1. Волокна: природные и химические, их представители и применение.

Натуральные и химические волокна       Основным исходным материалом для получения текстильных изделий являются волокна. Их можно разделить на несколько групп. Натуральные волокна или природные волокна разделяются на текстильные волокна растительного (напр., хлопок, лен, пенька), животного (шерсть, натуральный шелк) и минерального (асбест) происхождения, пригодные для изготовления пряжи. Химические волокна, получают из продуктов химической переработки природных полимеров (искусственного волокна) или из синтетических полимеров (синтетического волокна). Производство (т. н. формование) волокон химических обычно заключается в продавливании раствора или расплава полимера через отверстия фильеры в среду, которая вызывает затвердевание образовавшихся тонких волокон. Такой средой при формовании из расплавов служит холодный воздух, из растворов горячий воздух («сухой» способ) или специальный раствор, т. н. осадительная ванна («мокрый» способ). Выпускаются в виде мононити, штапельного волокна или пучка из множества тонких нитей, соединенных путем крутки.              НАТУРАЛЬНЫЕ ВОЛОКНА растительного происхождения можно разделить на две группы : хлопковые или хлопчатобумажные и лубяные волокна. Хлопком обычно называют волокна, покрывающие семена растения хлопчатника. Лубяными называют волокна, содержащиеся в стеблях, листьях и оболочке плодов различных растений. Наиболее распространены следующие виды лубяных волокон : лён, пенька(волокно конопли),джут и др.       ХЛОПОК, волокна, покрывающие семена хлопчатника. При его созревании плоды (коробочки) раскрываются, и из них собирают т. н. хлопок-сырец (волокно с неотделенными семенами).В коробочке содержатся семена, покрытые целлюлозными волокнами, которые могут быть длинными или короткими. Поэтому хлопок называют длинноволокнистым или коротковолокнистым. От этого зависит качество выпускаемых из хлопка материалов. При переработке от семян отделяют хлопок-волокно (волокна длиной более 20 мм), пух (менее 20 мм) и подпушек (менее 5 мм). Из хлопка вырабатывают ткани, трикотаж, нити, вату и др. Пух и подпушек хлопка применяют в химической промышленности как сырье для изготовления искусственного волокна и нитей, пленки, лаков и т. п.Хлопок устойчив по отношению к щелочам, но разлагается под действием кислот.       ЛЁН, род одно- и многолетних трав и кустарников семейства льновых, прядильная и масличная культура. Возделывают в основном лен-долгунец в стеблях 20-28% волокна, и лен масличный, или лен-кудряш, в семенах 35-52% льняного масла. Льняные волокна получают из лубяного стебля льна. Это первое волокно, которое человек научился получать уже в каменном веке. Длинные льняные волокна состоят из целлюлозы. Лен – самое прочное натуральное волокно. Поэтому он используется в производстве прочных нитей, тканей для парусов, а ввиду хороших гигиенических свойств льняные ткани используют для изготовления белья.       ШЕРСТЬ – это волокна, получаемые при стрижке овец, коз, верблюдов и других животных. Качество шерсти зависит от толщины поперечного сечения и длины шерстяных волокон. Основную массу перерабатываемой в промышленности шерсти составляет овечья.. Из шерсти вырабатывают пряжу, ткани, трикотаж, валяльно-войлочные изделия и др. Шерсть чувствительна к действию щелочей, которые делают её хрупкой, а по отношению к кислотам, она наоборот, устойчива. По химическому составу шерсть представляет из себя белковое вещество. При горении шерсти выделяется характерный запах жженого пера.       ШЕЛК , натуральная текстильная нить животного происхождения; продукт, выделяемый железами гусениц шелкопрядов. При совместной размотке нескольких коконов получают шелк-сырец, из которого вырабатывают крученый шелк, применяемый для изготовления тканей, трикотажа, швейных ниток. Отходы перерабатывают в пряжу для технических и других тканей. По химическому составу шелк представляет из себя белковое вещество. Мягкие, блестящие, красивые на вид изделия из шелка обладают, однако, низкой износостойкостью и высокой себестоимостью.       ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА, получают из продуктов химической переработки природных полимеров (искусственного волокна) или из синтетических полимеров (синтетического волокна). ПОЛИМЕРЫ (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 делят на природные, или биополимеры (напр., белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (напр., полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы), получаемые методами полимеризации и поликонденсации. По форме молекул различают линейные, разветвленные и сетчатые полимеры, по природе органические, элементоорганические, неорганические полимеры. Для линейных и разветвленных полимеров характерен комплекс специфических свойств, напр. способность образовывать анизотропные волокна и пленки, а также существовать в высокоэластичном состоянии. Полимеры основа пластмасс, химических волокон, резины, лакокрасочных материалов, клеев, ионитов. Из биополимеров построены клетки всех живых организмов. Термин «полимеры введен Й. Я. Берцелиусом в 1833.      Производство (т. н. формование) волокон химических обычно заключается в продавливании раствора или расплава полимера через отверстия фильеры в среду, которая вызывает затвердевание образовавшихся тонких волокон. Такой средой при формовании из расплавов служит холодный воздух, из растворов горячий воздух («сухой» способ) или специальный раствор, т. н. осадительная ванна («мокрый» способ). Выпускаются в виде мононити, штапельного волокна или пучка из множества тонких нитей, соединенных путем крутки.       С годами природные волокна перестали в полной мере удовлетворять человека, поэтому учёные всего мира трудились над  тем, чтобы найти им замену.      При обработке отходов древесины и опилок выделяется целлюлоза. В процессе получения вискозного волокна целлюлозу обрабатывают реактивами ( NaOH и CS2 ). ВИСКОЗНОЕ ВОЛОКНО , искусственное волокно, формуемое из вискозы; состоит из гидратцеллюлозы. Легко окрашивается, гигроскопично; недостатки большая потеря прочности в мокром состоянии, легкая сминаемость, низкая износостойкость устраняются модифицированием вискозного волокна . Благодаря доступности сырья и низкой стоимости реагентов производство вискозного волокна высокоэкономичное. Применяется (иногда в смеси с другими волокнами) для выработки одежных тканей, трикотажа, корда. В процессе получения ацетатных волокон целлюлозу обрабатывают ангидридом уксусной кислоты, полученный ацетат целлюлозы растворяется в ацетоне и продавливается через фильеры. ПОЛИНОЗНОЕ ВОЛОКНО , вискозное волокно специфической структуры. Отличается высокой прочностью и стабильностью формы, мало изменяющимися в воде и щелочах, незначительной сминаемостью; недостаток хрупкость. Применяется вместо тонковолокнистого хлопка для изготовления тканей различного назначения.  АЦЕТАТНЫЕ ВОЛОКНА , искусственные волокна, формуемые из растворов триацетата целлюлозы (триацетатное волокно) и продукта его частичного омыления (собственно ацетатные волокна). Мягкие, эластичные, мало сминаются, пропускают ультрафиолетовые лучи; недостатки: невысокая прочность, низкая термо- и износостойкость, значительная электризуемость. Применяются главным образом в производстве изделий народного потребления, напр. белья. Мировое производство ок. 610 тыс. т.        Сырьём в производстве синтетических волокон являются синтетические волокнообразующие полимеры, которые получают в результате химического синтеза из нефти, каменного угля или природного газа.        Процесс получения синтетических волокон сопровождается образованием высокомолекулярных соединений. Расплавленный полимер или раствор полимера продавливается сквозь мельчайшие отверстия прядильной фильеры. Так выпускаются, например, ПОЛИАМИДНОЕ ВОЛОКНО , синтетическое волокно, формуемое из расплавов или растворов полиамидов. Прочно, эластично, устойчиво к истиранию, многократному изгибу и действию многих химических реагентов; недостатки малая гигроскопичность, повышенная электризуемость, невысокая термо- и светостойкость. Применяется в производстве тканей, трикотажа, шинного корда, фильтровальных материалов и др. Основные торговые названия: из поликапроамида капрон, нейлон-6, перлон, дедерон, амилан, стилон; из полигексаметиленадипинамида анид, нейлон-6,6, родианайлон, ниплон. ПОЛИЭФИРНОЕ ВОЛОКНО, синтетическое волокно, формуемое из расплава полиэтилентерефталата или его производных. Достоинства незначительная сминаемость, отличная свето- и атмосферостойкость, высокая прочность, хорошая стойкость к истиранию и к органическим растворителям; недостатки трудность крашения, сильная электризуемость, жесткость устраняется химическим модифицированием. Применяется, напр., в производстве различных тканей, искусственного меха, канатов, для армирования шин. Основные торговые названия: лавсан, терилен, дакрон, тетерон, элана, тергаль, тесил. ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОЕ ВОЛОКНО (акриловое волокно), синтетическое волокно, формуемое из растворов полиакрилонитрила или его производных. По многим свойствам близко к шерсти, устойчиво к свету и другим атмосферным агентам, кислотам, слабым щелочам, органическим растворителям. Из полиакрилонитрильного волокна изготовляют верхний и бельевой трикотаж, ковры, ткани. Основные торговые названия: нитрон, орлон, акрилан, кашмилон, куртель, дралон, вольпрюла. ¨      Приведу наиболее распространённые материалы каждого вида волокна. ТРИКОТАЖ (вискозноё волокно) (франц. tricotage, от tricoter вязать), текстильное изделие или полотно, полученное из одной или многих нитей путем образования петель и их взаимного переплетения. По структуре трикотаж подразделяется на поперечновязаный (кулирный) и продольновязанный (основовязаный), одинарный и двойной (более плотный и тяжелый), гладкий и рисунчатый. Трикотаж используется для изготовления одежды, сетей, технических и медицинских изделий и т. п. КАПРОН или ПОЛИКАПРОАМИД (поликапролактам), [-NH(CH₂)₅CО-]_n, синтетический полимер, продукт полимеризации капролактама; твердое вещество белого цвета. Отличается высокой механической прочностью, износостойкостью, химической устойчивостью. Применяется в производстве полиамидного волокна, пленки, машиностроительных деталей. ЛАВСАН или полиэтилентерефталата (полиэфирное волокно) , [-CH₂-CH₂OC(O)C₆H₄OC(O)-]_n, синтетический полимер, продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой; твердое бесцветное вещество. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик. Применяется главным образом в производстве полиэфирного волокна, а также пленок, радиодеталей, химического оборудования.

2. Вода. Ее потребление в быту и на производстве. Роль воды в химических реакциях. Гидролиз. Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. Ее количество достигает 1018 тлнн, и она покрывает приблизительно четыре пятых земной поверхности. Это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого вещества (лед) и газа (пары воды). Вода играет жизненно важную роль в промышленности, быту и в лабораторной практике; она совершенно необходима для поддержания жизни. Приблизительно две трети человеческого тела приходятся на долю воды, и многие пищевые продукты состоят преимущественно из воды.

СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ Древние философы полагали, что вода является одним из четырех первичных элементов природы наряду с землей, воздухом и огнем. Эти представления продолжали существовать и в средние века. В 1781 году Г. Кавендиш показал, что вода образуется при сгорании водорода. Однако лишь в 1860 г. Станислав Канниццаро окончательно установил, что вода имеет формулу Н2О. Вода-ковалентное молекулярное соединение. Молекула воды полярна; угол -104,5; связь O–H ковалентная полярная. Вода является дипольным растворителем (растворяет многие газы, жидкие и твёрдые вещества). В каждой ее молекуле атом кислорода имеет две неподеленные пары электронов. Это объясняет изогнутую структуру молекулы воды с тетраэдрическим углом между связями. Вода представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, обладающую целым рядом аномальных физических свойств. Например, она имеет аномально высокие температуры замерзания и кипения, а также поверхностное натяжение. Ее удельные энтальпии испарения и плавления (в расчете на 1 г) выше, чем почти у всех остальных веществ. Редкой особенностью воды является то, что ее плотность в жидком состоянии при 4°С больше плотности льда. Поэтому лед плавает на поверхности воды. Эти аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые связывают между собой молекулы как в жидком, так и в твердом состоянии. Вода плохо проводит электрический ток, но становится хорошим проводником, если в ней растворены даже небольшие количества ионных веществ.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РАСТВОРИТЕЛЬ Вода широко используется в качестве растворителя в химической технологии, а также в лабораторной практике. Она представляет собой универсальный растворитель, необходимый для протекания биохимических реакций. Дело в том, что вода прекрасно растворяет ионные соединения, а также многие ковалентные соединения. Способность воды хорошо растворять многие вещества обусловлена полярностью ее молекул. Молекула воды обладает сравнительно большим дипольным моментом. Поэтому при растворении в ней ионных веществ молекулы воды ориентируются вокруг ионов, т.е. сольватируют их. Водные растворы ионных веществ являются электролитами. Растворимость ковалентных соединений в воде зависит от их способности образовывать водородные связи с молекулами воды. Водородные связи-это диполь-дипольные взаимодействия между атомами водорода в молекулах воды и электроотрицательными атомами молекул растворенного вещества. Простые ковалентные соединения, как, например, диоксид серы, аммиак и хлороводород, растворяются в воде. Кислород, азот и диоксид углерода плохо растворяются в воде. Многие органические соединения, содержащие атомы электроотрицательных элементов, как, например, кислорода или азота, растворимы в воде. В качестве примера укажем этанол С2Н5ОН, уксусную кислоту СН3СООН, сахар С12Н22О6 и диэтиламин (C2H5)2NH. Присутствие в воде нелетучих растворенных веществ, например хлорида натрия или сахара, понижает давление пара и температуру замерзания воды, но повышает ее температуру кипения.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ С УЧАСТИЕМ ВОДЫ Вода участвует во множестве химических реакций в качестве растворителя, реагента либо продукта. Выше мы уже обсудили свойства воды как растворителя. Вода является продуктом многих неорганических и органических химический реакций. Например, она образуется при нейтрализации кислот и оснований. В органической химии многие реакции конденсации сопровождаются отщеплением (элиминированием) молекул воды. Существует четыре типа важнейших химических реакций, в которых вода участвует в качестве реагента. Кислотно-основные реакции. Вода обладает амфотерными свойствами. Это означает, что она может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания. Ее амфотерные свойства обусловлены способностью воды к самоионизации: 2Н2О(ж.) = Н3О+(водн.) + ОН-(водн.) Это позволяет воде быть, с одной стороны, акцептором протона: НСl + Н2О = Н3О+ + Сl а с другой стороны-донором протона: NH3 + Н2О = NH4 + ОН-

ОКИСЛЕНИЕ-ВОССТАНОВЛЕНИЕ Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше олова. Например, в реакции между натрием и водой происходит следующий окислительный процесс: Nа(тв.) = Na+(водн.) + е- В этой реакции вода играет роль восстановителя: 2Н2О(ж.) + 2е- = 2ОН-(водн.) + Н2(г.) Другим примером подобной реакции является взаимодействие между магнием и водяным паром: Мg(тв.) + Н20(г.) = МgО(тв.) + Н2(г.) Вода действует как окислитель в процессах коррозии. Например, один из процессов, протекающих при ржавлении железа, заключается в следующем: 2Н2О + О2 + 4е- = 4ОН- Вода является важным восстановителем в биохимических процессах. Например, некоторые стадии цикла лимонной кислоты включают окисление воды: 2Н2О = О2 + 4Н+ + 4е- Этот процесс электронного переноса имеет также большое значение в восстановлении органических фосфатных соединений при фотосинтезе. Цикл лимонной кислоты и фотосинтез представляют собой сложные процессы, включающие ряд последовательно протекающих химических реакций. В обоих случаях процессы электронного переноса, происходящие в них, еще не полностью выяснены.

ГИДРОЛИЗ. Гидролиз представляет собой реакцию какого-либо иона или молекулы с водой. Примером реакций этого типа может быть реакция между хлороводородом и водой с образованием соляной кислоты. Другой пример-гидролиз хлорида железа(III): FеС13(водн.) + ЗН2О(ж.) = Fе(ОН)3(тв.) + ЗН+(водн.) + ЗСl(водн.) Гидролиз органических соединений также широко распространен. Один из наиболее известных примеров-гидролиз этилацетата (этилатаноата, этилового эфира уксусной кислоты): СН3СООС2Н5 + Н2О = СН3СООН + С2Н5ОН Этилацетат Уксусная Этанол кислота

Расход воды в бытовых целях. В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смыва нечистот в канализацию и поливки садов и улиц. В Европе средний расход воды в бытовых целях на душу населения составляет приблизительно 250 л в день. Это приблизительно столько же, как и во времена Римской империи. На бытовые цели расходуется приблизительно 10% всей воды, потребляемой человечеством.

Расход воды в промышленных целях. Свыше 85% воды, используемой в промышленных целях, расходуется в процессах охлаждения. Остальная часть расходуется в процессах мойки, промывки газов, для гидротранспорта и в качестве растворителя. Приблизительно полмиллиона литров воды расходуется на выпуск каждого легкового автомобиля; это количество включает как безвозвратно расходуемую воду, так и воду повторного использования. В промышленных целях расходуется приблизительно 8% всей используемой в мире воды. Расход воды в сельском хозяйстве. На сельское хозяйство приходится 82% расхода воды во всем мире. Эта вода используется для ирригации. Для выращивания одной тонны хлопка необходимо 11 000 миллионов литров воды. Для выращивания спелой тыквы требуется 150 л воды.

Расход воды для получения гидроэнергии. Свыше 50% всего притока воды в Великобритании расходуется на электростанциях. Воду используют на гидроэлектростанциях, а также на тепловых электростанциях-для создания пара, вращающего турбины, и в целях охлаждения. Хотя электростанции расходуют огромное количество воды, она используется практически без потерь, в замкнутом цикле. Согласно имеющимся оценкам, в середине двадцать первого столетия уровень потребления воды во всем мире должен превысить ее естественное поступление. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются различные способы получения пресной воды, которые описаны ниже.