Органические полимеры.

Полимеры - это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества повторяющихся различных или одинаковых по строению атомных групп - звеньев. Эти звенья соединяются между собой координационными или химическими связями в разветвленные или длинные линейные цепи и в пространственные трехмерные структуры.

Полимеры бывают:

• синтетическими,
• искусственными,
• органическими.

Органические полимеры в природе образуются в животных и растительных организмах. Самые важные из них - это белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, каучук и другие природные соединения.

Человек давно и широко применяет органические полимеры в своей повседневной жизни. Кожа, шерсть, хлопок, шелк, меха - все это используется для производства одежды. Известь, цемент, глина, органическое стекло (плексиглас) - в строительстве.

Органические полимеры присутствуют и в самом человеке. Например, нуклеиновые кислоты (их называют еще ДНК), а также рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Свойства органических полимеров

У всех органических полимеров есть особые механические свойства:

• малая хрупкость кристаллических и стеклообразных полимеров (органическое стекло, пластмассы);
• эластичность, то есть высокая обратимая деформация при небольших нагрузках (каучук);
• ориентирование макромолекул под действием механического направленного поля (производство пленок и волокон);
• при малой концентрации большая вязкость растворов (полимеры вначале набухают, а потом растворяются);
• под действием небольшого количества реагента способны быстро изменить свои физико-механические характеристики (например, дубление кожи, вулканизация каучука).

Таблица 1. Характеристики горения некоторых полимеров.

Полимеры	Поведение материала при внесении в пламя и горючесть	Характер пламени	Запах
Полиэтилен (ПЭ)	Плавится течет по каплям, горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени.	Светящееся, вначале голубоватое, потом желтое	Горящего парафина
Полипропилен (ПП)	То же	То же	То же
Поликарбонат (ПК)	То же	Коптящее
Полиамид (ПА)	Горит, течет нитью	Синеватое снизу, с желтыми краями	Паленых волос илигорелых растений
Полиуретан (ПУ)	Горит, течет по каплям	Желтое, синеватое снизу, светящееся, серый дым	Резкий, неприятный
Полистирол (ПС)	Самовоспламеняется, плавится	Ярко-желтое, светящееся, коптящее	Сладковатый цветочный,с оттенком запаха стирола
Полиэтилентерефталат(ПЭТФ)	Горит, капает	Желто-оранжевое, коптящее	Сладкий, ароматный
Эпоксидная смола (ЭД)	Горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени	Желтое коптящее	Специфический свежий(в самом начале нагревания)
Полиэфирная смола (ПН)	Горит, обугливается	Светящееся, коптящее, желтое	Сладковатый
Поливинилхлорид жесткий (ПВХ)	Горит с трудом и разбрасыванием, при удалении из пламени гаснет, размягчается	Ярко-зеленое	Резкий, хлористого водорода
ПВХ пластифицированный	Горит с трудом и при удалении из пламени, с разбрасыванием	Ярко-зеленое	Резкий, хлористого водорода
Фенолоформальдегидная смола (ФФС)	Загорается с трудом, горит плохо, сохраняет форму	Желтое	Фенола, формальдегида

Таблица 2. Растворимость полимерных материалов.

Таблица 3. Окраска полимеров по реакции Либермана - Шторха - Моравского.

Статьи по теме

Среди большинства материалов наиболее популярными и широко известными являются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Они активно применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности. Именно данные материалы являются основным компонентом для изготовления различных изделий, применяемых с абсолютно разными целями, начиная от удочек и корпусов лодок, и заканчивая баллонами для хранения и транспортировки горючих веществ, а также лопастей винтов вертолетов. Такая широкая популярность ПКМ связана с возможностью решения технологических задач любой сложности, связанных с получением композитов, имеющих определенные свойства, благодаря развитию полимерной химии и методов изучения структуры и морфологии полимерных матриц, которые используются при производстве ПКМ.

Неорганические полимеры - высокомолекулярные соедине­ния, которые состоят полностью из неорганических атомных звеньев.

Особенностью неорганических полимеров является то, что они образуются в неживой природе. Они также распростране­ны в минеральном мире, как и органические полимеры в жи­вой природе. Неорганические полимеры образуют окислы кремния, алюминия и других многовалентных элементов, кото­рые имеют на земле наибольшее распространение. Более 50% всей массы земного шара состоит из кремниевого ангидрида, а в наружной части земной коры (гранитный слой) его содержа­ние достигает 60%, причем большая часть кремния находится в виде полимеров чистого кремниевого ангидрида и сложных си­ликатов.

Многие ювелирные камни также являются полимерами. Так, горный хрусталь и аметист - почти чистый полимерный кремниевый ангидрид; рубин, сапфир, корунд - полимер окн-си алюминия. Алмаз, графит - это полимеры углерода.

Кварц - важнейшая составная часть горных пород и пес­ка - представляет собой модификацию кремниевого ангидрида. Следовательно, стеклянные изделия, получаемые путем плавле­ния песка, состоят из полимеров кремниевого ангидрида.

Глина состоит из высокомолекулярных алюмосиликатов пе­ременного состава, поэтому получаемые из нее керамические изделия также содержат неорганические полимеры.

Неорганические полимеры в зависимости от происхождения подразделяются на природные, искусственные и синтетиче­ские.

Природные полимеры образуются в природе и относятся чаще к сырьевым ресурсам. Товарами они становятся лишь после их добычи и технологической обработки, чаще механической, пу­тем шлифовки, огранки и других операций. Примером могут служить алмазы, рубины, сапфиры и другие драгоценные и по­делочные камни. Наиболее распространенными природными полимерами являются полисилоксаны, полиалюматы и полиуг-лсроды. К последним относится алмаз, графит, каменный и бу­рый уголь, карбин (минерал чароит). В чистом виде эти поли­меры встречаются редко, чаще с примесями других минераль­ных и органических веществ.

Искусственные полимеры образуются из природного поли­мерного сырья путем переплавки и других операций технологи­ческого производства. Примером таких полимеров могут слу­жить стекло, керамика и изделия из них (стеклянная, керами­ческая посуда и др.).

Синтетические полимеры - высокомолекулярные соедине­ния, создаваемые синтетическим путем. К ним можно отнести синтетические поделочные камни: корунды, фианиты, рубины и т. п. По многим потребительским свойствам (цвету, блеску и т. п.) эти полимеры не уступают природным. Однако есть и отличия. Например, бриллианты превосходят фианиты по про­зрачности, особенно заметной при большом увеличении.

Газы

Газы - составная часть многих товаров с пористой структу­рой, клеточным строением или специально насыщаемых (на­полняемых) газами. В количественном соотношении газы зани-

§ 3. Сухие неорганические вещества

мают небольшой удельный вес в товарах, однако для некоторых из них они имеют существенное значение для качества.

Наиболее распространенными являются газы атмосферного воздуха (Н 2 , Ы 2 , О 2 , СО 2) в том же или измененном (модифици­рованном) соотношении, что и нормальный газовый состав (21% О 2 , 78% Ы 2 , 0,03% СО 2 и инертные газы). Именно такой состав характерен для большинства товаров с пористой струк­турой. У «живых» товаров газы находятся в межклеточном про­странстве, при этом газовый состав изменяется за счет дыха­ния, интенсивности вывода СО 2 и поступления в ткани О а, а также газов из окружающей среды. Сохраняемость таких това­ров зависит от газового состава внутренней и внешней среды. При неблагоприятном газовом составе (например, отсутствии О 2 или избытке СО 2) могут возникать значительные дефекты, приводящие к гибели, а затем и порче живых организмов това­ров.

Газы поступают в товары из атмосферного воздуха через по­ры, микрокапилляры и другие отверстия на поверхности (на­пример, у плодов и овощей есть устьица, чечевички). Кроме то­го, газы могут образовываться биологическим или химическим путем в процессе производства или хранения. Например, при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, спирта, вин, квашеных овощей, сыров за счет спиртового и/или молочнокислого брожения выделяется углекислый газ, который формирует пористую структуру готовой продукции или создает игристый эффект (у игристых вин).

При производстве некоторых товаров их искусственно на­сыщают газами. Так, в шипучие вина и газированные напитки вводят углекислый газ (диоксид углерода), массовая доля кото­рого служит одним из идентифицирующих признаков ассорти­ментной принадлежности вида и разновидности товара (силь­но- и слабогазированные напитки). Повышенное содержание СО 2 улучшает также сохраняемость газированных, шипучих и игристых напитков, придает кислый вкус.

Многие товары пенистой структуры производят путем сби­вания и насыщения массы воздухом. К таким товарам относит­ся пастила, суфле, косметические пенки и т. п. Пористая структура хлебобулочных изделий формируется за счет газов, образующихся при брожении.

К числу неорганических газов относят и аммиак, который является одним из продуктов распада белков и аминокислот.

Наряду с указанными газами, при производстве и хранении могут образовываться или вводиться и другие газы. Так, воз­душные шарики заполняют водородом перед продажей. При брожении капусты выделяется сероводород и меркаптан - се-росодержащие газы, придающие продукции неприятный запах, поэтому их необходимо удалять. При микробиологической пор­че некоторых пищевых продуктов выделяются газы с гнилост­ным запахом.

Газы, попадающие к массу продукции, могут вызывать обра­зование внутренних пустот (раковин, полостей и т. п.), что снижает качество товаров. Такие дефекты иногда встречаются у металлических, керамических, стеклянных изделий, а также в хлебе, сырах, колбасах и других изделиях.

Таким образом, содержащиеся в товарах газы, несмотря на низкое их содержание, могут влиять на формирование и изме™ нение товароведных характеристик товаров.

Органические вещества товаров - это соединения, в состаЩ) которых входят атомы углерода и водорода. Они подразделяют*! ся на мономеры, олигомеры и полимеры.

Мономеры

Мономеры - органические вещества, состоящие из одного соединения и не подвергающиеся расщеплению с образовани­ем новых органических веществ. Распад мономеров происходит в основном до углекислого газа и воды.

Перечень основных веществ, относящихся к мономерам, представлен на рис. 25. Большинство из этих веществ характер­ны в основном для пищевых продуктов. В непродовольственных товарах мономеры встречаются в парфюмерно-косметической продукции (спирты, глицерин, жирные органические кислоты), изделиях бытовой химии (спирты и другие органические раство­рители), нефтепродуктах (углеводороды).

Моносахариды - мономеры, относящиеся к классу углево­дов, в состав молекулы которых входят углерод, водород и ки­слород (СН 2 О) П. Наибольшее распространение из них имеют гексозы (С 6 Н| 2 О 6) - глюкоза и фруктоза. Они встречаются в ос­новном в пищевых продуктах растительного происхождения

§ 4. Сухие органические вещества

(плодах и овощах, вкусовых напитках и кондитерских издели­ях). Промышленностью выпускается также чистая глюкоза и фруктоза как продукт питания и сырье для производства кон­дитерских изделий и напитков для диабетиков. Из натуральных продуктов больше всего глюкозы и фруктозы (до 60%) содер­жит мед.

Моносахариды придают продуктам сладкий вкус, обладают энергетической ценностью (1 г - 4 ккал) и влияют на гигро­скопичность содержащих их продуктов. Растворы глюкозы и фруктозы хорошо сбраживаются дрожжами и используются другими микроорганизмами, поэтому при содержании до 20% и повышенном содержании воды ухудшают сохраняемость.

Органические кислоты - соединения, в составе молекулы которых находится одна или несколько карбоксильных групп (-СООН).

В зависимости от числа карбоксильных групп органические кислоты подразделяются на моно-, ди- и трикарбоновые ки­слоты. Другими классификационными признаками этих кислот служит Число атомов углерода (от С 3 до С 4 о), а также амино- и фенольных групп. Классификация органических кислот пред­ставлена на рис. 26.

Монокарбоновые кислоты - соединения, содержащие одну карбоксильную группу; представлены уксусной, молочной, масляной, пропионовой и другими кислотами. Дикарбоновые кислоты ~ соединения с двумя карбоксильными группами; включают яблочную, щавелевую, винную и янтарную кислоты. Трикарбоновые кислоты - соединения е тремя карбоксильными группами, к ним относятся лимонная, щавелево-янтарная и другие кислоты. Моно-, ди- и трикарбоновые кислоты относят­ся, как правило, к низкомолекулярным.

Природные органические кислоты содержатся в свежих пло­дах и овощах, продуктах их переработки, вкусовых товарах, а также в кисломолочных продуктах, сырах, кисломолочном сли­вочном масле.

Органические кислоты - соединения, придающие продук­там кислый вкус. Поэтому они используются в виде пищевых добавок в качестве подкислителей (уксусная, лимонная, молоч­ная и другие кислоты) для сахаристых кондитерских изделий, алкогольных и безалкогольных напитков, соусов, а также неко­торых косметических товаров (кремов и т. п.).

Наибольшее распространение в пищевых продуктах имеют молочная, уксусная, лимонная, яблочная и винная кислоты, а в непродовольственных товарах - лимонная кислота. Отдельные виды кислот (лимонная, бензойная, сорбиновая) обладают бак­терицидными свойствами, поэтому их используют в качестве консервантов. Органические кислоты пищевых продуктов от­носятся к дополнительным энергетическим веществам, так как при их биологическом окислении выделяется энергия.

Жирные кислоты - карбоновые кислоты алифатического ряда с не менее шести атомов углерода в молекуле (С 6 -С 22 и выше). Они подразделяются на высшие (ВЖК) и низкомолеку­лярные (НЖК).

Жирные кислоты могут быть природными и синтетически­ми. Природные жирные кислоты - преимущественно одноос­новные кислоты с четным числом атомов углерода. Наиболее распространены природные высшие жирные кислоты с 12- 18 атомами углерода в молекуле. Жирные кислоты с числом атомов водорода от С 6 до С, 0 называют низкомолекулярными.

§ 4. Сухие органические вещества

ВЖК могут быть насыщенными и ненасыщенными (с двой­ными, реже тройными связями). Последние обладают высокой химической активностью: могут окисляться по месту разрыва двойных связей, присоединять галогены (йод, хлор и др.), водо­род (гидрогенизация), кислород.

Свободные ВЖК встречаются в природе редко, в основном как продукты неполного синтеза жиров в незрелых семенах масличных растений или гидролиза жиров при их хранении.

Важнейшие природные насыщенные ВЖК - стеариновая и пальмитиновая, а ненасыщенные - олеиновая, арахидоновая, линолевая и линоленовая. Из них последние две относятся к полиненасыщенным незаменимым жирным кислотам, обуслов­ливающим биологическую эффективность пищевых продуктов. Природные ВЖК могут содержаться в виде жиров во всех жи-росодержащих продуктах, однако в свободном виде они встре­чаются в небольшом количестве, так же как и НЖК.

Синтетические жирные кислоты (СЖК) - это смесь моно-карбоновых кислот с четным и нечетным числом атомов угле­рода. Их получают в промышленности из нефтехимического сырья (например, окисление парафина при высоких температу­рах и атмосферном давлении). СЖК применяют в производстве пластичных смазок, синтетических спиртов, лакокрасочных ма­териалов для улучшения смачиваемости и дисперчирования пигментов, предотвращения их оседания, изменения вязкости красок. Кроме того, СЖК используются при производстве ла-тексов и каучука в качестве эмульгатора при полимеризации бутадионсодержащих мономеров и искусственной кожи, а так­же в свечном производстве.

Синтетические ВЖК отличаются от природных большим диапазоном числа атомов углерода - от С 6 до С 25 , в то время как в природных ВЖК этот диапазон значительно меньше (С ]2 -С 18 , главным образом С 16 и С 18).

ВЖК в свободном виде - умеренно токсичные вещества, они оказывают раздражающее действие на неповрежденную ко­жу и слизистые оболочки. Поэтому их содержание в пищевых продуктах ограничивается определенным, максимально допус­тимым уровнем показателя «кислотное число».

Аминокислоты ~ карбоновые кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп (МН 2). В зависимости от природы кислотной фракции они подразделяются на моноаминомонокар-боновые (например, глицин, валин, лейцин и др.), диаминомонокарбоновые (лизин, аргинин), гидрооксиаминокислоты (серии, треонин, тирозин), тиоаминокислоты (серосодержащие - цис-* тин, цистеин, метионин) и гетероциклические (гистидин, трип-**: тофан, пролин).

Аминокислоты в товарах могут находиться в свободном виде;, и в составе белков. Всего известно около 100 аминокислот, из. них почти 80 встречаются только в свободном виде. Плотами-* новая кислота и ее натриевая соль широко применяются в ка^ честве пищевой добавки в составе приправ, соусов, пищевых " концентратов на мясной и рыбной основах, так как усиливают; вкус мяса и рыбы. Ароматические аминокислоты используют; при производстве красителей. г Фенолкарбоновые (фенольные) кислоты - карбоновые кисло-;, ты, содержащие бензольное кольцо. Они могут встречаться в! свободном виде, а также входить в состав полифенолов. К фе-!, нольным относятся галловая, кофейная, ванилиновая, салици- т ловая, оксибензойная и коричные кислоты. Эти кислоты обла­дают бактерицидными свойствами, улучшают сохраняемость? товаров и повышают иммунные свойства организма человека. < Они содержатся в основном в свежих плодах и овощах, а также.* в продуктах их переработки и винах. I Амины и амиды - производные аммиака (МН 3). Амины - вещества, в молекуле которых один или несколько атомов во-; дорода замещены углеводородными радикалами (К). По числу- 1 , аминогрупп различают моно-, ди-, три- и полиамины. Назва-*; 1 , ния аминов образуют из названий органических остатков моле- 1 ^ кул, связанных с атомом азота. Например, метиламин, диметил-Ц амин, триметиламин образуются при гидролизе белков рыбы и мяса и служат признаком утраты свежести этих продуктов. а Амины придают продуктам неприятные запахи: аммиачный,*! гнилостный (запах гнилой рыбы).

Амины легко вступают в различные химические реакции с неорганическими и органическими кислотами, ангидридами карбоновых кислот, сложными эфирами с образованием раз­личных веществ: нитрозаминов (с азотной кислотой и нитрита­ми) красителей, полиамидов (при поликонденсации аминов и их производных), амидов.

Амины - промежуточные продукты при производстве кра­сителей, пестицидов, полимеров (в том числе полиамидов и по-лиуретанов), адсорбентов, ингибиторов коррозии, антиокси-дантов.

§ 4. Сухие органические вещества

Амиды - ацилпроизводные аммиака или аминов. Природ­ные амиды входят в состав пищевых продуктов (в основном в виде амидов аспарагиновой и глютаминовой кислот: аспараги-на и глютамина), а также непродовольственных товаров, при производстве которых используются синтетические амиды (на­пример, пластификаторы бумаги, искусственной кожи, сырье для полимеров, красителей и т. п.).

Свойства. Амины в повышенных дозах оказывают вредное воздействие на организм человека: поражают нервную систему, нарушают проницаемость стенок кровеносных сосудов и кле­точных мембран, вызывают нарушение функций печени и раз­витие дистрофии. Некоторые ароматические амины - канце­рогены, вызывающие у человека рак мочевого пузыря.

Аспарагин в организме человека оказывает положительное действие: связывает аммиак, переносит его к почкам, что спо­собствует обезвреживанию и выведению из организма этого сильного яда, образующегося при глубоком распаде белков и дезаминировании аминокислот.

Витамины - низкомолекулярные органические соединения, являющиеся регуляторами или участниками процессов обмена веществ в организме человека.

Витамины могут самостоятельно участвовать в обмене ве­ществ (например, витамины С, Р, А и т. п.) или входить в со­став ферментов, катализирующих биохимические процессы (витамины В ь В 2 , В 3 , В 6 и др.).

Кроме указанных общих свойств, каждый витамин имеет специфические функции и свойства. Эти свойства рассматри­ваются в товароведении продовольственных товаров.

В зависимости от растворимости витамины подразделяют­ся на:

водорастворимые (В, В 2 , В 3 , РР, В 6 , В 9 , В, 2 , В 15 , С и Р

жирорастворимые (А, Д, Е, К).

К группе витаминов относят также витаминоподобные веще­ства, часть из которых называют витаминами (каротин, холин, витамин и, тартароновая кислота и др.).

Спирты - органические соединения, содержащие в молеку­лах одну или несколько гидроксильных групп (ОН) у насыщен­ных атомов углерода (С).

По количеству этих групп различают одно-, двух- (гликоли), трех- (глицерин) и многоатомные спирты.

Одноатомные спирты, содержащие одну гид роке ильную группу в зависимости от числа атомов С, подразделяются на низшие (С,-С 5) и высшие жирные (С 6 -С 2П) спирты. К н и з-шим спиртам относятся метанол (СН 5 ОН), этанол (С 2 Н 5 ОН), пропанол (С 3 Н 7 ОН) и др., а к высшим - гексиловый (С 6 Н П ОН), гептиловый (С 7 Н| 5 ОН), октиловый (С 8 Н, 7 ОН), но-ниловый (С 9 Н, 9 ОН) и другие спирты.

Эти спирты могут быть природными и синтетиче­скими. Природные спирты встречаются в растительных орга­низмах в небольшом количестве п свободном и связанном виде (сложные эфиры). Этиловый спирт получают в качестве гото­вой продукции в спиртовой промышленности, а также в вино­делии, ликеро-водочной, пивоваренной промышленности, при производстве вин, водок, коньяка, рома, виски, пива. В качест­ве нежелательных примесей образуются метиловый, бутиловый и высшие спирты, снижающие качество и безопасность готовой продукции. Кроме того, этиловый спирт в небольших количе­ствах образуется при производстве кефира, кумыса и кваса. Высшие жирные спирты в пищевых продуктах не встречаются в свободном виде, а присутствуют в виде эфира в восках.

Спирты, особенно этиловый, входят в состав и ряда непро­довольственных товаров: парфюмерно-косметических, бытовой химии в качестве растворителей ароматических и красящих ве­ществ, жирных кислот и жиров. Спирты применяют как сырье для синтеза различных органических соединений (формальде­гида, ацетона, диэтилового эфира, сложных эфиров карбоно-вых кислот), а также в производстве красителей, синтетических волокон, душистых веществ, моющих средств и т. п. Метило­вый спирт используется в качестве моторного топлива.

Набольшее значение в товарах имеют следующие спирты: этиловый, амиловый, бутиловый, бензиловый, метиловый, про-пидовый, высшие жирные спирты, этилснгликоль.

Свойства. Спирты - жидкости или твердые вещества, хоро­шо растворимые во многих органических растворителях. Низ­шие спирты хорошо растворяются в воде, а высшие - плохо.

§ 4. Сухие органические вещества

Многие одноатомные спирты - токсичные вещества. Их токсичность зависит от дозы. Один из наиболее токсичных спиртов - метанол, смертельная доза которого 100-150 мл. Смертельная доза этанола значительно выше - 9 г на 1 кг мас­сы тела. Высшие жирные спирты С 6 -С 10 раздражают слизистые оболочки, слабо - кожу, поражают зрение и паренхимныс тка­ни. Предельно допустимый уровень для них - 10 мг/м 3 . Спир­ты С,-С 2П - практически не токсичны.

Двухатомные (гликоли) и многоатомные спирты практически не токсичны, за исключением этиленгликоля, образующего в организме ядовитую щавелевую кислоту.

Особое место среди спиртов занимает глицерин как один из компонентов жиров. Поэтому этот спирт мы рассмотрим более подробно.

Глицерин (от греч. ё1укего$ - сладкий) - трехатомный спирт, представляющий собой бесцветную вязкую жидкость сладкого вкуса без запаха. Он смешивается в любых соотношениях с во­дой, этанолом, метанолом, ацетоном, но нерастворим в хлоро­форме и эфире, обладает высокой гигроскопичностью. Глице-риново-водные растворы замерзают при низких температурах (например, водная смесь с 66,7% глицерина замерзает при тем­пературе -46,5 °С).

В природе глицерин встречается только в виде эфиров с высшими жирными кислотами - жиров, из которых его и по­лучают путем омыления. Глицерин входит в состав ряда пар­фюмерно-косметических изделий, ликеров, сахаристых конди­терских изделий. Кроме того, он используется в качестве мяг-чителя для тканей, кожи, бумаги, смазок, кремов для обуви, мыла.

Углеводороды - органические соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода. Различают алифатические и ациклические углеводороды. Алифатические углеводороды харак­теризуются наличием линейных или разветвленных цепей (ме­тан, этан, ацетилен, изопрен). В отличие от них ациклические углеводороды имеют молекулы, состоящие из циклов (колец) трех и более атомов углерода (например, фенол, бензол).

В зависимости от химической природы различают насыщен­ные (с простыми связями) и ненасыщенные (двойные, тройные связи), а по консистенции - газообразные, жидкие и твердые углеводороды. К газообразным веществам относятся низшие углеводороды (С,-С 4): метан, этан, пропан, бутан и изобутан, причем метан и пропан используются как бытовой газ, топливо и сырье для перерабатывающей промышленности. Эти газы не имеют цвета и запаха.

Жидкие углеводороды представлены веществами, имеющи­ми количество атомов углерода от С 5 до С 17 . Это бесцветные жидкости с характерным «бензиновым» запахом. К ним отно­сятся пентан, изопентан, гексан, гептан, октан, нонант и др.

Твердые углеводороды - это бесцветные вещества, относя­щиеся к высшим насыщенным углеводородам с С 18 и более (на­пример, эйкозан, гектан и др.)- Смесь твердых насыщенных уг­леводородов (С 18 -С 35) представляет собой парафин, а смесь различных газообразных, жидких и твердых углеводородов, по­лучаемых из нефти, - нефтепродукты.

Насыщенные углеводороды входят в состав бытового газа, моторного топлива. Жидкие углеводороды применяют в качест­ве растворителей, твердые (парафин, перезин) - при производ­стве пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств. Парафин используется при производстве свечей, спи­чек, карандашей, для защитных покрытий тары (например, дошников для квашения капусты), упаковочных материалов (вощеная бумага), апперетирования тканей, а также для произ­водства синтетических жирных кислот.

Ненасыщенные углеводороды широко применяют в химиче­ской промышленности для получения синтетических полиме­ров: полиэтилена, полипропилена, различных каучуков, уксус­ной кислоты.

В природе ненасыщенные углеводороды встречаются редко из-за их высокой реакционной способности. Так, этилен обра­зуется при созревании плодов и овощей, ускоряя этот процесс на материнском растении и при хранении. Терпены - высшие ненасыщенные углеводороды входят в состав эфирных масел свежих плодов и овощей. Красящие вещества оранжевого и ро­зового цвета - каротин, ликопин, содержащиеся во многих плодах и овощах (абрикосы, персики, облепиха, морковь, тык­ва, томаты, арбузы и др.), относятся к ненасыщенным углево­дородам. Терпены содержатся также в скипидаре и печени акул (сквален).

Завершая рассмотрение мономеров, следует отметить, что за редким исключением они содержатся в продовольственных и непродовольственных товарах растительного и животного про-

§ 4. Сухие органические вещества

исхождения в небольшом количестве. Это объясняется тем, что растения и животные стремятся строить свои ткани за счет по­лимеров, а запасать резервные вещества в виде олигомеров и полимеров. В неживой природе мономеры чаще накапливаются в углеводородной форме.

Олигомеры

Олигомеры - органические вещества, состоящие из 2-10 ос­татков молекул однородных и разнородных веществ.

В зависимости от состава олигомеры подразделяются на од-нокомпонентные, двух-, трех- и многокомпонентные. К одно-компонентным олигомерам относятся некоторые олигосахари-ды (мальтоза, трегалоза), к двухкомпонентным - сахароза, лак­тоза, жиры-моноглицериды, в состав которых входят остатки молекул глицерина и только одной жирной кислоты, а также гликозиды, сложные эфиры; к трехкомпонентным - рафиноза, жиры-диглицериды; к многокомпонентным - жирььтриглице-риды, липоиды: фосфатиды, воска и стероиды.

Олигосахариды - углеводы, в состав которых входят 2-10 ос­татков молекул моносахаридов, связанных гликозидными связя­ми. Различают ди-, три- и тетрасахариды. Наибольшее распро­странение в пищевых продуктах имеют дисахариды - сахароза и лактоза, в меньшей мере - мальтоза и трегалоза, а также триса-хариды - рафиноза. Указанные олигосахариды содержатся только в пищевых продуктах.

Сахароза (свекловичный, или тростниковый, сахар) - диса-харид, состоящий из остатков молекул глюкозы и фруктозы. При кислотном или ферментативном гидролизе сахароза распа­дается на глюкозу и фруктозу, смесь которых в соотношении 1: 1 раньше называли инвертным сахаром. В результате гидро­лиза усиливается сладкий вкус продуктов (например, при со­зревании плодов и овощей), поскольку фруктоза и инвертный сахар обладают повышенной степенью сладости, чем сахароза. Так, если степень сладости сахарозы принять за 100 условных единиц, степень сладости фруктозы будет равна 220, а инверт-

ного сахара - 130.

Сахароза является преобладающим сахаром следующих пи­щевых продуктов: сахара-песка, сахара-рафинада (99,7-99,9%), сахаристых кондитерских изделий (50-96), некоторых плодов и овощей (бананы - до 18%, дыни - до 12, лук - до 10-12%),сладких и десертных ароматизированных вин, ликеров, нали­вок и т. д. Кроме того, сахароза может содержаться в неболь­ших количествах и в других пищевых продуктах растительного происхождения (зерномучных товарах, во многих алкогольных и безалкогольных напитках, слабоалкогольных коктейлях, муч­ных кондитерских изделиях), а также сладких молочных това­рах - мороженом, йогуртах и т. п. Сахароза отсутствует в пи­щевых продуктах животного происхождения, табачных издели­ях и непродовольственных товарах.

Лактоза (молочный сахар) - дисахарид, состоящий из остат­ков молекул глюкозы и галактозы. При кислотном или фермен­тативном гидролизе лактоза распадается до глюкозы и галакто­зы, которые и используются живыми организмами: человека, дрожжей или молочнокислых бактерий.

Лактоза по степени сладости значительно уступает сахарозе и глюкозе, которая входит в ее состав. Уступает она им и по рас­пространенности, так как содержится в основном в молоке раз­ных видов животных (3,1-7,0%) и отдельных продуктах его пе­реработки. Однако при использовании молочнокислого и/или спиртового брожений в процессе производства (например, ки­сломолочных продуктов) и/или сычужного фермента (при про­изводстве сыров) лактоза полностью сбраживастся.

Мальтоза (солодовый сахар) - дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Это вещество встречается как про­дукт неполного гидролиза крахмала в солоде, пиве, хлебе и мучных кондитерских изделиях, приготовленных с использова­нием проросшего зерна. Она содержится только в небольших количествах.

Трегалоза (грибной сахар) - дисахарид, состоящий из двух остатков молекул глюкозы. Этот сахар мало распространен в природе и содержится в основном в пищевых продуктах одной группы - свежих и сушеных грибах, а также в натуральных консервах из них и дрожжах. В квашеных (соленых) грибах тре-галоза отсутствует, поскольку расходуется при брожении.

Рафиноза - трисахарид, состоящий из остатков глюкозы, фруктозы и галактозы. Как и трегалоза, рафиноза мало распространенное вещество, встречающееся в небольших количествах в зерномучных товарах и свекле.

Свойства. Все олигосахариды являются запасными пита­тельными веществами растительных организмов. Они хорошо растворимы в воде, легко подвергаются гидролизу до моносаха-

§ 4. Сухие органические вещества

ридов, обладают сладким вкусом, но степень их сладости раз­лична. Исключение составляет лишь рафиноза - несладкая на

Олигосахариды гигроскопичны, при высоких температурах (160-200 °С) происходит их карамелизация с образованием темноокрашенных веществ (карамелинов и др.). В насыщенных растворах олигосахариды могут образовывать кристаллы, кото­рые в ряде случаев ухудшают консистенцию и внешний вид продуктов, вызывая образование дефектов (например, засаха­ривание меда или варенья; образование кристаллов лактозы в сгущенном молоке с сахаром, сахарное поседение шоколада).

Липиды и липоиды - олигомеры, в состав которых входят ос­татки молекул трехатомного спирта глицерина или других вы­сокомолекулярных спиртов, жирных кислот, а иногда и других

Липиды - это олигомеры, являющиеся сложными эфирами глицерина и жирных кислот - глицеридами. Смесь природных липидов, в основном триглицеридов, принято называть жира­ми. В товарах содержатся именно жиры.

В зависимости от количества остатков молекул жирных ки­слот в глицсридах различают моно-, ди- и три&шцериды, а в за­висимости от преобладания предельных или непредельных ки­слот жиры бывают жидкие и твердые. Жидкие жиры бывают чаще всего растительного происхождения (например, расти­тельные масла: подсолнечное, оливковое, соевое и т. п.), хотя есть и твердые растительные жиры (какао-масло, кокосовое, пальмоядровое). Твердые жиры - это в основном жиры живот­ного или искусственного происхождения (говяжий, бараний жир; коровье масло, маргарин, кулинарные жиры). Однако среди животных жиров есть и жидкие (рыбий, китовый, ко­пытный и т. п.)-

Жиры содержатся во всех пищевых продуктах, кроме от­дельных их групп, указанных далее в классификации как шес­тая группа. В непродовольственных товарах жиры содержатся в ограниченном количестве групп: в косметических изделиях (кремах, лосьонах) и в строительных товарах (олифе, масляных красках, замазке, смазочных маслах и т. п.), В небольшом ко­личестве жир находится в меховых и кожаных изделиях, изго­товленных из натуральных материалов животного происхожде­ния, так как в состав оболочек и органелл животной клетки обязательно входят липоиды и липиды.

В зависимости от количественного содержания жиров в потребительские товары можно подразделить на следующие*! группы. -,

1. Товары с супервысоким содержанием жиров (97,0-99,9%)." К ним относятся растительные масла, животные и кулинарные жиры, коровье топленое масло, олифа, технические масла.

2. Товары с преимущественным содержанием жиров (60- 82,5%) представлены сливочным маслом, маргарином, шпиком свинины, орехами: грецкими, кедровыми, фундуком, минда* лем, кешью и т. п.; масляными красками.

3. Товары с высоким содержанием жиров (25-59%). В эту группу входят концентрированные молочные продукты: сыры, мороженое, молочные консервы, сметана, творог, сливки с по­вышенной жирностью, майонез; жирные и средней жирности мясо, рыба и продукты их переработки, икра рыб; яйцо; не­обезжиренная соя и продукты ее переработки; торты, пирож­ные, сдобное печенье, орехи, арахис, шоколадные изделия, хал­ва, кремы на жировой основе и др.

4. Товары с низким содержанием жиров (1,5-9,0%) - бобо­вые крупы, закусочные и обеденные консервы, молоко, сливки, кроме высокожирных, кисломолочные напитки, отдельные ви­ды нежирной рыбы (например, семейства тресковых) или мяса II категории упитанности и субпродуктов (кости, головы, нож­ки и т. п.).

5. Товары с очень низким содержанием жиров (0,1 - 1,0%) - большинство зерномучных и плодоовощных товаров, кроме сои, орехов, обеденных и закусочных консервов; мучных кон­дитерских изделий, вошедших в третью группу; меховые и ко­жаные изделия.

6. Товары, не содержащие жиров (0%) - большинство непро­довольственных товаров, кроме вошедших в другие группы, вспомогательные пищевые продукты, вкусовые напитки, са­харистые кондитерские изделия, кроме карамели и конфет с молочными и ореховыми начинками, ириса; сахар; мед; алко­гольные, слабоалкогольные и безалкогольные напитки, кроме эмульсионных ликеров на молочной и яичной основах; табач­ные изделия.

Общие свойства. Жиры являются запасными питательными веществами, обладают самой высокой энергетической ценно­стью среди других питательных веществ (I г - 9 ккал), а также биологической эффективностью, если содержат лолиненасы-

§ 4. Сухие органические вещества

шенные незаменимые жирные кислоты. Жиры имеют относи­тельную плотность меньше 1, поэтому легче воды. Они нерас­творимы в воде, но растворимы в органических растворителях (бензине, хлороформе и др.). С водой жиры в присутствии эмульгаторов образуют пищевые эмульсии (кремы, маргарин, майонез).

Жиры подвергаются гидролизу при действии фермента ли­пазы или омылению под действием щелочей. В первом случае образуется смесь жирных кислот и глицерина; во втором - мы­ла (солей жирных кислот) и глицерина. Ферментативный гид­ролиз жиров может происходить и при хранении товаров. Ко­личество образующихся свободных жирных кислот характери­зуется кислотным числом.

Усвояемость жиров во многом зависит от интенсивности липаз, а также температуры плавления. Жидкие жиры с низ­кой температурой плавления усваиваются лучше, чем твердые с высокой температурой плавления. Высокая интенсивность усвоения жиров при наличии большого количества этих или других энергетических веществ (например, углеводов) приво­дит к отложению их избытка в виде жира-депо и ожирению. Поэтому при организации рационального питания должны преобладать твердые животные жиры (50-60% суточной по­требности).

Жиры, содержащие непредельные (ненасыщенные) жирные кислоты, способны к окислению с последующим образованием перекисей и гидроперекисей, которые оказывают вредное воз­действие на организм человека. Товары с прогоркшими жира­ми утрачивают безопасность и подлежат уничтожению или промпсреработке. Прогоркание жиров служит одним из крите­риев окончания срока годности или хранения жиросодержащих товаров (овсяной крупы, пшеничной муки, печенья, сыров и др.). Способность жиров к прогорканию характеризуется йод­ным и псрекисным числами.

Жидкие жиры с высоким содержанием непредельных жир­ных кислот могут вступать в реакцию гидрогенизации - на­сыщения таких кислот водородом, при этом жиры приобре­тают твердую консистенцию и выполняют функцию замени­телей некоторых твердых животных жиров. Данная реакция положена в основу производства маргарина и маргариновой продукции.

При высокой температуре жиры плавятся, кипят, а затем и разлагаются с образованием вредных веществ (при температуре более 200 °С).

Липоиды - жироподобные вещества, в состав молекул кото­рых входят остатки глицерина или других высокомолекулярных спиртов, жирных и фосфорной кислот, азотистых и других ве­ществ.

К липоидам относятся фосфатиды, стероиды и воска. От ли-пидов они отличаются наличием фосфорной кислоты, азоти­стых оснований и других веществ, отсутствующих в липидах. Это более сложные вещества, чем жиры. Большинство их объе­диняет наличие в составе жирных кислот. Второй компонент - спирт - может иметь разную химическую природу: в жирах и фосфатидах - глицерин, в стероидах - высокомолекулярные циклические спирты-стерины, в восках - высшие жирные спирты.

Наиболее близки по химической природе к жирам фосфати­ды (фосфолипиды) - сложные эфиры глицерина жирных и фосфорной кислот и азотистых оснований. В зависимости от химической природы азотистого основания выделяют следую­щие разновидности фосфатидов: лецитин (новое название - фосфатидилхолин), в составе которого содержится холин; а также кефалин, содержащий этаноламин. Наибольшее распро­странение в природных продуктах и применение в пищевой промышленности имеет лецитин. Лецитином богаты желтки яиц, субпродукты (мозги, печень, сердце), молочный жир, бо­бовые крупы, особенно соя.

Свойства. Фосфолипиды обладают эмульгирующими свой­ствами, благодаря чему лецитин используется в качестве эмуль­гатора при производстве маргарина, майонеза, шоколада, моро­женого, а также некоторых кремов.

Стероиды и воска являются сложными эфирами высокомо­лекулярных спиртов и высокомолекулярных жирных кислот (С, 6 -С 3 б)- Они отличаются от других липоидов и липидов от­сутствием в их молекулах глицерина, а друг от друга -спирта­ми: стероиды содержат остатки молекул стеринов - цикличе­ских спиртов, а воска - одноатомные спирты с 12-46 атомами С в молекуле. В зависимости от происхождения стерины под­разделяются на растительного - фитостерины; животного - зоостерины и микробиологического происхождения - микро-стерины. Основной стерин растений - р-ситостерин, живот-

ных - холестерин, микроорганизмов - эргостерин. Ситосте-рином богаты растительные масла, холестерином - коровье масло, яйцо, субпродукты. В шерсти и мехе животных в значи­тельных количествах содержится холестерин и другие зоостери­ны, в частности ланостерин.

Свойства. Стероиды нерастворимы в воде, не омыляются щелочами, имеют высокую температуру плавления, обладают эмульгирующими свойствами. Холестерин и эргостерин под воздействием ультрафиолетовых лучей могут превращаться в

витамин О.

Стерины и стероиды встречаются вместе с липидами в пи­щевых продуктах, а также в шерстяных и меховых изделиях.

Воска подразделяются на природные и синтетические, а природные - на растительные и животные. Растительные воска входят в состав покровных тканей листьев, плодов, стеблей. Некоторые растительные воска (карнаубский, пальмо­вый) используют в пищевой промышленности в качестве глази-рователей. Животные воска - пчелиный, ланолин овечь­ей шерсти, спермацет кашалотов - используются при произ­водстве косметических товаров, а пчелиный воск - в качестве глазирователя поверхности пищевых продуктов.

Синтетические воска в зависимости от типа исход­ного сырья подразделяют на частично и полностью синтетиче­ские. Их применяют при производстве политур, защитных ком­позиций, изолирующих материалов, компонентов кремов в косметике и мазей в медицине.

Таким образом, воска встречаются в небольшом количестве в пищевых продуктах растительного происхождения, а также в непродовольственных товарах: косметических (кремы, губная помада, мыло), бытовой химии (мастики для натирки полов, восковые свечи), шерстяных и меховых изделиях (шерстяной

Воска выполняют защитную функцию благодаря своим свойствам: пластичности, химической инертности. Они не смачиваются водой, водонепроницаемы, нерастворимы в воде, этаноле, но растворимы в бензине, хлороформе, диэтиловом

Гликозиды - олигомеры, в которых остаток молекул моноса-харидов или олигосахаридов связан с остатком неуглеводного вещества - аглюкона через гликозидную связь.

В современном мире практически нет человека, который бы не имел хоть какого то представления о полимерах. Полимеры идут по жизни вместе с человеком, делая его жизнь все более удобной и комфортной. При упоминании о полимерах первые ассоциации будут связаны с синтетическими органическими веществами, так как они больше находятся на виду. Полимеры природные - натуральные органические вещества - хоть их и больше в окружающем нас мире, в ассоциативном восприятии человека отходят на второй план. Они окружают нас всегда, однако никто не задумывается о природе происхождения флоры и фауны. Целлюлоза, крахмал, лигнин, каучук, белки и нуклеиновые кислоты - основной материал, используемый природой для сотворения окружающего нас животного и растительного мира. И уж совсем никто не будет воспринимать как полимеры драгоценные камни, графит, слюду, песок и глину, стекло и цемент. Тем не менее, наукой установлен факт полимерного строения многих неорганических соединений, в том числе и перечисленных выше. Полимерные вещества состоят из макромолекул. При образовании полимеров большое число атомов или групп атомов связываются между собой химическими связями - ковалентными или координационными. Полимерные макромолекулы содержат десятки, сотни, тысячи или десятки тысяч атомов или повторяющихся элементарных звеньев. Сведения о полимерном строении были получены при исследовании свойств растворов, строения кристаллов, механических и физико-химических свойств неорганических веществ. В подтверждение вышесказанному следует отметить, что имеется достаточное количество научной литературы, подтверждающей факт полимерного строения некоторых неорганических веществ.

Логичным будет замечание: почему так много есть информации о синтетических органических полимерах и так мало о неорганических. Если есть неорганические полимерные вещества, то что конкретно они из себя представляют и где они используются? Выше были приведены несколько примеров неорганических полимеров. Это известные вещества, которые знают все, вот только мало кто знает, что эти вещества можно причислить к отряду полимеров. По большому счету обывателю все равно можно ли отнести графит к полимерам или нет, что касается драгоценных камней, то для кого-то это может быть даже оскорбительно, равнять дорогие украшения с дешевой пластмассовой бижутерией. Тем не менее, если есть основания называть некоторые неорганические вещества полимерами, то почему бы об этом не поговорить. Рассмотрим некоторых представителей таких материалов, остановимся более подробно на самых интересных.
Для синтеза неорганических полимеров чаще всего требуются очень чистые исходные вещества, а также высокие температура и давление. Основными способами их получения, как и органических полимеров, являются полимеризация, поликонденсация и поликоординация. К простейшим неорганическим полимерами относятся гомоцепные соединения, состоящие из цепей или каркасов, построенных из одинаковых атомов. Кроме известного всем углерода, являющегося основным элементом, участвующим в построении практически всех органических полимеров другие элементы тоже могут участвовать в построении макромолекул. К таким элементам относятся бор из третьей группы, кремний, германий и олово из четвертой группы, куда как раз входит и углерод, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут из пятой группы, сера, селен теллур из шестой. В основном гомоцепные полимеры, полученные на основе этих элементов, используются в электронике и оптике. Электронная промышленность развивается очень высокими темпами и спрос на синтетические кристаллы давно уже превышает предложение. Особо, все же, следует отметить углерод и неорганические полимеры которые получают на его основе: алмаз и графит. Графит, известный материал, который нашел применение в различных сферах промышленности. Из графита получают карандаши, электроды, тигли, краски, смазки. Тысячи тонн графита идут на нужды атомной промышленности благодаря его свойствам замедлять нейтроны. В статье мы остановимся подробнее на самих интересных представителях неорганических полимеров - драгоценных камнях.
Самым интересным, пафосным, любимым женщинами представителем неорганических полимеров являются алмазы. Алмазы - весьма дорогостоящие минералы, которые также можно отнести к неорганическим полимерам, в природе их добывают пять крупных компаний: «DeBeers», «Alrosa», «Leviev», «BHPBilliton», «RioTinto». Именно компания «DeBeers» создала репутацию этих камней. Искусный маркетинг сводится к слогану, « - это навсегда». «DeBeers» превратила этот камень в символ любви, благополучия, власти, успеха. Интересен тот факт, что алмазы в природе встречаются достаточно часто, например сапфиры и рубины, более редкие минералы, однако ценятся они ниже алмазов. Самое интересное это ситуация, которая сложилась на рынке природных алмазов. Дело в том, что существуют технологии, позволяющие получить синтетические алмазы. В 1954 году исследователь компании «General Electric» Трейси Холл изобрел аппарат, который позволял при давлении 100000 атмосфер и температуре свыше 2500ºС из сульфида железа получать кристаллы алмаза. Качество этих камней было с ювелирной точки зрения невысоко, однако твердость была такая же, как у природного камня. Изобретение Холла было усовершенствовано и в 1960 году «General Electric» создал установку, в которой можно было получать алмазы ювелирного качества. Негативным моментом было то, что цена синтетических камней была выше природных.
На данный момент существуют две технологии синтеза алмазов. Технология HPHT (high pressure/high temperature) - синтез алмазов в сочетании высокого давления и высокой температуры. Технология CVD (chemical vapor deposition) - технология химического осаждения пара, считается более прогрессивной и позволяет выращивать алмаз, как бы моделируя природные условия его роста. Обе технологии имеют достоинства и недостатки. Кампании их использующие решают недостатки технологий, применяя свои собственные изобретения и разработки. Например, еще в 1989 году группе советских ученых из Новосибирска удалось снизить давление синтеза до 60000 атмосфер. После распада Советского Союза разработки в области синтеза алмазов не были прекращены благодаря многим заграничным инвесторам, заинтересованным в получении технологии дешевого синтеза качественных драгоценных камней. Например, «DeBeers», дабы не потерять возможность контролировать рынок финансировала работы некоторых ученых. Некоторые частные предприниматели купили в России оборудование по синтезу алмазов, например процветающая сейчас американская компания «Gemesis» начала с того, что приобрела в России в 1996 году за 60000 долларов установку для выращивания алмазов. Сейчас «Gemesis» производит и продает алмазы редких цветов: желтые и синие, причем разница в цене между этими и точно такими же природными камнями достигает 75%.

Другая крупная компания, синтезирующая алмазы - «Apollo Diamond», совершенствует технологию HPHT, проводя синтез камней в газовой атмосфере определенного состава (технология-симбиоз HPHT и CVD). Такой метод выводит «Apollo Diamond» на рынок ювелирных камней при этом, качество синтетических алмазов, выращиваемых по такой технологии очень высоко. Геммотологам все труднее отличить синтетические камни от природных. Для этого требуется комплекс анализов, на достаточно сложном и дорогостоящем оборудовании. Синтетические ювелирные алмазы «Apollo Diamond» практически невозможно отличить от природных минералов стандартными методами анализа.

Мировая добыча алмазов составляет сейчас 115 миллионов карат или 23 тонны в год. Теоретически этот гигантский рынок может упасть при этом репутация алмазов как драгоценных камней будет потеряна навсегда. Фирмы-монополисты вкладывают средства в стабилизацию ситуации и контроль рынка. Например, проводятся дорогостоящие маркетинговые компании, скупаются патенты на технологии искусственного изготовления алмазов для того чтобы эти технологии никогда не были внедрены, на фирменные бриллианты выдаются сертификаты и паспорта качества, подтверждающие их природное происхождение. Но удержит ли это прогресс технологии синтеза?

Заговорив об алмазах, мы отвлеклись на блеск драгоценных камней ювелирной промышленности, но следует указать и на промышленные камни. В данном случае большинство предприятий, занимающихся выращиванием алмазов, работает в основном для нужд электронной и оптической промышленности. Рынок промышленных камней, возможно, не так интригует как рынок ювелирных, но, тем не менее, он огромен. Например, основной доход «Apollo Diamond» - синтез тонких алмазных дисков для полупроводников. Кстати, сейчас установку для синтеза алмазов производительностью порядка 200 кг алмазов в месяц можно приобрести за 30 тысяч долларов.

Другим представителем драгоценных камней является рубин. Первый синтетический рубин появился на свет в 1902 году. Его синтезировал французский инженер Вернейль, расплавив порошок окиси алюминия и хрома, который потом кристаллизовался в шестиграммовый рубин. Такая простота синтеза позволила относительно быстро развить промышленное производство рубинов по всему миру. Камень этот очень востребован. Ежегодно в мире добывают порядка 5 тонн рубинов, а потребности рынка исчисляются сотнями тонн. Рубины нужны часовой промышленности, нужны при производстве лазеров. Предложенная Вернейлем технология впоследствии дала предпосылки для синтеза сапфиров и гранатов. Наиболее крупные производства искусственных рубинов находятся во Франции, Швейцарии, Германии, Великобритании, США. Экономика производства такова. Львиную долю себестоимости съедают энергетические расходы. При этом себестоимость синтеза килограмма рубинов 60 долларов, себестоимость килограмма сапфиров - 200 долларов. Рентабельность такого бизнеса очень высока, так как закупочная цена на кристаллы минимум в два раза выше. Здесь следует учитывать ряд факторов, таких как тот, что чем больше выращиваемый монокристалл, тем себестоимость его ниже, также при производстве из кристаллов изделий, цена их будет намного выше, нежели цена продаваемых кристаллов (например, производство и реализация стекол). Что касается оборудования, то российские установки для выращивания кристаллов стоят около 50 тысяч долларов, западные на порядок дороже, при этом срок окупаемости организуемого производства в среднем составляет два года. Как уже говорилось потребности рынка в синтетических кристаллах коллосальны. Например, очень востребованы сапфировые стекла. В мире синтезируется порядка тысячи тонн сапфиров в год. Годовые потребности производства доходят до миллиона тонн!
Изумруды синтезируют исключительно для нужд ювелирной промышленности. В отличие от остальных кристаллов получают изумруд не из расплава, а из раствора борного агидрида при температуре 400оС и давлении 500 атмосфер в гидротермальной камере. Любопытно то, что добыча природного камня составляет всего 500 килограмм в год. Синтетические изумруды в мире производят также в не таком большом количестве, как остальные кристаллы, порядка тонны в год. Дело в том, что технология синтеза изумрудов малопроизводительна, однако рентабельность такого производства на высоте. Производя около 5 килограмм кристаллов в месяц при себестоимости 200 долларов за килограмм, цена продажи изумрудов синтетических практически равна цене природных. Стоимость установки для синтеза изумрудов составляет порядка 10 тысяч долларов.
Но самым востребованным синтетическим кристаллом является кремний. Пожалуй, он даст фору любому драгоценному камню. На данный момент кремний занимает 80% всего рынка синтетических кристаллов. Рынок испытывает дефицит кремния ввиду стремительного развития высоких технологий. На данный момент рентабельность производства кремния превышает 100%. Цена килограмма кремния составляет порядка 100 долларов за килограмм, при этом себестоимость синтеза достигает 25 долларов.

Сверхчистый кремний используется в качестве полупроводника. Из его кристаллов делают солнечные фотоэлементы, имеющие высокий коэффициент полезного действия. Кремний, как и углерод, может создавать длинные молекулярные цепи из своих атомов. Таким образом получают силан и каучук, обладающий удивительными свойствами. Несколько лет назад весь мир взбудоражило сообщение об опытах американского инженера Вальтера Роббса, которому удалось изготовить пленку из силиконовой резины толщиной 0,0025 сантиметра. Этой резиной он обтянул клетку, в которой жил хомяк, и опустил хомяка в аквариум. В течение нескольких часов первый в мире хомяк-подводник дышал кислородом, растворенным в воде, и был при этом бодр, не проявлял признаков беспокойства. Оказывается, пленка играет роль мембраны, выполняя те же функции, что и жабры у рыб. Пленка пропускает внутрь молекулы газа жизни, а углекислый газ при этом через пленку вытесняется наружу. Такое открытие делает возможным организацию жизни человека под водой отодвигая в сторону баллоны с дыхательной смесью и кислородные генераторы.

Кремний выпускается трех видов: кремний металлургический (MG), кремний для электронной промышленности (EG) и кремний для производства солнечных батарей (SG). Ввиду череды энергетических кризисов усиленно внедряются альтернативные технологии получения энергии. К таковым относится преобразование солнечной энергии в электрическую, то есть, использование солярных установок, работающих на солнечных батареях. Важной составляющей солнечных батарей является кремний. В Украине на Запорожском титаномагниевом комбинате производился кремний для солнечных батарей. При советском Союзе это предприятие давало 200 тонн кремния, при общесоюзном объеме производства 300 тонн. О том, как обстоит дело с производством кремния в Запорожье сейчас автору ничего неизвестно. Стоимость организации современного производства поликристаллического кремния для нужд энергетической промышленности мощностью 1000 тон в год составляет около 56 миллионов долларов. Синтез кремния для различных нужд во всем мире по востребованности занимает первое место и еще долго будет удерживать эти позиции.

В статье мы рассмотрели только некоторых представителей неорганических полимеров. Быть может многие вещи, рассказанные выше, для кого-то были восприняты с удивлением и неподдельным интересом. Кто-то по-новому взглянул на понятие философского камня, пусть не золото, но драгоценные камни из невзрачных оксидов металлов и других непримечательных веществ получать все-таки можно. Надеемся, что статья дала повод к размышлениям и как минимум развлекла читателя интересными фактами.

Классификация по способу получения (происхождения)

Классификация по горючести

Классификация по поведению при нагревании

Классификация полимеров по структуре макромолекул

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ

Синтез полимеров.

Полимером называют химическое вещество, имеющее большую молекулярную массу и состоящее из большого числа периодически повторяющихся фрагментов, связанных химическими связями. Указанные фрагменты называются элементарными звеньями.

Таким образом, признаки полимеров следующие: 1. очень большая молекулярная масса (десятки и сотни тысяч). 2. цепное строение молекул (чаще простые связи).

Следует отметить, что полимеры уже сегодня успешно конкурируют со всеми другими материалами, используемыми человечеством с древности.

Применение полимеров:

Полимеры биологического и медицинского назначения

Ионно - и электронно-обменные материалы

Тепло- и термостойкие пластики

Изоляторы

Строительные и конструкционные материалы

ПАВы и материалы, стойкие к агрессивной среде.

Быстрое расширение производства полимеров привело к тому, что их пожароопасность (а все они горят лучше, чем дерево) стала национальным бедствием для многих стран. При их горении и разложении образуются различные вещества, в основном токсичные для человека. Знать опасные свойства образующихся веществ необходимо для успешной борьбы с ними.

Классификация полимеров по составу основной цепи макромолекул (наиболее распространенная):

I . Карбоцепные ВМС – основные полимерные цепи построены только из углеродных атомов

II . Гетероцепные ВМС – основные полимерные цепи, помимо атомов углерода, содержат гетероатомы (кислород, азот, фосфор, серу и т.д.)

III . Элементоорганические полимерные соединения – основные цепи макромолекул содержат элементы, не входящие в состав природных органических соединений (Si, Al, Ti, B, Pb, Sb, Sn и др.)

Каждый класс подразделяется на отдельные группы в зависимости от строения цепи, наличия связей, количества и природы заместителей, боковых цепей. Гетероцепные соединения классифицируются, кроме того, с учетом природы и количества гетероатомов, а элементоорганические полимеры – в зависимости от сочетания углеводородных звеньев с атомами кремния, титана, алюминия и т.д.

а) полимеры с насыщенными цепями: полипропилен – [-CH 2 -CH-] n ,

полиэтилен – [-CH 2 -CH 2 -] n ; CH 3

б) полимеры с ненасыщенными цепями: полибутадиен – [-CH 2 -CH=CH-CH 2 -] n ;

в) галоген замещенные полимеры: тефлон – [-CF 2 -CF 2 -] n , ПВХ – [-CH 2 -CHCl-] n ;

г) полимерные спирты: поливиниловый спирт – [-CH 2 -CH-] n ;

д) полимеры производных спиртов: поливинилацетат – [-CH 2 -CH-] n ;

е) полимерные альдегиды и кетоны: полиакролеин – [-СН 2 -СН-] n ;

ж) полимеры карбоновых кислот: полиакриловая кислота – [-СН 2 -СН-] n ;

з) полимерные нитрилы: ПАН – [-СН 2 -СН-] n ;

и) полимеры ароматических углеводородов: полистирол – [-СН 2 -СН-] n .

а) простые полиэфиры: полигликоли – [-СН 2 -СН 2 -О-] n ;

б) сложные полиэфиры: полиэтиленгликольтерефталат –

[-О-СН 2 -СН 2 -О-С-С 6 Н 4 -С-] n ;

в) полимерные перекиси: полимерная перекись стирола – [-СН 2 -СН-О-О-] n ;

2. Полимеры, содержащие в основной цепи атомы азота:

а) полимерные амины: полиэтилендиамин – [-СН 2 –СН 2 –NН-] n ;

б) полимерные амиды: поликапролактам – [-NН-(СH 2) 5 -С-] n ;

3.Полимеры, содержащие в основной цепи одновременно атомы азота и кислорода – полиуретаны: [-С-NН-R-NН-С-О-R-О-] n ;

4.Полимеры, содержащие в основной цепи атомы серы:

а) простые политиоэфиры [-(СН 2) 4 – S-] n ;

б) политетрасульфиды [-(СН 2) 4 -S - S-] n ;

5.Полимеры, содержащие в основной цепи атомы фосфора,

например: O

[- P – O-CH 2 -CH 2 -O-] n ;

1.Кремнийорганические полимерные соединения

а) полисилановые соединения R R

б) полисилоксановые соединения

[-Si-O-Si-O-] n ;

в) поликарбосилановые соединения

[-Si-(-C-) n -Si-(-C-) n -] n ;

г) поликарбосилоксановые соединения

[-O-Si-O-(-C-) n -] n ;

2. Титанорганические полимерные соединения, например:

OC 4 H 9 OC 4 H 9

[-O – Ti – O – Ti-] n ;

OC 4 H 9 OC 4 H 9

3. Алюминийорганические полимерные соединения, например:

[-O – Al – O – Al-] n ;

Макромолекулы могут иметь линейную, разветвленную и пространственную трехмерную структуру.

Линейные полимеры состоят из макромолекул линейной структуры; такие макромолекулы представляют собой совокупность мономерных звеньев (-А-) , соединённых в длинные неразветвлённые цепи:

nA ® (…-A - A-…) m + (…- A - A -…) R + …., где (…- А - А -…) - макромолекулы полимера с различным молекулярным весом.

Разветвлённые полимеры характеризуются наличием основных цепях макромолекул боковых ответвлений, более коротких, чем основная цепь, но также состоящих из повторяющихся мономерных звеньев:

…- A – A – A – A – A – A – A- …

Пространственные полимеры с трёхмерной структурой характеризуются наличием цепей макромолекул, связанных между собой силами основных валентностей при помощи поперечных мостиков, образованных атомами (-В-) или группами атомов, например мономерными звеньями (-А-)

A – A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A –

A – A – A – A – A – A -

Пространственными полимерами с частым расположением поперечных связей называют - сетчатые полимеры. Для трёхмерных полимеров понятие молекула теряет смысл, так как в них отдельные молекулы соединены между собой во всех направлениях, образуя огромные макромолекулы.

термопластичные - полимеры линейной или разветвлённой структуры, свойства которых обратимы при многократном нагревании и охлаждении;

термореактивные - некоторые линейные и разветвлённые полимеры, макромолекулы которых при нагревании в результате происходящих между ними химических взаимодействий соединяются друг с другом; при этом образуются пространственные сетчатые структуры за счёт прочных химических связей. После прогрева, термореактивные полимеры обычно становятся неплавкими и нерастворимыми – происходит процесс их необратимого отверждения.

Эта классификация весьма приближенная, так как воспламенение и горение материалов зависят не только от природы материала, но и от температуры источника зажигания, условий воспламенения, формы изделия или конструкций и т.д.

Согласно этой классификации полимерные материалы делят на горючие, трудногорючие и негорючие. Из сгораемых материалов выделяют трудновоспламеняемые, а из них и трудносгораемые - самозатухающие.

Примеры сгораемых полимеров: полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, поливинилацетат, эпоксидные смолы, целлюлоза и т.д.

Примеры трудносгораемых полимеров: ПВХ, тефлон, фенолформальдегидные смолы, мочевиноформальдегидные смолы.

Природные (белки, нуклеиновые кислоты, природные смолы) (животного и

растительного происхождения);

Синтетические (полиэтилен, полипропилен и т. д.);

Искусственные (химическая модификация природных полимеров – эфиры

целлюлозы).

Неорганические: кварц, силикаты, алмаз, графит, корунд, карбин, карбид бора и т. д.

Органические: каучуки, целлюлоза, крахмал, органическое стекло и

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ

Имеют неорг. главные цепи и не содержат орг. боковых радикалов. Главные цепи построены из ковалентных или ионно-ковалентных связей; в нек-рых Н. п. цепочка ионно-ковалентных связей может прерываться единичными сочленениями координац. характера. Структурная Н. п. осуществляется по тем же признакам, что и орг. или элементоорг. полиме-ров (см. Высокомолекулярные соединения). Среди природных Н. п. наиб. распространены сетчатые, входящие в состав большинства минералов земной коры. Многие из них образуют типа алмаза или кварца. К образованию линейных Н. п. способны элементы верх. рядов III-VI гр. периодич. системы. Внутри групп с увеличением номера ряда способность элементов к образованию гомо- или гете-роатомных цепей резко убывает. Галогены, как и в орг. полимерах, играют роль агентов обрыва цепи, хотя всевозможные их комбинации с др. элементами могут составлять боковые группы. Элементы VIII гр. могут входить в главную цепь, образуя координац. Н. п. Последние, в принципе, отличны от орг. координационных полимеров, где система координац. связей образует лишь вторичную структуру. Мн. или соли металлов переменной валентности по макроскопич. св-вам похожи на сетчатые Н. п.

Длинные гомоатомные цепи (со степенью полимеризации п >= 100) образуют лишь и элементы VI гр.-S, Se и Те. Эти цепи состоят только из основных атомов и не содержат боковых групп, но электронные структуры углеродных цепей и цепей S, Se и Те различны. Линейные углерода - кумулены =С=С=С=С= ... и кар-бин ЧС = СЧС = СЧ... (см. Углерод); кроме того, углерод образует двухмерные и трехмерные ковалентные кристаллы-соотв. графит и алмаз. Сера, и теллур образуют атомные цепочки с простыми связями и очень высокими п. Их имеет характер фазового перехода, причем температурная область стабильности полимера имеет размазанную нижнюю и хорошо выраженную верхнюю границы. Ниже и выше этих границ устойчивы соотв. циклич. октамеры и двухатомные молекулы.

Др. элементы, даже ближайшие соседи углерода по псриодич. системе-В и Si, уже неспособны к образованию гомоатомных цепей или циклич. олигомеров с п >= 20 (безотносительно к наличию или отсутствию боковых групп). Это обусловлено тем, что лишь атомы углерода способны образовывать друг с другом чисто ковалентные связи. По этой причине более распространены бинарные гетероцепные Н. п. типа [ЧМЧLЧ] n (см. табл.), где атомы М и L образуют между собой ионно-ковалентные связи. В принципе, гетероцепные линейные Н. п. не обязательно должны быть бинарными: регулярно повторяющийся участок цепи м. б. образован и более сложными комбинациями атомов. Включение в главную цепь атомов металлов дестабилизирует линейную структуру и резко снижает и.

КОМБИНАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ, ОБРАЗУЮЩИЕ БИНАРНЫЕ ГЕТЕРОЦЕПНЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ ТИПА [ЧМЧLЧ] n (ОБОЗНАЧЕНЫ ЗНАКОМ +)

* Образует также неорг. полимеры состава [ЧВЧРЧ] n .

Особенности электронной структуры главных цепей гомо-цепных Н. п. делают их весьма уязвимыми при атаке нуклеоф. или электроф. агентами. Уже по одной этой причине относительно стабильнее цепи, содержащие в качестве компонента L или др. , соседний с ним по периодич. системе. Но и эти цепи нуждаются обычно в стабилизации, к-рая в прир. Н. п. связана с образованием сетчатых структур и с очень сильным межмол. взаимод. боковых групп (включая образование солевых мостиков), в результате к-рого большинство даже линейных Н. п. не-растворимы и по макроскопич. св-вам сходны с сетчатыми Н. п.

Практич. интерес представляют линейные Н. п., к-рые в наиб. степени подобны органическим - могут существовать в тех же фазовых, агрегатных или релаксационных состояниях, образовывать аналогичные надмол. структуры и т. п. Такие Н. п. могут быть термостойкими каучуками, стеклами, волокнообразующими и т. п., а также проявлять ряд св-в, уже не присущих орг. полимерам. К ним относятся полифосфазены, полимерные оксиды серы (с разными боковыми группами), фосфаты, . Нек-рые комбинации М и L образуют цепи, не имеющие аналогов среди орг. полимеров, напр. с широкой зоной проводимости и . Широкой зоной проводимости обладает , имеющий хорошо развитую плоскую или пространств. структуру. Обычным сверхпроводником при т-ре вблизи 0 К является полимер [ЧSNЧ] х ; при повышенных т-рах он утрачивает сверхпроводимость, но сохраняет полупроводниковые св-ва. Высокотемпературные сверхпроводящие Н. п. должны обладать структурой керамик, т. е. обязательно содержать в своем составе (в боковых группах) и кислород.

Переработка Н. п. в стекла, волокна, керамику и т. п. требует плавления, а оно, как правило, сопровождается обратимой деполимеризацией. Поэтому используют обычно модифицирующие , позволяющие стабилизировать в расплавах умеренно разветвленные структуры.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 2, М., 1974, с. 363-71; Бартенев Г. М., Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла, М., 1974; Кор-шак В. В., Козырева Н. М., "Успехи химии", 1979, т. 48, в. 1, с. 5-29; Inorganic polymers, в кн.: Encyclopedia of polymer science and technology, v. 7, N. Y.-L.-Sydney, 1967, p. 664-91. С. Я. Френкель.

Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Смотреть что такое "НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ" в других словарях:

Полимеры, молекулы которых имеют неорганические главные цепи и не содержат органических боковых радикалов (обрамляющих групп). В природе широко распространены трехмерные сетчатые неорганические полимеры, которые в виде минералов входят в состав… …

Полимеры, не содержащие в повторяющемся звене связей C C, но способные содержать органический радикал как боковые заместители. Содержание 1 Классификация 1.1 Гомоцепные полимеры … Википедия

Полимеры, молекулы которых имеют неорганические главные цепи и не содержат органических боковых радикалов (обрамляющих групп). В природе широко распространены трёхмерные сетчатые неорганические полимеры, которые в виде минералов входят в состав… … Энциклопедический словарь

Полимеры с неорганической (не содержащей атомов углерода) главной цепью макромолекулы (См. Макромолекула). Боковые (обрамляющие) группы обычно тоже неорганические; однако полимеры с органическими боковыми группами часто также относят к Н …

Полимеры, макромолекулы к рых имеют неорганич. гл. цепи и не содержат боковых органич. радикалов (обрамляющих групп). Практич. значение имеет синтетич. полимер полифосфонитрилхлорид (полидихлорфссфазен) [ P(C1)2=N ]n. Из него получают др.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Полимеры, молекулы к рых имеют неорганич. гл. цепи и не содержат органич. боковых радикалов (обрамляющих групп). В природе широко распространены трёхмерные сетчатые Н.п., к рые в виде минералов входят в состав земной коры (напр., кварц). В… … Естествознание. Энциклопедический словарь

- (от поли... и греч. meros доля часть), вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. По происхождению полимеры… … Большой Энциклопедический словарь

Ов; мн. (ед. полимер, а; м.). [от греч. polys многочисленный и meros доля, часть] Высокомолекулярные химические соединения, состоящие из однородных повторяющихся групп атомов, широко применяемые в современной технике. Природные, синтетические п.… … Энциклопедический словарь

- (от греч. polymeres состоящий из многих частей, многообразный) химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы (См. Макромолекула)) состоят из большого числа… … Большая советская энциклопедия

Вам могут быть интересны следующие материалы

Отношения

Интерьер

Дети

Красота

Фигура

Здоровье

© 2020 Женские секреты. Отношения, красота, дети, мода