबंधित हैं।

बृहद अणु बनाने वाली प्रतिक्रियाएं दो प्रकार की होती हैं:

बहुलकीकरण;
पॉलीकंडेंसेशन।

अंतर यह है कि दूसरे मामले में, अंतःक्रियात्मक उत्पाद कम आणविक भार वाले होते हैं। बहुलक की संरचना भिन्न हो सकती है, यह इसे बनाने वाले परमाणुओं पर निर्भर करता है। रैखिक रूप अक्सर पाए जाते हैं, लेकिन त्रि-आयामी जाल भी होते हैं, जो बहुत जटिल होते हैं।

अगर हम मोनोमर इकाइयों को एक साथ रखने वाले बलों और अंतःक्रियाओं के बारे में बात करें, तो हम कई बुनियादी इकाइयों की पहचान कर सकते हैं:

वान डेर वाल्सताकत;
रासायनिक बंधन (सहसंयोजक, आयनिक);
इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन।

सभी पॉलिमर को एक श्रेणी में नहीं जोड़ा जा सकता है, क्योंकि उनके पास पूरी तरह से अलग प्रकृति, गठन की विधि है और विभिन्न कार्य करते हैं। उनके गुण भी भिन्न होते हैं। इसलिए, एक वर्गीकरण है जो आपको पदार्थों के इस समूह के सभी प्रतिनिधियों को विभिन्न श्रेणियों में विभाजित करने की अनुमति देता है। यह कई संकेतों पर आधारित हो सकता है।

पॉलीमर का वर्गीकरण

यदि हम अणुओं की गुणात्मक संरचना को आधार के रूप में लें, तो विचाराधीन सभी पदार्थों को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है।

जैविक - ये वे हैं जिनमें कार्बन, हाइड्रोजन, सल्फर, ऑक्सीजन, फास्फोरस, नाइट्रोजन के परमाणु शामिल हैं। यानी वे तत्व जो बायोजेनिक हैं। कई उदाहरण हैं: पॉलीइथाइलीन, पॉलीविनाइल क्लोराइड, पॉलीप्रोपाइलीन, विस्कोस, नायलॉन, प्राकृतिक बहुलक - प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड और इसी तरह।
एलिमेंटलऑर्गेनिक - वे जिनमें कुछ बाहरी अकार्बनिक और गैर-जैविक तत्व शामिल हैं। ज्यादातर यह सिलिकॉन, एल्यूमीनियम या टाइटेनियम है। ऐसे मैक्रोमोलेक्यूल्स के उदाहरण: कार्बनिक ग्लास, ग्लास पॉलिमर, मिश्रित सामग्री।
अकार्बनिक - श्रृंखला कार्बन नहीं, सिलिकॉन परमाणुओं पर आधारित है। रेडिकल भी पार्श्व शाखाओं का हिस्सा हो सकते हैं। उन्हें हाल ही में 20 वीं शताब्दी के मध्य में खोजा गया था। दवा, निर्माण, इंजीनियरिंग और अन्य उद्योगों में उपयोग किया जाता है। उदाहरण: सिलिकॉन, सिनेबार।

यदि आप पॉलिमर को मूल रूप से अलग करते हैं, तो आप कर सकते हैंउनके तीन समूहों का चयन करें।

प्राकृतिक बहुलक, जिनका उपयोग प्राचीन काल से व्यापक रूप से किया जाता रहा है। ये ऐसे मैक्रोमोलेक्यूल्स हैं, जिनके निर्माण के लिए किसी व्यक्ति ने कोई प्रयास नहीं किया। वे स्वयं प्रकृति की प्रतिक्रियाओं के उत्पाद हैं। उदाहरण: रेशम, ऊन, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, स्टार्च, सेल्युलोज, चमड़ा, कपास, आदि।
कृत्रिम। ये मैक्रोमोलेक्यूल्स हैं जो मनुष्य द्वारा बनाए गए हैं, लेकिन प्राकृतिक एनालॉग्स पर आधारित हैं। यही है, पहले से मौजूद प्राकृतिक बहुलक के गुणों में बस सुधार और परिवर्तन होता है। उदाहरण: कृत्रिम रबर, रबर।
सिंथेटिक - ये ऐसे पॉलिमर हैं जिनके निर्माण में केवल एक व्यक्ति ही भाग लेता है। उनके लिए कोई प्राकृतिक एनालॉग नहीं हैं। वैज्ञानिक नई सामग्रियों के संश्लेषण के लिए ऐसे तरीके विकसित कर रहे हैं जिनसे तकनीकी विशेषताओं में सुधार होता। इस प्रकार विभिन्न प्रकार के सिंथेटिक बहुलक यौगिकों का जन्म होता है। उदाहरण: पॉलीथीन, पॉलीप्रोपाइलीन, विस्कोस, एसीटेट फाइबर, आदि।

एक और विशेषता है जो माना पदार्थों को समूहों में विभाजित करती है। ये प्रतिक्रियाशीलता और थर्मल स्थिरता हैं। इस पैरामीटर के लिए दो श्रेणियां हैं:

थर्मोप्लास्टिक;
थर्मोसेट।

सबसे प्राचीन, महत्वपूर्ण और विशेष रूप से मूल्यवान अभी भी एक प्राकृतिक बहुलक है। इसके गुण अद्वितीय हैं। इसलिए, हम आगे मैक्रोमोलेक्यूल्स की इस विशेष श्रेणी पर विचार करेंगे।

कौन सा पदार्थ प्राकृतिक बहुलक है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए पहले अपने चारों ओर देखें। हमारे आसपास क्या है?हमारे आसपास रहने वाले जीव जो भोजन करते हैं, सांस लेते हैं, प्रजनन करते हैं, खिलते हैं और फल और बीज पैदा करते हैं। और आणविक दृष्टिकोण से वे क्या दर्शाते हैं? ये कनेक्शन हैं जैसे:

प्रोटीन;
न्यूक्लिक एसिड;
पॉलीसेकेराइड।

तो, इनमें से प्रत्येक यौगिक एक प्राकृतिक बहुलक है। इस प्रकार, यह पता चलता है कि हमारे चारों ओर जीवन इन अणुओं की उपस्थिति के कारण ही मौजूद है। प्राचीन काल से, लोगों ने मिट्टी का उपयोग किया है, घर को मजबूत करने और बनाने के लिए मिश्रण और मोर्टार का निर्माण किया है, ऊन से सूत बुनते हैं, और कपड़े बनाने के लिए कपास, रेशम, ऊन और जानवरों की खाल का उपयोग करते हैं। प्राकृतिक कार्बनिक पॉलिमर मनुष्य के गठन और विकास के सभी चरणों में उसके साथ रहे और कई मायनों में उसे आज के परिणाम प्राप्त करने में मदद की।

प्रकृति ने ही लोगों के जीवन को यथासंभव आरामदायक बनाने के लिए सब कुछ दिया। समय के साथ, रबर की खोज की गई, इसके उल्लेखनीय गुणों को स्पष्ट किया गया। मनुष्य ने खाद्य प्रयोजनों के लिए स्टार्च और तकनीकी उद्देश्यों के लिए सेल्युलोज का उपयोग करना सीख लिया है। कपूर भी एक प्राकृतिक बहुलक है, जिसे प्राचीन काल से भी जाना जाता है। रेजिन, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड सभी विचाराधीन यौगिकों के उदाहरण हैं।

प्राकृतिक पॉलिमर की संरचना

पदार्थों के इस वर्ग के सभी प्रतिनिधियों की संरचना समान नहीं होती है। इस प्रकार, प्राकृतिक और सिंथेटिक पॉलिमर काफी भिन्न हो सकते हैं। उनके अणु इस तरह से उन्मुख होते हैं कि ऊर्जा की दृष्टि से अस्तित्व में रहना सबसे अधिक लाभकारी और सुविधाजनक होता है। इसी समय, कई प्राकृतिक प्रजातियां प्रफुल्लित होने में सक्षम होती हैं और उनकी संरचना प्रक्रिया में बदल जाती है।श्रृंखला संरचना के कई सबसे सामान्य रूप हैं:

रैखिक;
शाखा;
तारे के आकार का;
फ्लैट;
जाल;
टेप;
कंघी के आकार का।

मैक्रोमोलेक्यूल्स के कृत्रिम और सिंथेटिक प्रतिनिधियों में एक बहुत बड़ा द्रव्यमान, बड़ी संख्या में परमाणु होते हैं। वे विशेष रूप से निर्दिष्ट गुणों के साथ बनाए गए हैं। इसलिए, उनकी संरचना की योजना मूल रूप से मनुष्य द्वारा बनाई गई थी। प्राकृतिक बहुलक प्रायः या तो रैखिक होते हैं या संरचना में जालीदार होते हैं।

प्राकृतिक मैक्रोमोलेक्यूल्स के उदाहरण

प्राकृतिक और कृत्रिम बहुलक एक दूसरे के बहुत करीब हैं। आखिरकार, पहला दूसरे के निर्माण का आधार बनता है। ऐसे परिवर्तनों के कई उदाहरण हैं। यहाँ उनमें से कुछ हैं।

साधारण दूधिया-सफेद प्लास्टिक प्राकृतिक कपूर के साथ नाइट्रिक एसिड के साथ सेल्यूलोज का उपचार करके प्राप्त उत्पाद है। पोलीमराइजेशन रिएक्शन के कारण परिणामी पॉलीमर जम जाता है और वांछित उत्पाद बन जाता है। और प्लास्टिसाइज़र - कपूर, गर्म होने पर इसे नरम करने और अपना आकार बदलने में सक्षम बनाता है।
एसीटेट रेशम, तांबा-अमोनिया फाइबर, विस्कोस उन सभी धागे, फाइबर के उदाहरण हैं जो सेलूलोज़ से प्राप्त होते हैं। प्राकृतिक कपास और लिनन से बने कपड़े इतने टिकाऊ, चमकदार नहीं, आसानी से झुर्रीदार नहीं होते हैं। लेकिन उनके कृत्रिम एनालॉग इन कमियों से रहित हैं, जो उनके उपयोग को बहुत आकर्षक बनाता है।
कृत्रिम पत्थर, निर्माण सामग्री, मिश्रण, चमड़े के विकल्प हैंप्राकृतिक कच्चे माल से प्राप्त पॉलिमर के उदाहरण भी देखें।

पदार्थ, जो एक प्राकृतिक बहुलक है, उसका वास्तविक रूप में भी उपयोग किया जा सकता है। ऐसे कई उदाहरण भी हैं:

रोसीन;
एम्बर;
स्टार्च;
एमाइलोपेक्टिन;
सेल्यूलोज;
फर;
ऊन;
कपास;
रेशम;
सीमेंट;
मिट्टी;
नींबू;
प्रोटीन;
न्यूक्लिक एसिड वगैरह।

जाहिर है, हम जिस वर्ग के यौगिकों पर विचार कर रहे हैं, वह लोगों के लिए बहुत अधिक, व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण और महत्वपूर्ण है। अब आइए प्राकृतिक पॉलिमर के कई प्रतिनिधियों पर करीब से नज़र डालें, जो वर्तमान समय में बहुत मांग में हैं।

रेशम और ऊन

प्राकृतिक रेशम बहुलक का सूत्र जटिल है, क्योंकि इसकी रासायनिक संरचना निम्नलिखित घटकों द्वारा व्यक्त की जाती है:

फाइब्रोइन;
सेरिसिन;
मोम;
वसा।

मुख्य प्रोटीन, फाइब्रोइन, में कई प्रकार के अमीनो एसिड होते हैं। यदि आप इसकी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की कल्पना करते हैं, तो यह कुछ इस तरह दिखेगा: (-NH-CH₂-CO-NH-CH(CH₃))- CO-NH-CH₂-CO-)_n. और यह इसका एक हिस्सा है। यदि हम कल्पना करें कि वैन डेर वाल्स बलों की मदद से एक समान रूप से जटिल सेरिसिन प्रोटीन अणु इस संरचना से जुड़ा हुआ है, और साथ में वे मोम और वसा के साथ एक ही रचना में मिश्रित होते हैं, तो यह स्पष्ट है कि सूत्र को चित्रित करना मुश्किल क्यों है प्राकृतिक रेशम का।

आज के लिएआज, इस उत्पाद की अधिकांश आपूर्ति चीन द्वारा की जाती है, क्योंकि इसके खुले स्थानों में मुख्य उत्पादक - रेशमकीट के लिए एक प्राकृतिक आवास है। पहले, सबसे प्राचीन काल से, प्राकृतिक रेशम को अत्यधिक महत्व दिया जाता था। केवल कुलीन, अमीर लोग ही इससे कपड़े खरीद सकते थे। आज, इस कपड़े की कई विशेषताएं वांछित होने के लिए बहुत कुछ छोड़ देती हैं। उदाहरण के लिए, यह अत्यधिक चुम्बकित और झुर्रीदार होता है, इसके अलावा, यह अपनी चमक खो देता है और सूर्य के संपर्क में आने से फीका पड़ जाता है। इसलिए, इस पर आधारित कृत्रिम व्युत्पन्न अधिक उपयोग में हैं।

ऊन भी एक प्राकृतिक बहुलक है, क्योंकि यह जानवरों की त्वचा और वसामय ग्रंथियों का अपशिष्ट उत्पाद है। इस प्रोटीन उत्पाद के आधार पर बुना हुआ कपड़ा बनाया जाता है, जो रेशम की तरह एक मूल्यवान सामग्री है।

स्टार्च

प्राकृतिक बहुलक स्टार्च पौधों का अपशिष्ट उत्पाद है। वे इसे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न करते हैं और शरीर के विभिन्न भागों में जमा हो जाते हैं। इसकी रासायनिक संरचना:

एमाइलोपेक्टिन;
एमाइलोज;
अल्फा-ग्लूकोज।

स्टार्च की स्थानिक संरचना बहुत शाखित, अव्यवस्थित होती है। रचना में शामिल एमाइलोपेक्टिन के लिए धन्यवाद, यह पानी में सूजने में सक्षम है, तथाकथित पेस्ट में बदल जाता है। इस कोलाइडल विलयन का उपयोग इंजीनियरिंग और उद्योग में किया जाता है। दवा, खाद्य उद्योग, वॉलपेपर चिपकने का निर्माण भी इस पदार्थ के उपयोग के क्षेत्र हैं।

स्टार्च की अधिकतम मात्रा वाले पौधों में, हम भेद कर सकते हैं:

मकई;
आलू;
चावल;
गेहूं;
कसावा;
जई;
एक प्रकार का अनाज;
केले;
सोरघम।

इस बायोपॉलिमर के आधार पर ब्रेड को बेक किया जाता है, पास्ता बनाया जाता है, किसल्स, अनाज और अन्य खाद्य उत्पादों को पकाया जाता है।

पल्प

रसायन की दृष्टि से यह पदार्थ एक बहुलक है, जिसका संघटन सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है (C₆H_{5 ओ} 5₎ _{। श्रृंखला में मोनोमेरिक कड़ी बीटा-ग्लूकोज है। सेल्यूलोज सामग्री के मुख्य स्थल पौधों की कोशिका भित्ति हैं। इसलिए लकड़ी इस यौगिक का एक मूल्यवान स्रोत है।}

सेल्यूलोज एक प्राकृतिक बहुलक है जिसमें एक रैखिक स्थानिक संरचना होती है। इसका उपयोग निम्नलिखित प्रकार के उत्पादों के उत्पादन के लिए किया जाता है:

लुगदी और कागज उत्पाद;
फॉक्स फर;
विभिन्न प्रकार के कृत्रिम रेशे;
कपास;
प्लास्टिक;
धुआं रहित पाउडर;
फिल्म स्ट्रिप्स वगैरह।

जाहिर है, इसका औद्योगिक महत्व बहुत बड़ा है। किसी दिए गए यौगिक को उत्पादन में उपयोग करने के लिए, इसे पहले पौधों से निकाला जाना चाहिए। यह विशेष उपकरणों में लकड़ी को लंबे समय तक पकाने के द्वारा किया जाता है। आगे की प्रक्रिया, साथ ही साथ पाचन के लिए उपयोग किए जाने वाले अभिकर्मक भिन्न होते हैं। कई तरीके हैं:

सल्फाइट;
नाइट्रेट;
सोडियम;
सल्फेट।

इस उपचार के बाद भी उत्पाद में शामिल हैअशुद्धियाँ। यह लिग्निन और हेमिकेलुलोज पर आधारित है। इनसे छुटकारा पाने के लिए द्रव्यमान को क्लोरीन या क्षार से उपचारित किया जाता है।

मानव शरीर में ऐसा कोई जैविक उत्प्रेरक नहीं है जो इस जटिल बायोपॉलिमर को तोड़ने में सक्षम हो। हालांकि, कुछ जानवरों (शाकाहारी) ने इसके लिए अनुकूलित किया है। उनके पेट में कुछ बैक्टीरिया होते हैं जो उनके लिए ऐसा करते हैं। बदले में, सूक्ष्मजीव जीवन और आवास के लिए ऊर्जा प्राप्त करते हैं। सहजीवन का यह रूप दोनों पक्षों के लिए अत्यंत लाभकारी है।

रबर

यह बहुमूल्य आर्थिक महत्व का प्राकृतिक बहुलक है। इसका वर्णन सबसे पहले रॉबर्ट कुक ने किया था, जिन्होंने अपनी एक यात्रा में इसकी खोज की थी। ऐसा हुआ। अज्ञात मूल निवासियों के निवास वाले एक द्वीप पर उतरने के बाद, उनका स्वागत सत्कार किया गया। उनका ध्यान स्थानीय बच्चों ने आकर्षित किया जो एक असामान्य वस्तु से खेल रहे थे। इस गोलाकार शरीर ने फर्श से लात मारी और ऊपर उछला, फिर लौट आया।

स्थानीय आबादी से यह पूछने पर कि यह खिलौना किस चीज से बना है, कुक को पता चला कि एक पेड़ का रस इस तरह से सख्त हो जाता है। बहुत बाद में पता चला कि यह रबर का बायोपॉलिमर है।

इस यौगिक की रासायनिक प्रकृति ज्ञात है - यह आइसोप्रीन है जो प्राकृतिक पोलीमराइजेशन से गुजरा है। रबर सूत्र है (С₅Н₈) । इसके गुण जो इसे इतना ऊँचा मानते हैं, इस प्रकार हैं:

लोच;
प्रतिरोधी पहनें;
विद्युत इन्सुलेशन;
पानी प्रतिरोधी।

हालाँकि, इसके नुकसान भी हैं। ठंड में यह भंगुर और भंगुर हो जाता है, और गर्मी में यह चिपचिपा और चिपचिपा हो जाता है। इसीलिए कृत्रिम या सिंथेटिक आधार के एनालॉग्स को संश्लेषित करना आवश्यक हो गया। आज, घिसने का व्यापक रूप से तकनीकी और औद्योगिक उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। उन पर आधारित सबसे महत्वपूर्ण उत्पाद:

रबड़;
इबोनाइट्स।

अंबर

यह एक प्राकृतिक बहुलक है, क्योंकि इसकी संरचना में यह राल है, इसका जीवाश्म रूप है। स्थानिक संरचना एक फ्रेम अनाकार बहुलक है। यह बहुत ज्वलनशील होता है और इसे माचिस की तीली से जलाया जा सकता है। इसमें ल्यूमिनेसिसेंस गुण होते हैं। यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण और मूल्यवान गुण है जिसका उपयोग गहनों में किया जाता है। एम्बर पर आधारित आभूषण बहुत सुंदर और मांग में हैं।

इसके अलावा, इस बायोपॉलिमर का उपयोग चिकित्सा प्रयोजनों के लिए भी किया जाता है। इसका उपयोग विभिन्न सतहों के लिए सैंडपेपर, वार्निश कोटिंग्स बनाने के लिए भी किया जाता है।