Најважније из лекције
Природни vs. синтетички производи: Природни садрже биомолекуле (угљени хидрати, протеини, липиди), док се синтетички производе циљаном синтезом (полимери, лекови, боје).
Пластичне масе: Линеарни полимери (нпр. полиетилен) омекшавају на топлоти због слабих Ван дер Валсових сила; умрежавањем се добијају чврсти материјали (нпр. бакелит).
Гума и вулканизација: Увођењем сумпора (\(\text{S}\)) у каучук настају ковалентне попречне везе које омогућавају еластичност; велики вишак сумпора даје крути ебонит.
Силикони: Полимери са \(\text{-Si-O-Si-}\) ланцем; одликује их изразита биокомпатибилност (имплантати, пејсмејкери, медицина).
Фармацеутски производи: Аспирин и ибупрофен служе као аналгетици и антипиретици, пеницилин је револуционарни антибиотик, док је диетил-етар био први општи анестетик.
Пластичне масе: Линеарни полимери (нпр. полиетилен) омекшавају на топлоти због слабих Ван дер Валсових сила; умрежавањем се добијају чврсти материјали (нпр. бакелит).
Гума и вулканизација: Увођењем сумпора (\(\text{S}\)) у каучук настају ковалентне попречне везе које омогућавају еластичност; велики вишак сумпора даје крути ебонит.
Силикони: Полимери са \(\text{-Si-O-Si-}\) ланцем; одликује их изразита биокомпатибилност (имплантати, пејсмејкери, медицина).
Фармацеутски производи: Аспирин и ибупрофен служе као аналгетици и антипиретици, пеницилин је револуционарни антибиотик, док је диетил-етар био први општи анестетик.
Природни комерцијални производи су производи пореклом из биљног или животињског света који садрже биолошки важне молекуле: угљене хидрате, протеине, липиде (масти и уља) и витамине (нпр. шећер, брашно, млеко, сир, месне прерађевине).
Синтетички комерцијални производи су супстанце добијене хемијским поступцима у лабораторији или индустрији са циљано одабраним својствима (нпр. пластичне масе, вештачка гума, силикони, боје, лекови).
Еко-кожа представља синтетички производ који се добија превлачењем слоја тканине полимерном масом полиуретана. На тај начин добија се материјал сличан природној кожи без коришћења животињских сировина и штетних супстанци.
Разврстај следеће производе на оне који садрже претежно природне органске материје и оне који су синтетички: бели стони шећер, најлонска чарапа, рафинисано сунцокретово уље, тефлонски тигањ.
- Природни: стони шећер (сахароза), сунцокретово уље (триглицериди).
- Синтетички: најлон (синтетички полиамид), тефлон (полимер политетрафлуороетен).
Пластичне масе (пластика) су синтетички полимерни материјали који се добијају реакцијом полимеризације мономера (најчешће алкена и њихових деривата).
Својства пластике директно зависе од просторног распореда и повезаности полимерних ланаца:
- Линеарни и разгранати полимери: ланци се држе само слабим Ван дер Валсовим (међумолекулским) силама, због чега при загревању лако омекшавају и топе се.
- Умрежени полимери: ланци су међусобно повезани јаким ковалентним везама, што материјалу даје знатно већу тврдоћу, постојаност и отпорност на топлоту.
Најчешћи пластични материјали:
- Полиетилен (PE) и полипропилен (PP) – амбалажа, кесе, фолије, цеви.
- Поли(винил-хлорид) (PVC) – грађевинска столарија, изолација каблова.
- Бакелит – фенол-формалдехидна смола (један од првих синтетичких полимера, изразит електро-изолатор).
Зашто се пластични предмети изграђени од линеарних ланаца полиетилена лако деформишу и топе на повишеној температури, док умрежени полимери задржавају своју чврстину?
Код линеарних полимера ланци су међусобно повезани само слабим међумолекулским (Ван дер Валсовим) силама које се лако раскидају при загревању. Код умрежених полимера ланци су спојени снажним ковалентним везама које захтевају много већу енергију за раскидање.
Гума је полимерни материјал чију основу чине природни или синтетички каучук, а карактерише је висока еластичност.
Вулканизација је процес у коме се сировом каучуку додаје сумпор (\(\text{S}\)) уз повишен притисак и температуру, при чему атоми сумпора формирају попречне ковалентне мостове између суседних полимерних ланаца.
Механизам еластичности гуме:
При деловању спољашње силе истезања, увијени ланци полимера се исправљају и постају паралелни, али се попречне ковалентне везе не раскидају. Након престанка деловања силе, ковалентне везе враћају ланце у почетни положај.
При деловању спољашње силе истезања, увијени ланци полимера се исправљају и постају паралелни, али се попречне ковалентне везе не раскидају. Након престанка деловања силе, ковалентне везе враћају ланце у почетни положај.
Утицај количине сумпора на својства:
- Мања количина сумпора: настаје мањи број попречних веза \(\rightarrow\) гума је мека и еластична.
- Већа количина сумпора: долази до густог умрежавања \(\rightarrow\) настаје тврд, нееластичан материјал ебонит (употребљава се за израду муштикли, кугли за куглање, делова музичких инструмената и у електротехници).
Шта би се десило при истезању сировог каучука који није вулканизован у поређењу са вулканизованом еластичном гумом?
Код невулканизованог каучука не постоје попречне ковалентне везе, па се при јачем истезању раскидају слабе међумолекулске силе и материјал се трајно деформише или цепа. Код вулканизоване гуме попречни сумпорни мостови омогућавају да се ланци након истезања врате у првобитни положај.
Силикони су полимерни материјали чију основу (скелет) чини ланац наизменично повезаних атома силицијума и кисеоника (\(\text{-Si-O-Si-}\)), док су за атоме силицијума везане органске (угљоводоничне) групе, најчешће метил групе (\(-\text{CH}_3\)).
Општи структурни мотив полидиметилсилоксана (силикона):
\[
\begin{pmatrix}
\text{CH}_3 \\
| \\
-\text{Si}-\text{O}- \\
| \\
\text{CH}_3
\end{pmatrix}_n
\]
Биокомпатибилност: Захваљујући хемијској инертности и специфичној структури, живи организми не одбацују силиконске материјале, што их чини незаменљивим у медицини.
Примена силикона:
- Медицина и стоматологија: имплантати, срчани залисци, делови пејсмејкера, зубни отисци, силиконски фластери и завоји (спречавају ожиљке и убрзавају зарастање).
- Индустрија и домаћинство: електронске компоненте, заптивни материјали, кухињски прибор отпоран на топлоту.
Велики број органских једињења има снажно биолошко дејство и чини активне компоненте лекова и антисептика:
| Једињење | Тип једињења / Дејство | Значај и примена |
|---|---|---|
| Аспирин (ацетилсалицилна киселина) |
Аналгетик, антипиретик, антиинфламаторно средство | Први клинички тестиран синтетички лек; ублажава болове, снижава повишену температуру и смирује упале. |
| Ибупрофен (бруфен) |
Аналгетик, антипиретик, нестероидни антиинфламаторни лек | Један од најчешће коришћених лекова за сузбијање болова, упала мишића и грознице. |
| Пеницилин | Антибиотик | Органско једињење које производе гљивице (данас и синтетички деривати); прекретница у лечењу бактеријских инфекција. |
| Диетил-етар \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OCH}_2\text{CH}_3\) |
Општи анестетик (историјски) | Први ефикасан општи анестетик за хируршке операције; данас замењен безбеднијим једињењима. |
| Етанол и сирћетна киселина | Алкохол / Карбоксилна киселина | Користе се као дезинфицијенси, растварачи и конзерванси; добијају се ферментацијом или синтезом. |
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која је улога сумпора у процесу вулканизације каучука и како се назива тврди нееластични материјал који настаје када се уведе велика количина сумпора?
Сумпор формира попречне ковалентне везе (мостове) између дугачких полимерних ланаца каучука, повезујући их у просторну мрежу и дајући материјалу еластичност. Када се дода велика количина сумпора, настаје тврд, нееластичан материјал који се зове ебонит.
Задатак 2 (средњи): Повежи сваки наведени органски комерцијални производ са његовом основном наменом или карактеристиком:
- Силикони
- Аспирин
- Бакелит
- Пеницилин
- Синтетички антипиретик и аналгетик.
- Биокомпатибилни полимер са \(\text{-Si-O-}\) везама погодан за имплантате.
- Антибиотик за сузбијање бактеријских инфекција.
- Термостабилна фенол-формалдехидна смола са добрим изолационим својствима.
- а – 2: Силикони \(\rightarrow\) Биокомпатибилни полимер са \(\text{-Si-O-}\) везама погодан за имплантате.
- б – 1: Аспирин \(\rightarrow\) Синтетички антипиретик и аналгетик.
- в – 4: Бакелит \(\rightarrow\) Термостабилна фенол-формалдехидна смола са добрим изолационим својствима.
- г – 3: Пеницилин \(\rightarrow\) Антибиотик за сузбијање бактеријских инфекција.
Задатак 3 (тежак): Објасни структурну разлику између молекула полиетилена и силикона. Зашто се силикони користе за израду медицинских имплантата и вештачких срчаних залистака уместо обичне пластике?
Структурна разлика: Полиетилен има угљенични скелет изграђен искључиво од међусобно повезаних атома угљеника (\(\text{-C-C-}\)), док силикони у свом главном ланцу садрже наизменично повезане атоме силицијума и кисеоника (\(\text{-Si-O-Si-}\)) са органским бочним групама везаним за силицијум.
Медицинска примена: Силикони су биокомпатибилни – људски организам их не препознаје као страно тело и не изазивају имуни одговор нити токсичне реакције, врло су флексибилни и стабилни у условима унутар тела.
Медицинска примена: Силикони су биокомпатибилни – људски организам их не препознаје као страно тело и не изазивају имуни одговор нити токсичне реакције, врло су флексибилни и стабилни у условима унутар тела.
