Источники фтора и влияние фтора на человеческий организм

Наш век часто называют веком синтетической химии. Очень много новых веществ получила химия с помощью синтеза.

Научилась она получать и синтетические волокна, т.е. такие, основу которых составляют не природные высокомолекулярные вещества, а синтетические полимеры. Одними из первых синтетических волокон стали известны нейлон, анид и капрон.

Вещества, образующие эти волокна, по своему строению в некоторой степени сходны с белковыми веществами шелка. Молекулы всех волоком имеют линейное строение и состоят из повторяющихся звеньев. Такими звеньями в молекулах целлюлозы будут остатки молекул глюкозы. В молекулах белка натурального шелка, шерсти звеньями являются остатки аминокислот:

H O

O

H2N-CH-C;-N-CH-C —

OH

R R

Строение молекулы белкового вещества шелка может быть выражено схемой:

H O H O H O

... -N-CH-C-N-CH-C-N-CH-C- ...

R R R

Группы атомов-CO-NH- , соединяющие остатки аминокислот в таких молекулах, называются амиднымы группами, а связи между атомами углерода и азота в них — амиднымы связями.

В молекулах, образующих нейлон и капрон, также имеются амидные связи между повторяющимися группами атомов, но эти повторяющиеся группы атомов — звенья — отличаются от тех, которые образуют молекулу природного белка.

Нейлон готовят из довольно простых органических веществ — адиптиновой кислоты HOOC — (CH2) 4 — COOH и гексаметилендиамина H2N — (CH2) 6 — NH2, что в свою очередь, получают из фенола. При нагревании совместно адиптиновой кислоты и гексаметилендиамина образуется вязкая смола. Молекулы исходных веществ, взаимодействуя друг с другом, образуют нитевидные молекулы нового вещества. Эта реакция происходит из-за того, что от конца одной молекулы отрывается гидроксильная группа. А от конца другой молекулы — из аминогруппы — атом водорода. Группа OH и атом водорода образуют молекулу воды H2O, а остатки молекул органических веществ за счет валентностей, освободившиеся соединяются друг с другом в длинные цепи. Упрощенно этот процесс можно изобразить следующей схеме:

HO OH H H

C- (CH2) 4-C + N- (CH2) 6-N +

O O H H

HO OH

C- (CH2) 4-C + ...

O O

HO

C- (CH2) 4-C-N- (CH2) 6-N-C- (CH2) 4-C- ... + nH2O;

O

O H H O O

Так соединяется в цепь примерно по сотне остатков молекул гексаметилендиамина и адиптиновой кислоты.

Нагретую вязкую смолу продавливают через тонкие отверстия фильеры. Охлаждаемая воздухом струя затвердевает, образуя волокно. Скорость образования волокон здесь очень большая — 1000 м / мин. Далее волокна нейлона подвергаются растягиванию на барабанах, вращающихся с разной скоростью, при этом они удлиняются в несколько раз. Молекулы, образующие их, ранее как бы сморщенные, выпрямляются и располагаются по оси волокна. От этого прочность волокна сильно возрастает.

Длинные цепочки молекул другого синтетического волокна — капрона, что является изобретением советских ученых, — построены из повторяющихся звеньев — остатков аминокапроновой кислоты NH2- (CH2) 5-COOH.

За счет аминогрупп и карбоксильных групп различных молекул здесь также устанавливается амидная связь между звеньями, что видно из следующей схемы строения молекулы капрона:

O H O H O

H2N- (CH2) 5-C — N- (CH2) 5-C — N- (CH2) 5-C- ...

Технический способ получения волокон капрона сходен со способом получения нейлона. Из капрона можно получать настолько тонкие волокна, что нить длиной 9 км будет весить всего лишь 6 г.

Волокна нейлона (анид) и капрона обладают прочностью, значительно превосходящая прочность природных и искусственных волокон. Изделия из них имеют много и других замечательных свойств. Они не гниют, не поедаются молью. После стирки они быстро сохнут и легко принимают прежний вид. Эти изделия не гигроскопичны и не снижают своей прочности от влаги, как это наблюдается в других искусственных волокон, даже у натурального шелка.

Исследования ученых привели к созданию ряда новых волокон. В нашей стране, кроме анид и капрона, производятся такие синтетические волокна, как хлорин, нитрона, лавсан, энант.

К хлорина ученые подошли в поисках волокна высокой химической стойкости (рассмотренные выше полиамидные волокна неустойчивы по отношению кислот). Среди химически стойких полимеров был известен поливинилхлорид (Поливинилхлорид):

-CH2-CH —

Cl n

Однако получить волокно из него оказалось делом сложным. Ведь чтобы достичь расположения молекул в определенном направлении, а без этого нет волокна, необходимо полимер расплавить, то есть дать возможность молекулам его свободно перемещаться, чтобы затем в процессе формирования перестроить их расположение и закрепить в нужном порядке. Между тем поливинилхлорид нельзя расплавлять, так как при нагревании он разлагается; трудно найти и подходящий растворитель. Подобно тому как при получении искусственных волокон растворимость целлюлозы достигается за счет ее химической обработки. Удалось сделать растворимым и поливинилхлорид в результате его дополнительного хлорирования. Эту реакцию, очень напоминающую нам хлорирование предельных углеводородов, можно выразить следующей схеме:

-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH- ... + nCl2-CH2-CH-CH-CH-CH2-CH- ... + nHCl

Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl

Высокомолекулярный продукт хлорирования образуется в виде смолы, называемой также хлорином.

Хлорин растворяют в ацетоне, раствор пропускают через фильеру в ванну с водой. Ацетон при этом растворяется, и хлорин выделяется в виде тонких волокон.

Хлоринове волокно негорючие, на него не действуют ни кислоты, ни щелочи, некоторое время не действует даже "царская водка" — смесь азотной и соляной кислот, что делает обычно особенно сильную окислительную действие.

С хлоринового волокна готовят фильтровальные ткани и прокладочный материал для химических аппаратов, спецодежду для рабочих химической промышленности, ковры, лечебное белье и т.д.

В списках химически стойких волокон ученые обратились и к полимера тефлона (-CF2-CF2-) n высшему эталону химической инертности вещества, превосходит в этом отношении такие благородные металлы, как или золото платина. Здесь трудности казались долгое время непреодолимыми: тефлон не прибегал растворить в одном из известных растворителей, нельзя его и или расплавить даже перевести в размягченное состояние без разложения. Однако использование некоторых приемов формирования позволило в последнее время из тефлона получить волокна.

Нитрона и лавсан не могут соперничать по химической стойкости с или хлорином тефлоном, но у них есть другие ценные свойства, открывающие перед этими волокнами перспективу широкого применения.

Исходным веществом для получения волокна служит Нитрил акриловой кислоты — акрилонитрил CH2-CH.

 

CN

Благодаря наличию двойной связи между атомами углерода это вещество легкая полимеризуется, образуя высокомолекулярные смолу полиакрилонитрил

(-CH2-CH-) n.

CN

Полимер растворяют в соответствующем растворителе и формируют волокно по мокрому способу, подобно вискозному волокну.

Волокно нитрона по внешнему виду похоже на шерсть, оно очень хорошо растворяет теплоту, достаточно прочно и превосходит другие волокна по светостойкости. Из этого волокна готовят ткани для костюмов и пальто, искусственный мех, трикотажные изделия.

Волокно лавсан по химической природе есть полиэфиром. Исходные вещества для его получения — двухосновная терефталевая кислота

HOOC--COOH и двухатомных спирт этиленгликоль HO-CH2-CH2-OH.

При известных условиях эти вещества вступают между собой в реакцию этерификации так, что у каждого из них взаимодействуют при этом обе функциональные группы. В результате образуется высокомолекулярная смола лавсан. Несколько упрощая, процесс этот можно изобразить так:

O O O O

C--C + CH2-CH2 + C--C + ...

OH OH HO OH HO OH

O O O O

C--C C--C + nH2O

 

OH O-CH2-CH2-O ...

Подобные реакции образования полимеров, идущие с выделение низкомолекулярного продукта, носят общее название реакций поликонденсации, в отличие от реакций полимеризации, идущих без выделения побочного продукта и соединения, которые являются по существу реакциями (см. образование нитрона).

Получаемые из смолы лавсан волокна характеризуются большой прочностью, значительной устойчивостью к высоким температурам, свету и другим реагентам. Ткани из лавсана не мнутся и не теряют со временем приданную им форму.

В нашей стране до Октябрьской революции существовала лишь одна фабрика искусственного шелка, работавшая по вискозному способу, да и та прекратила свою работу во время первой мировой войны. При Советской власти промышленность искусственных, а затем и синтетических волокон получила широкое развитие.

Книга для чтения по органической химии. Пособие для учащихся. М., "Просвещение", 1975.