Номер 4, страница 117 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

4. Что такое волокна? Приведите примеры искусственных волокон, опишите их свойства, применение и получение.

Что такое волокна?

Волокна — это длинные, тонкие и гибкие нитевидные структуры, природного или химического происхождения, которые характеризуются малым поперечным сечением и значительной длиной. Волокна являются основным элементом для производства пряжи, ниток, тканей, трикотажа и других текстильных материалов. Их классифицируют на две большие группы: натуральные (растительного, животного, минерального происхождения) и химические. Химические волокна, в свою очередь, делятся на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна — это волокна, получаемые путем химической переработки природных полимеров, главным образом целлюлозы (из древесины, хлопка) или белков.

Примеры искусственных волокон, их свойства, применение и получение

Наиболее известными и широко используемыми искусственными волокнами являются вискозное и ацетатное.

1. Вискозное волокно (Вискоза)

Получение: Процесс получения вискозного волокна многостадийный и основан на регенерации целлюлозы.
1. Исходное сырье, древесную целлюлозу, обрабатывают концентрированным раствором щелочи (гидроксида натрия $NaOH$) для получения щелочной целлюлозы:
$[C_6H_7O_2(OH)_3]_n + nNaOH \to [C_6H_7O_2(OH)_2ONa]_n + nH_2O$.
2. Полученную щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом ($CS_2$), в результате чего образуется ксантогенат целлюлозы:
$[C_6H_7O_2(OH)_2ONa]_n + nCS_2 \to [C_6H_7O_2(OH)_2O-C(S)SNa]_n$.
3. Ксантогенат целлюлозы растворяют в разбавленном растворе щелочи, получая вязкий раствор оранжевого цвета — вискозу.
4. Раствор вискозы продавливают через тончайшие отверстия (фильеры) в осадительную ванну с раствором серной кислоты ($H_2SO_4$). Здесь происходит распад ксантогената и восстановление (регенерация) целлюлозы в виде тонких блестящих нитей — вискозного волокна:
$2[C_6H_7O_2(OH)_2O-C(S)SNa]_n + nH_2SO_4 \to 2[C_6H_7O_2(OH)_3]_n + 2nCS_2 + nNa_2SO_4$.

Свойства: Вискозное волокно по своим свойствам очень похоже на хлопок, так как оба состоят из целлюлозы. Оно обладает высокой гигроскопичностью (впитывает до 40% влаги, что больше, чем у хлопка), мягкостью, хорошей воздухопроницаемостью и приятной на ощупь текстурой. Изделия из вискозы хорошо драпируются и легко окрашиваются в яркие, насыщенные цвета. Главным недостатком является значительная потеря прочности во влажном состоянии (до 50-60%) и высокая сминаемость.

Применение: Вискозу широко используют для производства одежды (платьев, блузок, рубашек), белья, подкладочных тканей. Также из нее делают домашний текстиль (шторы, скатерти), штапельное волокно для смесовых тканей (например, с хлопком или полиэстером), а также нетканые материалы (салфетки). Высокопрочное вискозное волокно (корд) применяется в технических целях, например, для армирования автомобильных шин.

2. Ацетатное волокно (Ацетатный шелк)

Получение: Ацетатное волокно получают не регенерацией, а химической модификацией целлюлозы, превращая ее в сложный эфир — ацетилцеллюлозу.
1. Очищенную целлюлозу (часто из хлопкового пуха) обрабатывают уксусным ангидридом ($(CH_3CO)_2O$) в присутствии катализатора (серной кислоты) и растворителя (уксусной кислоты). Происходит реакция этерификации гидроксильных групп целлюлозы:
$[C_6H_7O_2(OH)_3]_n + 3n(CH_3CO)_2O \to [C_6H_7O_2(OOCCH_3)_3]_n + 3nCH_3COOH$.
2. Полученную ацетилцеллюлозу (триацетат целлюлозы) растворяют в подходящем органическом растворителе (например, в ацетоне или смеси дихлорметана и спирта).
3. Раствор продавливают через фильеры в шахту с теплым воздухом. Растворитель испаряется, и из раствора формируются твердые нити ацетатного волокна (метод сухого формования).

Свойства: Ацетатное волокно внешне очень напоминает натуральный шелк благодаря своему блеску, гладкости и мягкости. Оно легкое и хорошо драпируется. В отличие от вискозы, ацетатное волокно имеет низкую гигроскопичность, поэтому плохо впитывает влагу и быстро сохнет. Оно термопластично: при нагревании размягчается, что позволяет придавать изделиям устойчивую форму (например, плиссе), но при слишком высокой температуре плавится. Недостатками являются невысокая прочность (особенно к истиранию), склонность к накоплению статического электричества и растворимость в ацетоне.

Применение: Благодаря своему шелковистому виду ацетатное волокно используется для пошива нарядной одежды, блузок, платьев, а также в качестве подкладочной ткани. Из него изготавливают предметы домашнего текстиля (декоративные шторы), ленты. Одно из важнейших применений ацетатного волокна — производство сигаретных фильтров.

Ответ:
Волокна — это протяженные гибкие тела, пригодные для изготовления пряжи и текстиля. Искусственные волокна получают из природных полимеров (например, целлюлозы) путем их химической переработки.
Примеры искусственных волокон:
1. Вискозное волокно: получают путем растворения целлюлозы и ее последующей регенерации в кислотной ванне. Свойства: гигроскопичное, мягкое, "дышащее", но непрочное в мокром виде. Применение: одежда, домашний текстиль, нетканые материалы.
2. Ацетатное волокно: получают обработкой целлюлозы уксусным ангидридом (создание сложного эфира). Свойства: похоже на шелк, легкое, быстро сохнет, термопластичное, но не очень прочное. Применение: нарядная одежда, подкладочные ткани, сигаретные фильтры.