Cellulose

Cellulose
Cellulose, a linear polymer of D-glucose units (two are shown) linked by β(1→4)-glycosidic bonds
Three-dimensional structure of cellulose
Nhận dạng
Số CAS	9004-34-6
PubChem	14055602
Thuộc tính
Công thức phân tử	(C 6H 10O 5) n
Khối lượng mol	162.1406 g/mol per glucose unit
Bề ngoài	white powder
Khối lượng riêng	1.5 g/cm³
Điểm nóng chảy	260–270 °C; 533–543 K; 500–518 °F Decomposes
Điểm sôi
Độ hòa tan trong nước	none
Nhiệt hóa học
Enthalpy hình thành ΔfHo298	−963,000 kJ/mol
DeltaHc	−2828,000 kJ/mol
Các nguy hiểm
NFPA 704	1 1 0
PEL	TWA 15 mg/m³ (total) TWA 5 mg/m³ (resp)
REL	TWA 10 mg/m³ (total) TWA 5 mg/m³ (resp)
IDLH	N.D.
Các hợp chất liên quan
Hợp chất liên quan	Tinh bột
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). N kiểm chứng (cái gì YN ?) Tham khảo hộp thông tin

Cellulose (bắt nguồn từ tiếng Pháp: cellulose), còn gọi là xenlulôzơ, xenlulôza, là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-D-glucose, có công thức cấu tạo là (C₆H₁₀O₅)_n hay [C₆H₇O₂(OH)₃]_n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000-14000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật. Trong gỗ cây lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ cây lá rộng nó chiếm 44-50% thể tích.

Ứng dụng:

Trong ngành dệt may: được dùng làm sợi để chế biến thành vải khác nhau như rayon, satin, acetate và triacetate. Nó nổi bật với chi phí thấp, độ sáng và vẻ đẹp mà nó mang lại cho quần áo. Cellulose acetat thường được dùng làm áo sơ mi, áo thun, váy đầm, cà vạt, đồ lót. Ngoài ra còn dùng làm áo mưa và làm dù che.

Trong y tế: được sử dụng trong các thiết bị hình trụ đáp ứng chức năng của một thiết bị chạy thận nhân tạo.

Trong sản xuất công nghiệp: Nó được sử dụng trong sản xuất hộp đựng thuốc lá, dây cáp điện, sơn mài, sản xuất đồ vật bằng nhựa, giấy và các tông, sản xuất các bộ phận động cơ và khung gầm của các loại xe khác nhau trong ngành công nghiệp ô tô.

Trong sản xuất kính: dùng để làm chất liệu lót kính màn hình máy tinh, màn hình điện thoại di động và các loại màn hình khác. Cellulose acetate còn là chất liệu làm nên các gọng kính đeo mắt khá bền và đẹp.

Trong ngành nghệ thuật và phim ảnh: sử dụng làm phim mỏng cho phim, nhiếp ảnh và băng từ.

Trong nghiên cứu: sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm khoa học và nghiên cứu giúp sản xuất các bộ lọc xốp, như là một hỗ trợ cho màng cellulose acetate để thực hiện quá trình điện di hoặc trao đổi thẩm thấu. Nó còn dùng để làm giấy lọc trong thí nghiệm.

Tính chất vật lý

Là chất màu trắng, không mùi, không vị. Cellulose không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu cơ thông thường. Tan trong một số dung dịch acid vô cơ mạnh như: HCl, HNO₃,... một số dung dịch muối: ZnCl₂, PbCl₂,...

Là thành phần chính tạo nên lớp thành tế bào thực vật, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi. Cellulose có nhiều trong bông (95-98%), đay, gai, tre, nứa, gỗ... (Cellulose chiếm khoảng 40-45% trong gỗ).

Tính chất hóa học

Cellulose do các mắt xích β-D-Glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glycoside do vậy liên kết này thường không bền trong các phản ứng thủy phân.

Cellulose được tạo thành trong cây xanh nhờ quá trình quang hợp của cây:

6nCO₂+5nH₂O^Clorophin,as→(C₆H₁₀O₅)_n +6nO₂

Phản ứng thủy phân

Đun nóng lâu xenlulozơ với dung dịch acid sulfuric, các liên kết β-glycoside bị đứt tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucozơ:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (xúc tác H⁺, t^o)

Phản ứng này áp dụng trong sản xuất alcohol etylic công nghiệp, xuất phát từ nguyên liệu chứa xenlulozơ (vỏ bào, mùn cưa, tre, nứa, v.v...).

Phản ứng thủy phân xenlulozơ có thể xảy ra nhờ tác dụng xúc tác của enzim xenlulaza có trong cơ thể động vật nhai lại (trâu, bò...). Cơ thể người không có enzim này nên không thể tiêu hóa được xenlulozơ.

Tác dụng với một số tác nhân base

• Phản ứng với NaOH và CS₂. Sản xuất tơ visco:

Cho cellulose tác dụng với NaOH người ta thu được sản phẩm gọi là "cellulose kiềm", đem chế hóa tiếp với carbon disulfide sẽ thu được dung dịch cellulose xantogenat:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n (Cellulose) → [C₆H₇O₂(OH)₂ONa]_n (Cellulose kiềm) → [C₆H₇O₂(OH)₂O-CS₂Na]_n (Cellulose xantogenat)

Cellulose xantogenat tan trong kiềm tại thành dung dịch rất nhớt gọi là visco. Khi bơm dung dịch nhớt này qua những ống có các lỗ rất nhỏ (φ < 0,1mm) ngâm trong dung dịch H₂SO₄, cellulose xantogenat sẽ bị thủy phân cho ta cellulose hidrat ở dạng óng nuột gọi là tơ visco:

[C₆H₇O₂(OH)₂O-CS₂Na]_n (Cellulose xantogenat) + n/2H₂SO₄ → [C₆H₇O₂(OH)₃]_n (Cellulose hydrate) + nCS₂ + Na₂SO₄

Cellulose hydrate có công thức hóa học tương tự cellulose, nhưng do quá trình chế biến hóa học như trên, mạch polymer trở nên ngắn hơn, độ bền hóa học kém đi và háo nước hơn.

• Tác dụng của dung dịch Cu(OH)₂ trong amonia:

Cellulose tan được trong dung dịch Cu(OH)₂ trong amonia có tên là "nước Svayde" (Schweitzer's Reagent), trong đó Cu²⁺ tồn tại chủ yếu ở dạng phức chất Cu(NH₃)_n(OH)₂. Khi ấy sinh ra phức chất của cellulose với ion đồng ở dạng dung dịch nhớt. Nếu ta bơm dung dịch nhớt này đi qua ống có những lỗ rất nhỏ ngâm trong nước, phức chất sẽ bị thủy phân thành cellulose hydrate ở dạng sợi, gọi là tơ đồng - amonia.

Phản ứng với một số acid hoặc anhydride acid tạo thành este

• Tác dụng của HNO₃:

Đun nóng cellulose với hỗn hợp HNO₃ và H₂SO₄ đậm đặc, tùy theo điều kiện phản ứng mà một, hai hay cả ba nhóm -OH trong mỗi mắt xích C₆H₁₀O₅ được thay thế bằng nhóm -ONO₂ tạo thành các este cellulose nitrat:

[C₆H₇O₂(o…H)₃]_n + nHNO₃ → [C₆H₇O₂(OH)₂ONO₂]_n (Cellulose mononitrat) + nH₂O

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 2nHNO₃ → [C₆H₇O₂(OH)(ONO₂)₂]_n (Cellulose dinitrat) + 2nH₂O

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n (Cellulose trinitrat) + 3nH₂O

Hỗn hợp cellulose mononitrat và cellulose dinitrat (gọi là coloxilin) được dùng để tạo màng mỏng tại chỗ trên da nhằm bảo vệ vết thương, và dùng trong công nghệ cao phân tử (chế tạo nhựa xenluloit, sơn, phim ảnh...). Cellulose trinitrat thu được (có tên gọi piroxilin) là một sản phẩm dễ cháy và nổ mạnh, được dùng làm chất nổ cho mìn, lựu đạn... và chế tạo thuốc súng không khói.

• Tác dụng của (CH₃CO)₂O: Cellulose tác dụng với anhydride acetic có H₂SO₄ xúc tác có thể tạo thành cellulose mono- hoặc di- hoặc triacetat. Ví dụ:

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3n(CH₃CO)₂O → [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]_n(cellulose triacetat) + 3nCH₃COOH

Trong công nghiệp cellulose triacetat và cellulose diacetat được dùng hỗn hợp hoặc riêng rẽ để sản xuất phim ảnh và tơ acetat. Chẳng hạn hòa tan hai este trên trong hỗn hợp aceton và ethanol rồi bơm dung dịch thu được qua những lỗ nhỏ thành chùm tia đồng thời thổi không khí nóng (55 - 70^oC) qua chùm tia đó để làm bay hơi aceton sẽ thu được những sợi mảnh khảnh gọi là tơ acetat. Tơ acetat có tính đàn hồi, bền bỉ và đẹp.

Xem thêm

• Hợp chất cao phân tử
• Bột giấy

Tham khảo

Liên kết ngoài

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Cellulose.

• Cellulose (plant cell structure) tại Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)
• "Cellulose" . Encyclopædia Britannica. Vol. 5 (11th ed.). 1911.
• Structure and morphology of cellulose by Serge Pérez and William Mackie, CERMAV-CNRS
• Cellulose, by Martin Chaplin, London South Bank University
• Clear description of a cellulose assay method at the Cotton Fiber Biosciences unit of the USDA.
• Cellulose films could provide flapping wings and cheap artificial muscles for robots – TechnologyReview.com