Реферат по хімії підготував Сергій Голубєв
Здавна виготовлення свого одягу людина користувався природними волокнами, одержуваними з бавовни, льону, вовни деяких тварин, з ниток, выпрядаемых гусеницею шовковицевого шовкопряда. Цілком природно, що ці джерела виявилися недостатніми, щоб надалі повністю задовольнити дедалі більшу потреба у тканинах.
Гусеница шовковицевого шовкопряда видавлює через вузький проток в’язку рідина й витягує їх у найтоншу нитку, затвердевающую надворі. Отже, щоб полікувати штучне волокно подібно гусениці шовковицевого шовкопряда, треба приготувати в’язку рідина й з її спробувати витягати нитки.
Для цього він бавовну обробили азотної кислотою. У цьому виходила нитроцеллюлоза, яка за розчиненні в суміші спирту з ефіром давала сиропообразную рідина. З цієї рідини паличками вдавалося витягати нитки. Але це примітивний спосіб було, звісно, нікого задовольнити. Французький хімік Шардоннэ вирішив далі провести наслідування шовкопряду. Він продавлював розчин нитроцеллюлозы в спирті і ефірі через тонкі отвори в подкисленную воду. Після розведення водою спиртоэфирного розчину виходили шовковисті довгі нитки чистої нитроцеллюлозы.
Відомо, як огнеопасна і взрывчата нитроцеллюлоза. У сукню з такої тканини не погодилася б нарядитися жодна модниця. Щоб уникнути цієї вади, отримані нитки піддавали денитрации.
Перші зразки були, звісно, дуже дорогі, а тим часом досягнення, здавалося, було невелика. Адже штучний шовк виходив таки з волокнистого матеріалу – бавовни. З хлопа легко отримувати нитки і звичайним прядением, щоправда, вони мають шовковистим блиском. Ось якби навчитися готувати штучні нитки з целюлози, яка йде на прядіння, приміром, із тій, котру перебуває у деревині, і застосовувати у своїй дорогу азотну кислоту.
Великим завоюванням хімії було визнано створення саме такої способу. Такий спосіб називається вискозного і в час однією з поширених.
Виробництво вискозного шовку ось у чому:
Як відомо, в деревині целюлоза становить приблизно 50% щодо маси. Щоб виділити чисту целюлозу, деревину перетворюють на тріски і варять у великих закритих казанах, під тиском на кілька атмосфер, з розчином гидросульфита кальцію Ca(HSO 3 )2 . Варка триває близько діб. У цьому гидросульфит руйнує речовини, склеивающие волоконця клітковини, і її, як хімічно найбільш стійка, виділяється у вільному вигляді. Целлюлозу змішують з і образующуюся рідку кашку виливають поступово на безупинно рухливу стрічку. Після відходу води, высушивания і різання утворюються листи так званої сульфітної целюлози, нагадує собою картон. Частина сульфітної целюлози йде вироблення папери, а частина – виробництва вискозного шовку.
Реферат хімічні волокна
... ХІМІЧНІ ВОЛОКНА Хімічні волокна діляться на штучні і синтетичні. Штучні волокна виготовляють з природних високомолекулярних сполук, в основному з целюлози. Синтетичні волокна виготовляють із синтетичних високомолекулярних сполук. Хімічні волокна виготовляються у вигляді нескінченної нитки, ... тутового шовкопряда. Гусениця шовкопряда випускає нитка, що складається з двох елементарних фіброінових ниток ...
З отриманої целюлози не можна безпосередньо выпрясть нитки, її слід спочатку перекласти на розчин, щоб потім прикладу нітратного шовку з в’язкого розчину витягати нитки. Целлюлоза не розчиняється ні у воді, ні з зазвичай вживаних органічних розчинниках. Але виявилося, що й на целюлозу подіяти спочатку концентрованим розчином луги, та був сероуглеродом CS 2 , вона перетворюється на речовина, розчинне в розбавлених розчинах луги, щоб одержати таких розчинів надходять так.
Листы целюлози обробляли лугом, потім їх одягнули подрібнюють механічним способом, отриману хлопьевидную масу кілька днів обробляють особливих апаратах сероуглеродом. Продукт реакції целюлози зі лугом і сероуглеродом набуває оранжево-желтую забарвлення, і тому називається ксантогенатом (від грецьк. “ксантос” – світло-жовтий).
Ксантоганат є ефір целюлози.
До ксантогенату доливають 4-відсотковий розчин гідроокису натра. Утворюється в’язкий розчин – віскоза. Такий спосіб отримав назву вискозного. Вискозу залишають кілька днів “дозрівати”, що вона стане придатної на формування волокна. Готовая віскоза вступає у цех прядіння. Тут на кількох десятках машин з її готують шовкові нитки.
Відомі й інші штучні волокна.
З принципом отримання однієї з них легко познайомитися навіть практично.
Прильем до розчину мідного купоросу розчин гидроксида натрію. Вийде блакитний осад гидроксида міді:
CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2 SO4
Отфильтруем осад і розчинний їх у міцно нашатирному спирті (водному розчині аміаку NH 3 ).
У цьому утворюється зване комплексне медно-аммиачное з’єднання, розчинне у питній воді, і рідина приймає красиву темно-синю забарвлення.
У цьому рідини розчинний, при помішуванні паличкою, клубочок вати (вата – це волокна бавовни).
В Україні вийде медно-аммиачный розчин целюлози. Якщо тепер його вилити тонкої струменем в розчин кислоти чи луги, то комплексне з’єднання міді розкладеться, і целюлоза виділиться знову у вигляді пластівців і ниток. Медно-аммиачный розчин целюлози ми можемо вичавлювати в осадительную ванну з якогось насосика, наприклад, медичного шприца. Тоді целюлоза твердне як довгих ниток. Це вже буде досить повним наслідуванням виробничому процесу отримання волокна.
У промисловості щоб одержати мідно-аміачного шовку використовується бавовняне волокно – линт. Щоб виділити целюлозу з мідно-аміачного комплексу, розчин видавлюють через фильеры в теплу воду чи розчин луги та які утворюються нитки пропускають потім через розчин сірчаної кислоти.
Медно-аммиачный шовк називають павутинням з міцністю стали. Але він тонше павутиння і тонше натурального шовку і з міцності мало поступається останньому, а, по красі навіть за його.
Особливої міцністю має ацетатное волокно. У цій способу линт обробляють сумішшю оцтової кислоти CH 3 COOH і оцтового ангідриду (CH3 CO)2 O у присутності невеликої кількості сірчаної кислоти. Через війну реакції утворюється складний ефір – диацетилцеллюлоза чи триацетилцеллюлоза. Якщо формулу целюлози зобразити як [З6 H7 O2 (OH)3 ]n чи, спрощено (одна ланка молекули), як З6 H7 O2 (OH)3 , то формула диацетилцеллюлозы буде З6 H7 O2 (OH)(OOCCH3 )2 , а формула триацетилцеллюлозы З6 H7 O2 (OOCCH3 )3 .
Той і той складний ефір целюлози йдуть на отримання штучного волокна. Для цього він перший із них розчиняють в суміші етилового спирту і ацетону, а другий – в суміші спирту і хлористого метилена. Отриманий у цьому чи другому випадках в’язкий розчин видавлюють через фильеру в шахту, у якій проходить нагрітий повітря. По випаровуванні розчинника утворюються нитки шовку. Такий спосіб називається сухим формуванням волокна на відміну попереднього способу – мокрого формування.
Усі розглянуті раніше волокна складаються, зрештою, з целюлози, хоча вона у процесі переробки піддавалася ряду перетворень. Ацетатное ж волокно від нього істотно особливий тим, що складним ефіром целюлози. Воно не набухає у воді й менше за інших втрачає міцність у вологому стані.
Поки ацетатное волокно коштує дорожче вискозного, бо в виробництво його йдуть такі цінні речовини, як оцтовий ангідрид, ацетон тощо. п.
Крім штучного волокна, з ацетилцеллюлозы готують негорючую плівку, лаки, целлон.
Можна легко і безпомилково відрізнити бавовняну тканину від шерстяний. І тому варто взяти від зразків по невеличкий ниточці і підпалити їх. Якщо нитку бавовняна відчувається запах горілої папери; якщо нитку вовняна, відчуємо запах смаленого. Це тому, що шерсть білкового характеру, а білки при нагріванні утворюють леткі азотовмісні речовини з дуже характерною запахом.
Чи можна подібним чином відрізнити нитку штучного волокна від бавовняною чи то з нитки натурального шовку? Пригадаємо, що штучне волокно складається переважно з целюлози; очевидно, воно при горінні нічого очікувати давати запаху палених волосся, і з цього ознакою їх від бавовняною нитки. Але його, виявляється, можна легко від натурального шовку, адже натуральний шовк – це білок, і він, отже, подібно вовни, при поджигании видаватиме характерний запах.
Наше століття часто називають століттям синтетичної хімії. Дуже багато нових речовин отримала хімія з допомогою синтезу.
Научилась вона отримувати синтетичні волокна, т. е. такі, основу яких становлять не природні високомолекулярні речовини, а синтетичні полімери. Одним із перших синтетичних волокон відомими нейлон, анид і капрон.
Речовини, що утворюють ці волокна, за своєю будовою до певної міри подібні з білковими речовинами шовку. Молекули всіх волоком мають лінійне будову та складаються з повторюваних ланок. Такими ланками в молекулах целюлози будуть залишки молекул глюкози. У молекулах білка натурального шовку, вовни ланками є залишки амінокислот:
H O
O
H 2 N–CH–C ; –N–CH– З–
OH
R R
Будова молекули білкового речовини шовку може бути висловлене схемою:
H O H O H O
… –N–CH–C–N–CH– C–N–CH– З–…
R R R
Групи атомів –CO–NH–, що з’єднують залишки амінокислот в молекулах, називаються амидными групами, а зв’язок між атомами вуглецю та азоту у яких – амидными зв’язками.
У молекулах, їхнім виокремленням нейлон і капрон, також є амидные зв’язок між повторюваними групами атомів, але це повторювані групи атомів – ланки – відрізняються від тих, що утворюють молекулу природного білка.
Нейлон готують з досить простих органічних речовин – адиптиновой кислоти HOOC – (CH 2 )4 – COOH і гексаметилендиамина H2 N – (CH2 )6 – NH2 , які у своє чергу, отримують з фенолу. При нагріванні спільно адиптиновой кислоти і гексаметилендиамина утворюється в’язка смола. Молекули вихідних речовин, взаємодіючи друг з одним, утворюють нитковидні молекули нового речовини. Ця реакція наслідок те, що від кінці однієї молекули відривається гидроксильная група. А від кінця інший молекули – з аминогруппы – атом водню. Група OH і атом водню утворюють молекулу води H2 O, а залишки молекул органічних речовин з допомогою звільнених валентностей з’єднуються друг з одним в довгі ланцюга. Спрощено той процес можна зобразити наступній схемою:
HO OH H H
C–(CH 2 )4 –З + N–(CH2 )6 –N +
O O H H
HO OH
C–(CH 2 )4 –З + …
O O
HO
C–(CH 2 )4 –C–N–(CH2 )6 –N–C–(CH2 )4 –З– … + nH2 O ;
O
O H H O O
Так з’єднується в ланцюг приблизно на сотні залишків молекул гексаметилендиамина і адиптиновой кислоти.
Нагріту в’язку смолу продавлюють через тонкі отвори фильеры. Охлаждаемая повітрям струмінь твердне, створюючи волокно. Швидкість освіти волокон тут дуже велике – 1000 м /хв. Далі волокна нейлону піддаються розтягуванню на барабанах, обертових з різну швидкість; цьому вони подовжуються у кілька разів. Молекули, що утворюють їх, раніше хіба що зморщені, випрямляються і розташовуються по осі волокна. Від цього міцність волокна сильно зростає.
Довгі ланцюжка молекул іншого синтетичного волокна – капрону, що є винаходом радянських учених, — побудовано з повторюваних ланок – залишків аминокапроновой кислоти NH2–(CH 2 )5 –COOH.
за рахунок аминогрупп і карбоксильных груп різних молекул тут також встановлюється амидная зв’язок між ланками, що це випливає з наступній схеми будівлі молекули капрону:
O H O H O
H 2 N–(CH2 )5 –З – N–(CH2 )5 –З – N–(CH2 )5 –З–…
Технічний спосіб отримання волокон капрону подібний зі способом отримання нейлону. З капрону можна одержувати настільки тонкі волокна, що нитку довжиною 9 км важитиме лише 6 р.
Волокна нейлону (анида) і капрону мають міцністю, значно яка перевершує міцність природних і штучних волокон. Вироби їх мають багато та інших чудових властивостей. Не гниють, не з’їдаються міллю. Після прання вони швидко сохне і легко приймають колишнього вигляду. Ці вироби не гигроскопичны і знижують своєї міцності від вологи, як це бачимо в інших штучних волокон, у натурального шовку.
Дослідження учених увінчалися створенням низки нових волокон. У нашій країні, крім анида і капрону, виробляються такі синтетичні волокна, як хлорин, нитрон, лавсан, энант.
До хлорину вчені підійшли у пошуках волокна високої хімічної стійкості (розглянуті вище полиамидные волокна нестійкі стосовно кислотам).
Серед хімічно стійких полімерів був відомий полівінілхлорид (поліхлорвініл):
- CH 2 –CH–
Cl n
Однак отримати волокно потім із нього виявилося справою складним. Адже щоб домогтися розташування молекул у напрямі, а самотужки немає волокна, необхідно полімер розплавити, т. е. дати можливість молекулам його вільно переміщатися, щоб потім у процесі формування перебудувати їхню прихильність і закріпити у властивому порядку. Тим більше що полівінілхлорид не можна розплавляти, т. до. при нагріванні він розкладається; важко знайти й підходящий розчинник. Приблизно так як із отриманні штучних волокон розчинність целюлози досягається з допомогою її хімічної обробки. Вдалося зробити розчинним і полівінілхлорид у його додаткового хлорування. Цю реакцію, дуже нагадує нам хлорування граничних вуглеводнів, можна сформулювати такий схемою:
–CH 2 –CH–CH2 –CH–CH2 –CH–… + nCl2 –CH2 –CH–CH–CH–CH2 –CH–… +nHCl
Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl
Высокомолекулярный продукт хлорування утворюється як смоли, званої також хлорином.
Хлорин розчиняють в ацетоні, розчин пропускають через фильеру в ванну із жовтою водою. Ацетон у своїй розчиняється, і хлорин виділяється як тонких волокон.
Хлориновое волокно негорюче, нею не діють ні кислоти, ні луги, кілька днів не діє навіть “царська горілка” – суміш азотної і соляної кислот, що надає зазвичай особливо сильне окислительное дію.
З хлоринового волокна готують фільтрувальні тканини і прокладковий матеріал для хімічних апаратів, спецодяг для робочих хімічної промисловості, килими, лікувальне білизну тощо. буд.
У списках хімічно стійких волокон вчені звернулися й до полимеру тефлону (–CF 2 –CF2 –)n вищому еталона хімічної інертності речовини, переважаючому цьому плані такі шляхетні метали, як золото чи платина. Тут труднощі здавалися довгий
