Co cię nie wyżywi, to cię ubierze

Jest taki polimer, który rano znalazł się w moim brzuchu razem z owsianką. To głównie z niego składa się moja bielizna (oczywiście jeśli wierzyć deklaracjom producenta). Zrobiłam na nim listę zakupów, „spogląda” na mnie też ze skórek od arbuza, którego przed chwilą zjadłam, a pod wdzięczną nazwą E460 mogę go znaleźć w tabletce na ból głowy.

Czytaj dalej

nauki przyrodnicze

o co chodzi?

Pamiętam moment, kiedy jako dziecko dowiedziałam się, że cała materia wokół składa się z atomów. Pamiętam, jak zachwycałam się za każdym razem, gdy uświadamiałam sobie, że powietrze składa się z atomów, stół składa się z atomów, woda z kranu składa się z atomów, moje zabawki to atomy, kot – atomy, mama – atomy, ja – atomy… Słowem: wszystko składa się z atomów. Wow! 

Z perspektywy czasu to coś oczywistego, ale jednocześnie coś, o czym nie myśli się na co dzień. Do dziś lubię świadomie podumać o takich oczywistych sprawach i pozwolić, żeby mnie na nowo zachwyciły. Niestety dziś towarzyszą temu zdecydowanie mniejsze emocje niż te, których doświadczała mała Monika. Niezmiernie tego żałuję, ale i tak, mimo wszystko, staram się pielęgnować w sobie tę dziecięcą zdolność do zachwycania się tym, jak zbudowany jest świat.


Majtki z E460

Chcę dziś opowiedzieć o jednej z tych (pewnie dla niektórych) oczywistości. Zachwycających oczywistości. Jest taki polimer, który rano znalazł się w moim brzuchu razem z owsianką. To głównie z niego składa się moja bielizna (oczywiście jeśli wierzyć deklaracjom producenta). Zrobiłam na nim listę zakupów, „spogląda” na mnie też ze skórek od arbuza, którego przed chwilą zjadłam, a pod wdzięczną nazwą E460 mogę go znaleźć w tabletce na ból głowy. Mogłabym tak wymieniać jeszcze naprawdę długo. 

Nie chodzi mi o polimer stworzony ręką ludzką, ale o występujący zupełnie naturalnie i to w trudnych do wyobrażenia ilościach. Celuloza, bo oczywiście o niej mowa, występuje w zasadzie wszędzie. Ponad połowa (!) atomów węgla w roślinach zawarta jest w celulozie. Stanowi 90% masy bawełny i 50% masy drewna (Martin i in., 1996; Klemm i in., 2005). Każda komórka roślinna ją zawiera (a dokładnie: stanowi rodzaj rusztowania dla roślinnej ściany komórkowej). Każda. Oznacza to, że jest we wszystkich liściach, źdźbłach, gałęziach, owocach, kwiatach, nasionach czy korzeniach. 


Dużo słodyczy to brak słodyczy

Jak każdy polimer, również celuloza składa się z tzw. merów, czyli takich cegiełek budujących jej bardzo dużą cząsteczkę (przedrostek poli- oznacza, że jest ich wiele). W przypadku celulozy te cegiełki to połączone jedna z drugą (mówimy liniowo) cząsteczki glukozy (a skrupulatny chemik powie: reszty D-glukozy). Co ciekawe, sama glukoza różni się od celulozy, którą buduje w sposób diametralny. Glukoza jest słodkim proszkiem (przypominającym zawartość naszych cukiernic), który z łatwością rozpuszcza się w wodzie. Ale jeśli tylko połączymy jej cząsteczki w długie łańcuchy, powstanie wielocukier (polisacharyd), który ani nie jest rozpuszczalny w wodzie, ani nie jest słodki. Przez długie łańcuchy mam na myśli takie, które składają się z od kilkuset do nawet kilkunastu tysięcy reszt glukozy. Taka budowa cząsteczki celulozy sprawia, że tworzy ona włókna tak wytrzymałe, iż jesteśmy w stanie utkać właściwie z nich samych bawełniany T-shirt… choć nie wynika to z cech pojedynczych molekuł polimeru.

Fragment łańcucha celulozy (Mills, 2009).


W kupie siła

Skąd więc się bierze ta wytrzymałość celulozy? Ano stąd, że te długie liniowe cząsteczki nie występują pojedynczo. Układają się równolegle jedna obok drugiej, tworząc tzw. micele, które z kolei łączą się w mikrofibryle, przypominające pęk przewodów w kablu. A to, co nie pozwala im się z tego pęku zbyt łatwo oderwać, to oddziaływania między poszczególnymi cząsteczkami. Konkretnie wiązania wodorowe. 

Na lekcjach chemii w szkole uczymy się, że występują wiązania jonowe i kowalencyjne (spolaryzowane oraz niespolaryzowane). Kropka. Tyle tylko, że, jak to często bywa, rzeczywistość często nie pasuje do podręcznikowych, szkolnych wykładni. Prawdziwy świat jest dużo, dużo, dużo (serio DUŻO!) bardziej skomplikowany i różnorodny. Na szczęście! Nie inaczej jest z oddziaływaniami między atomami i cząsteczkami (ale to chyba temat na inną okazję). 

Wróćmy do celulozy. W jej cząsteczkach można wyróżnić tak zwane grupy hydroksylowe (-OH, wskazałam je na schemacie powyżej). Mają one tę ciekawą właściwość, że mają nierówno rozłożony ładunek elektryczny – część jest bardziej „ujemna”, a część bardziej „dodatnia”. Sam ten fakt nie jest jakiś niezwykły, ale w przypadku takich fragmentów molekuł mamy jeszcze sytuację, w której one do siebie pasują. Co mam na myśli? Ujemnie naładowany fragment jednej grupy hydroksylowej będzie przyciągał dodatnio naładowany fragment drugiej i odwrotnie, dzięki czemu cząsteczki celulozy będą się delikatnie do siebie „kleiły”… i choć pojedyncze wiązanie wodorowe jest raczej słabe, to już ich tysiące (jak to ma miejsce w celulozie) mogą stanowić silne spoiwo dla takich „pęczków” molekuł.


Jeśli coś jest do wszystkiego… to czasem faktycznie jest do wszystkiego

To dzięki takiej, a nie innej strukturze włókien celulozy tak chętnie stosujemy ją w różnych dziedzinach naszego życia. Jest głównym (czasem jedynym) składnikiem papieru – toaletowego, książek i zeszytów oraz… tekturowych łóżek olimpijczyków w Tokio. 

Jest tym polimerem, którego używamy zewnętrznie i wewnętrznie. W naszych szafach znajdują się nie tylko bawełniane i lniane ubrania. Jeszcze więcej jest tam celulozowych tkanin, bo przecież wiskoza, lyocell czy modal to nic innego, jak materiały powstające poprzez obróbkę włókien celulozy. W tej wyliczance nie powinniśmy ograniczać się tylko do tekstyliów. Są jeszcze kosmetyki. Samą celulozę, najczęściej w formie mikrokryształów (czyli, w uproszczeniu, bardzo rozdrobnionych włókien), jak i jej pochodne możemy odnaleźć w maseczkach, kremach czy pastach do zębów. Wykorzystujemy ją głównie ze względu na to, że bardzo dobrze chłonie wodę, tworząc przy tym żel. 

Mogę się też założyć, że kiedy zajrzysz do swojej domowej apteczki, również znajdziesz celulozę mikrokrystaliczną, Stanowi bowiem często składnik tabletek – jest wypełniaczem. Celuloza pełni funkcję wypełniacza także w innych okolicznościach… Jeśli zjadasz przynajmniej trochę owoców i warzyw, celuloza nadaje objętości twojej kupie. Wynika to z bardzo prostego faktu – my ludzie nie jesteśmy w stanie poradzić sobie z jej trawieniem. Oznacza to, że nie produkujemy celulaz – enzymów, które mogłyby poszatkować łańcuch polimerowy na pojedyncze, łatwo przyswajalne cząsteczki glukozy. Celuloza jest więc składnikiem tego pożądanego w diecie włókna pokarmowego, bez którego pobyt w toalecie mógłby stanowić dużą trudność.



Opublikowano w dziale nauki przyrodnicze dnia 26 lis 2021

Podobał Ci się ten artykuł?
Żródła

Martin, D.W., Solomon, E.P., Berg, J.M., Villee, C.A. (1996) Biologia. Warszawa: Multico Oficyna Wydawnicza.

Klemm, D., Heublein, B., Fink, H.-P., Bohn, A. (2005) Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material. Angewandte Chemie International Edition, 44(22), 3358–3393.

Mills, B. (2009)  Praca własna. Domena publiczna. Pobrano z: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cellulose-Ibeta-from-xtal-2002-3D-balls.png 

Zdjęcie: Qspheroid4 - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47311888