Xenlulozơ là một hợp chất hữu cơ thường gặp trong tự nhiên và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bài viết này sẽ trình bày rõ ràng về khái niệm xenlulozơ, các tính chất, nguồn gốc, cùng với những ứng dụng của nó.

1. Khái quát về Xenlulozơ

1.1. Xenlulozơ là gì?

Xenlulozơ, hay cellulose, là một chất rắn dạng sợi, màu trắng, không mùi. Được Anselme Payen phát hiện năm 1838, xenlulozơ hiện nay có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Công thức phân tử của nó là [(C₆H₁₀O₅)ₙ], là một polysaccharide cấu tạo từ các đơn vị β-glucose liên kết với nhau.

Cấu trúc sợi xenlulozơ

1.2. Công thức hóa học

Công thức phân tử của xenlulozơ thường được viết là [(C₆H₁₀O₅)ₙ] hoặc [C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ, với n là một số rất lớn, thể hiện tính chất polymer của nó. Phân tử xenlulozơ là một chuỗi dài, không phân nhánh, tạo thành cấu trúc sợi bền vững nhờ các liên kết hydro giữa các chuỗi.

1.3. Nguồn gốc của Xenlulozơ

Xenlulozơ là thành phần chủ yếu cấu tạo nên thành tế bào của thực vật. Nồng độ xenlulozơ rất lớn trong bông (>95%), đay, gai, tre, nứa (>50%), và gỗ (khoảng 50%). Bên cạnh đó, nó cũng xuất hiện trong rơm, rạ, bã mía, vỏ cây, lau sậy, và nhiều loại khác. Con người không có khả năng tiêu hóa xenlulozơ, nhưng chất này lại đóng vai trò quan trọng như một nguồn chất xơ trong chế độ ăn uống hàng ngày.

Xenlulozơ phong phú trong bông, tre, nứa…

1.4. Phân loại Xenlulozơ

Về mặt hóa học, xenlulozơ thuộc loại polisaccarit, khác với monosaccarit (như glucose) hay các loại phân tử sinh học khác như lipid. Polisaccarit là polymer gồm nhiều đơn vị monosaccarit liên kết với nhau.

1.5. Xenlulozơ triaxetat

Xenlulozơ triaxetat là một dẫn xuất của xenlulozơ, được tạo thành từ phản ứng của xenlulozơ với anhydrit axetic. Công thức hóa học là [C₆H₇O₂(OOCCH₃)₃]ₙ. Chất liệu này được dùng rộng rãi trong sản xuất sợi tổng hợp.

2. Tính chất của Xenlulozơ

2.1. Tính chất vật lý

Xenlulozơ là chất rắn màu trắng, dạng sợi, không mùi, không vị. Độ bền cao nhờ mạng lưới liên kết hydro giữa các chuỗi phân tử. Nó không tan trong nước, nhưng có thể tan trong một số dung môi hữu cơ đặc biệt như dung dịch Schweizer (nước amoniac- đồng(II) hydroxit). Khối lượng mol lớn, mật độ khoảng 1,5 g/cm³, điểm nóng chảy khoảng 260°C.

Một số tính chất vật lý của xenlulozơ

2.2. Tính chất hóa học

• Thủy phân: Xenlulozơ bị thủy phân trong môi trường axit mạnh (như H₂SO₄) tạo ra glucose: (C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆. Đây là phản ứng quan trọng trong quá trình tiêu hóa xenlulozơ ở động vật nhai lại.
• Este hóa: Xenlulozơ phản ứng với axit nitric (HNO₃) trong môi trường axit sunfuric (H₂SO₄) tạo ra xenlulozơ nitrat (thuốc súng không khói): [C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 3nHNO₃ → [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]ₙ + 3nH₂O.
• Axetat hóa: Xenlulozơ phản ứng với anhydrit axetic tạo ra xenlulozơ axetat, dùng làm nguyên liệu sản xuất sợi nhân tạo.
• Oxi hóa: Xenlulozơ bị oxi hóa bởi oxi tạo ra CO₂ và H₂O: [C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ + 6nO₂ → 6nCO₂ + 5nH₂O.

3. Phương pháp điều chế Xenlulozơ

Xenlulozơ được lấy trực tiếp từ nguồn tự nhiên như bông, tre, nứa… Trong công nghiệp, xenlulozơ được tinh chế từ nguyên liệu thực vật bằng phương pháp nấu sulfit, hoặc phương pháp kiềm để tách xenlulozơ khỏi lignin và các tạp chất khác. Quá trình này tạo ra bột giấy, sau đó được tẩy trắng để thu được xenlulozơ tinh khiết.

4. Ứng dụng của Xenlulozơ

Xenlulozơ có nhiều ứng dụng quan trọng:

• Sản xuất giấy: Đây là ứng dụng chính và quan trọng nhất của xenlulozơ.
• Chất xơ trong thực phẩm: Xenlulozơ là chất xơ cần thiết cho hệ tiêu hóa.
• Chất phụ gia thực phẩm: Xenlulozơ được dùng làm chất tạo độ đặc, chất ổn định, chất chống đông vón.
• Sản xuất vải: Xenlulozơ là nguyên liệu sản xuất các loại sợi tự nhiên và sợi nhân tạo (viscose, axetat).
• Chất nổ: Xenlulozơ nitrat là một loại thuốc nổ mạnh.
• Ứng dụng khác: Xenlulozơ được ứng dụng trong sản xuất phim ảnh, bao bì, vật liệu xây dựng,…

Một số ứng dụng đa dạng của xenlulozơ

Xenlulozơ: Định nghĩa, Phân loại và Bài tập minh họa

Bài viết này trình bày khái niệm Xenlulozơ, phân loại và giải một số bài tập liên quan. Xenlulozơ là một polysaccarit, là thành phần chính cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Công thức tổng quát của Xenlulozơ là [C6H7O2(OH)3]n, với n là một số nguyên lớn. Tính chất hóa học quan trọng của Xenlulozơ là phản ứng este hóa với axit nitric tạo thành Xenlulozơ trinitrat (hay còn gọi là thuốc súng không khói).

Bài tập 1: Sản xuất Xenlulozơ trinitrat

Đề bài: Từ 16,2 tấn Xenlulozơ, người ta có thể sản xuất được bao nhiêu tấn Xenlulozơ trinitrat, biết hiệu suất phản ứng là 90%?

Giải:

Phương trình phản ứng:

[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 → [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O

Khối lượng mol của Xenlulozơ (tính theo đơn vị glucozơ): 162 g/mol

Khối lượng mol của Xenlulozơ trinitrat (tính theo đơn vị glucozơ): 297 g/mol

Theo phương trình, 162n gam Xenlulozơ phản ứng tạo ra 297n gam Xenlulozơ trinitrat.

Do đó, 16,2 tấn Xenlulozơ lý thuyết tạo ra (16,2 tấn * 297n / 162n) = 29,7 tấn Xenlulozơ trinitrat.

Vì hiệu suất phản ứng là 90%, khối lượng Xenlulozơ trinitrat thực tế thu được là: 29,7 tấn * 0,9 = 26,73 tấn.

Bài tập 2: Tính lượng axit nitric cần dùng

Đề bài: Để sản xuất 29,7 gam Xenlulozơ trinitrat, cần dùng dung dịch chứa bao nhiêu kg axit nitric, biết hiệu suất phản ứng là 90%?

Giải:

Từ phương trình phản ứng ở bài tập 1:

Số mol Xenlulozơ trinitrat: 29,7 g / 297 g/mol = 0,1 mol (tính theo đơn vị glucozơ)

Số mol HNO3 cần dùng: 0,1 mol * 3 = 0,3 mol

Khối lượng HNO3 cần dùng (lý thuyết): 0,3 mol * 63 g/mol = 18,9 g

Do hiệu suất phản ứng là 90%, khối lượng HNO3 cần dùng thực tế là: 18,9 g / 0,9 = 21 g = 0,021 kg

Bài tập 3: Phân loại Xenlulozơ

Đề bài: Xenlulozơ thuộc loại nào?

A. Polisaccarit

B. Monosaccarit

C. Lipit

Giải:

Đáp án A. Xenlulozơ là một polisaccarit, được cấu tạo từ nhiều đơn vị glucozơ liên kết với nhau.

Bài viết này cung cấp kiến thức cơ bản về Xenlulozơ và minh họa bằng các bài tập. Để tìm hiểu sâu hơn về các phản ứng hóa học và ứng dụng của Xenlulozơ, bạn có thể tham khảo thêm tài liệu chuyên ngành hoặc website hoachatdoanhtin.com.