Номер 3, страница 166 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3*. Охарактеризуйте процесс выделения целлюлозы из древесины.

Охарактеризуйте процесс выделения целлюлозы из древесины.

Процесс выделения целлюлозы из древесины, также известный как варка целлюлозы или делигнификация, представляет собой сложный технологический процесс, целью которого является отделение целлюлозных волокон от других компонентов древесины, в первую очередь от лигнина. Древесина состоит преимущественно из целлюлозы (около 40-50%), лигнина (20-30%) и гемицеллюлоз. Лигнин действует как природный "клей", скрепляющий волокна целлюлозы. Чтобы получить целлюлозу, пригодную для производства бумаги, картона или для химической переработки, лигнин необходимо удалить.

Основной этап процесса — это варка древесной щепы в специальных химических реагентах при высокой температуре и давлении. Существует несколько промышленных методов варки, основными из которых являются сульфитный и сульфатный.

Сульфитный способ

При сульфитном способе древесную щепу обрабатывают водным раствором сернистой кислоты ($H_2SO_3$) и ее солей, называемых гидросульфитами (например, гидросульфит кальция $Ca(HSO_3)_2$, магния $Mg(HSO_3)_2$ или натрия $NaHSO_3$).

• Условия: Процесс протекает в кислой среде при температуре 130-150 °C и повышенном давлении в течение нескольких часов.
• Химизм: Лигнин вступает в реакцию сульфирования, в результате чего образуются растворимые в воде соединения — лигносульфонаты. Эти соединения затем легко вымываются из целлюлозной массы.
• Продукт: Получается светлая, легко отбеливаемая целлюлоза, которая хорошо подходит для производства бумаги высшего качества. Однако этот метод чувствителен к породам древесины (особенно к смолистым, как сосна) и имеет более сложную систему регенерации химикатов.

Сульфатный (крафт) способ

Это наиболее распространенный в мире метод получения целлюлозы. Название "крафт-процесс" происходит от немецкого слова Kraft, что означает "сила", так как получаемая целлюлоза отличается высокой механической прочностью.

• Условия: В качестве варочного реагента используется щелочной раствор, называемый "белым щелоком", который содержит гидроксид натрия ($NaOH$) и сульфид натрия ($Na_2S$). Варка проводится при температуре 160-175 °C и высоком давлении.
• Химизм: Щелочная среда эффективно разрушает молекулы лигнина и гемицеллюлоз, переводя их в растворимую форму. Сульфид натрия играет ключевую роль, ускоряя расщепление лигнина и защищая целлюлозу от разрушения (деградации) в жестких щелочных условиях.
• Продукт: Крафт-целлюлоза имеет темный цвет (из-за чего требует интенсивной отбелки), но обладает превосходной прочностью. Метод универсален и подходит для всех пород древесины. Он также характеризуется высокоэффективной системой регенерации варочных химикатов, что делает его экономически выгодным. Главный недостаток — выделение дурнопахнущих сернистых соединений (меркаптанов).

Дальнейшая обработка

После варки полученная техническая целлюлоза (целлюлозная масса) проходит несколько стадий очистки:

1. Промывка: Тщательное промывание массы водой для удаления растворенного лигнина и остатков варочных химикатов.
2. Сортировка и очистка: Удаление из массы непроварившихся частиц древесины, сучков, песка и других посторонних включений.
3. Отбелка: Если требуется белая целлюлоза (например, для писчей бумаги), ее отбеливают. Процесс отбелки направлен на удаление остаточного лигнина. Современные экологичные методы (ECF — без элементарного хлора, TCF — полностью без хлора) используют такие реагенты, как диоксид хлора ($ClO_2$), кислород ($O_2$), пероксид водорода ($H_2O_2$) и озон ($O_3$).

В результате получается конечный продукт — товарная целлюлоза в виде листов или рулонов, готовая для производства бумаги или дальнейшей химической переработки.

Ответ: Процесс выделения целлюлозы из древесины заключается в химической обработке (варке) древесной щепы для растворения и удаления лигнина и гемицеллюлоз. Основными промышленными методами являются сульфитный (с использованием кислого раствора гидросульфитов) и сульфатный (крафт-процесс, с использованием щелочного раствора гидроксида и сульфида натрия). Крафт-процесс является доминирующим благодаря своей универсальности и получению прочных волокон. После варки целлюлозную массу промывают, очищают и при необходимости отбеливают для получения товарной целлюлозы — сырья для бумажной и химической промышленности.