Chemia Materiały I Tworzywa Pochodzenia Naturalnego Sprawdzian

Okej, przygotujmy się do sprawdzianu z chemii materiałów i tworzyw pochodzenia naturalnego! Skupimy się na tym, co najważniejsze, żebyś mógł/mogła zdobyć jak najlepszą ocenę.

Materiały i tworzywa pochodzenia naturalnego – co to właściwie jest? Mówiąc najprościej, to wszystko, co bierze się z natury i można to wykorzystać do tworzenia różnych rzeczy. Myśl o drewnie, bawełnie, skórze, ale też o skrobi czy naturalnej gumie. To wszystko są surowce, które odpowiednio przetworzone, stają się materiałami lub tworzywami.

Zacznijmy od drewna. To jeden z najstarszych i wciąż bardzo popularnych materiałów. Z czego się składa? Głównie z celulozy, hemiceluloz i ligniny. Celuloza to taki długi łańcuch zbudowany z cukrów (glukozy). Daje drewnu wytrzymałość. Hemicelulozy są podobne do celulozy, ale krótsze i bardziej złożone. A lignina? To taki klej, który spaja wszystkie składniki razem i nadaje drewnu sztywność. Drewno wykorzystujemy do budowy domów, mebli, papieru, narzędzi, a nawet do produkcji energii.

A teraz bawełna. To roślina, z której zbiera się włókna. Te włókna składają się prawie wyłącznie z celulozy. Dlatego ubrania bawełniane są takie przyjemne w dotyku i dobrze chłoną wilgoć. Bawełna jest używana do produkcji odzieży, pościeli, opatrunków, a nawet materiałów wybuchowych (celuloza po odpowiedniej obróbce).

Skóra – pozyskiwana ze zwierząt. Składa się głównie z białka zwanego kolagenem. Kolagen tworzy sieć włókien, która nadaje skórze wytrzymałość i elastyczność. Skórę wykorzystujemy do produkcji butów, ubrań, torebek, mebli i wielu innych rzeczy. Ważne jest garbowanie skóry, czyli proces, który zapobiega jej rozkładowi.

Skrobia – to cukier złożony, magazynowany w roślinach (np. w ziemniakach, kukurydzy, ryżu). Składa się z amylozy i amylopektyny, czyli długich łańcuchów glukozy. Skrobia jest używana w kuchni (do zagęszczania sosów, kisieli), ale też w przemyśle (do produkcji papieru, klejów, a nawet bioplastików).

Naturalna guma (kauczuk) – pozyskiwana z drzewa kauczukowego. To polimer zwany poliizoprenem. Ma świetną elastyczność i wodoodporność. Kauczuk jest wykorzystywany do produkcji opon, uszczelek, rękawic i wielu innych produktów. Proces wulkanizacji, czyli dodawanie siarki i ogrzewanie, poprawia właściwości gumy, czyniąc ją trwalszą i bardziej odporną na temperaturę.

Przetwarzanie materiałów naturalnych

No dobrze, mamy surowce, ale co z nimi robimy, żeby stały się użytecznymi materiałami? Procesy przetwarzania mogą być bardzo różne, w zależności od surowca.

Dla drewna to na przykład:

• Ścinanie drzew: Wybiera się odpowiednie drzewa i się je ścina.
• Obróbka mechaniczna: Tarcie, piłowanie, struganie – nadaje się drewnu pożądany kształt i rozmiar.
• Suszenie: Usuwa się wilgoć z drewna, aby zapobiec jego pękaniu i gniciu.
• Impregnacja: Zabezpiecza się drewno przed szkodnikami i warunkami atmosferycznymi.

W przypadku bawełny:

• Zbiór bawełny: Zrywa się to, co wyrosło na krzakach.
• Oczyszczanie: Usuwa się nasiona i inne zanieczyszczenia z włókien bawełnianych.
• Przędzenie: Skręca się włókna bawełniane, tworząc przędzę.
• Tkanie lub dzianie: Z przędzy tworzy się tkaniny lub dzianiny.
• Barwienie i wykańczanie: Nadaje się tkaninom kolor i poprawia ich właściwości (np. miękkość, odporność na gniecenie).

Skóra wymaga bardziej skomplikowanego procesu:

• Oczyszczanie i garbowanie: Skóra musi być dokładnie oczyszczona, a następnie garbowana. Garbowanie zapobiega rozkładowi skóry i nadaje jej trwałość i elastyczność. Stosuje się różne metody garbowania, np. garbowanie roślinne (przy użyciu tanin z roślin) lub garbowanie chromowe (przy użyciu soli chromu).
• Krojenie i szycie: Wykrawa się odpowiednie kawałki skóry i zszywa je ze sobą, tworząc pożądane produkty.
• Wykończenie: Barwi się skórę, poleruje i nanosi warstwy ochronne.

Skrobia przetwarzana jest głównie poprzez:

• Ekstrakcję: Oddzielenie skrobi od reszty rośliny (np. poprzez mielenie ziemniaków i wypłukiwanie skrobi).
• Oczyszczanie: Usuwanie zanieczyszczeń ze skrobi.
• Modyfikacja: Zmiana właściwości skrobi poprzez różne procesy chemiczne lub fizyczne (np. hydrolizę, estryfikację). Modyfikowana skrobia ma lepsze właściwości użytkowe (np. lepszą rozpuszczalność, stabilność w wysokiej temperaturze).

Kauczuk naturalny:

• Pozyskiwanie lateksu: Nacina się korę drzewa kauczukowego i zbiera wypływający lateks (mleczny sok).
• Koagulacja: Powoduje się krzepnięcie lateksu, aby otrzymać kauczuk.
• Wulkanizacja: Dodaje się siarkę i ogrzewa kauczuk, aby poprawić jego właściwości (trwałość, elastyczność, odporność na temperaturę).

Właściwości materiałów naturalnych

Każdy materiał naturalny ma swoje unikalne właściwości, które decydują o jego zastosowaniu. Ważne, żebyś znał/a te właściwości!

• Drewno: Wytrzymałość (szczególnie na ściskanie), sztywność, łatwość obróbki, izolacyjność termiczna i akustyczna, biodegradowalność. Wadą jest palność i podatność na ataki szkodników.
• Bawełna: Miękkość, przewiewność, dobra chłonność wilgoci, łatwość barwienia. Wadą jest kurczliwość, gnietliwość i mała odporność na rozciąganie.
• Skóra: Wytrzymałość, elastyczność, oddychalność, odporność na ścieranie, estetyczny wygląd. Wadą jest wysoka cena, podatność na wilgoć (jeśli nie jest odpowiednio zaimpregnowana) i degradacja z upływem czasu.
• Skrobia: Biodegradowalność, nietoksyczność, niska cena. Wadą jest słaba odporność na wilgoć i wysokie temperatury (chyba że jest modyfikowana).
• Kauczuk naturalny: Wysoka elastyczność, wodoodporność, odporność na ścieranie. Wadą jest wrażliwość na temperaturę i ozon (chyba że jest wulkanizowany).

Zagadnienia związane ze środowiskiem

Materiały naturalne są często postrzegane jako bardziej ekologiczne niż materiały syntetyczne. Ale czy zawsze tak jest? Niekoniecznie. Ważne jest, żeby zwracać uwagę na cały cykl życia produktu – od pozyskania surowca, poprzez produkcję, użytkowanie, aż po utylizację.

• Zrównoważona gospodarka leśna: Ważne jest, aby wycinać drzewa w sposób odpowiedzialny, sadzić nowe drzewa i dbać o bioróżnorodność lasów.
• Rolnictwo ekologiczne: Uprawa bawełny bez użycia pestycydów i herbicydów jest bardziej przyjazna dla środowiska i dla zdrowia ludzi.
• Garbowanie roślinne: Jest mniej szkodliwe dla środowiska niż garbowanie chromowe.
• Bioplastiki ze skrobi: Stanowią alternatywę dla plastików ropopochodnych, są biodegradowalne (ale nie zawsze w każdych warunkach).
• Recykling i utylizacja: Ważne jest, aby odpowiednio segregować i przetwarzać odpady z materiałów naturalnych.

Podsumowanie

Pamiętaj, żeby przed sprawdzianem jeszcze raz przejrzeć notatki, podręcznik i powtórzyć najważniejsze informacje. Skup się na składzie, właściwościach, zastosowaniach i procesach przetwarzania materiałów naturalnych. Zwróć uwagę na aspekty związane ze środowiskiem. Powodzenia!