MONOMERY: CHARAKTERYSTYKA, RODZAJE I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Te monomery są małe lub proste cząsteczki, które tworzą podstawową jednostkę strukturalną lub istotną większą lub złożone cząsteczki zwane polimery. Monomer to słowo pochodzenia greckiego, które oznacza mono, jeden i zwykły, część.

Gdy jeden monomer łączy się z innym, powstaje dimer. Kiedy ten z kolei łączy się z innym monomerem, tworzy trimer i tak dalej, aż do utworzenia krótkich łańcuchów zwanych oligomerami lub dłuższych łańcuchów, zwanych polimerami.

Źródło: Ardonik przez Flickr

Monomery wiążą się lub polimeryzują poprzez tworzenie wiązań chemicznych poprzez dzielenie par elektronów; to znaczy, są one połączone wiązaniami typu kowalencyjnego.

Na powyższym obrazku kostki przedstawiają monomery, które są połączone dwiema ścianami (dwoma wiązaniami), tworząc pochyloną wieżę.

To połączenie monomerów jest znane jako polimeryzacja. Monomery tego samego lub innego typu można łączyć, a liczba wiązań kowalencyjnych, które mogą utworzyć z inną cząsteczką, będzie determinować strukturę tworzonego przez nie polimeru (łańcuchy liniowe, nachylone lub struktury trójwymiarowe).

Cząsteczka polistyrenu. Przykład monomeru (czerwony prostokąt)

Istnieje ogromna różnorodność monomerów, wśród których znajdują się te pochodzenia naturalnego. Należą one do i projektują cząsteczki organiczne zwane biomolekułami, obecne w strukturze istot żywych.

Na przykład aminokwasy tworzące białka; jednostki monosacharydowe węglowodanów; oraz mononukleotydy, które tworzą kwasy nukleinowe. Istnieją również monomery syntetyczne, które umożliwiają wytwarzanie niezliczonej liczby obojętnych produktów polimerowych, takich jak farby i tworzywa sztuczne.

Można wymienić dwa z tysięcy przykładów, które można podać, takie jak tetrafluoroetylen, który tworzy polimer znany jako teflon lub monomery fenol i formaldehyd, które tworzą polimer zwany bakelitem.

Charakterystyka monomeru

Monomery są połączone wiązaniami kowalencyjnymi

Atomy uczestniczące w tworzeniu monomeru są utrzymywane razem przez silne i stabilne wiązania, takie jak wiązanie kowalencyjne. Podobnie, monomery polimeryzują lub wiążą się z innymi cząsteczkami monomerycznymi przez te wiązania, nadając polimerom wytrzymałość i stabilność.

Te wiązania kowalencyjne między monomerami mogą być tworzone w reakcjach chemicznych, które będą zależeć od atomów tworzących monomer, obecności wiązań podwójnych i innych cech, które mają strukturę monomeru.

Proces polimeryzacji można przeprowadzić w jednej z trzech następujących reakcji: przez kondensację, addycję lub wolne rodniki. Każdy z nich ma własne mechanizmy i tryb wzrostu.

Funkcjonalność monomerów i struktura polimeru

Monomer może wiązać się z co najmniej dwoma innymi cząsteczkami monomeru. Ta właściwość lub cecha jest tym, co jest znane jako funkcjonalność monomerów i pozwala im być jednostkami strukturalnymi makrocząsteczek.

Monomery mogą być dwufunkcyjne lub wielofunkcyjne, w zależności od miejsc aktywnych lub reaktywnych monomeru; to znaczy atomów cząsteczki, które mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań kowalencyjnych z atomami innych cząsteczek lub monomerów.

Ta cecha jest również ważna, ponieważ jest ściśle związana ze strukturą tworzących się polimerów, jak opisano szczegółowo poniżej.

Dwufunkcyjność: Liniowy polimer

Monomery są dwufunkcyjne, gdy mają tylko dwa miejsca wiązania z innymi monomerami; to znaczy, monomer może tworzyć tylko dwa wiązania kowalencyjne z innymi monomerami i tworzy tylko polimery liniowe.

Przykłady polimerów liniowych obejmują glikol etylenowy i aminokwasy.

Wielofunkcyjne monomery - trójwymiarowe polimery

Istnieją monomery, które można łączyć z więcej niż dwoma monomerami i stanowią jednostki strukturalne o najwyższej funkcjonalności.

Nazywa się je wielofunkcyjnymi i to te, które wytwarzają rozgałęzione, sieciowe lub trójwymiarowe makrocząsteczki polimerowe; jak na przykład polietylen.

Szkielet lub struktura centralna

Z podwójnym wiązaniem między węglem a węglem

Istnieją monomery, które mają centralny szkielet w swojej strukturze składający się z co najmniej dwóch atomów węgla połączonych wiązaniem podwójnym (C = C).

Z kolei ten łańcuch lub struktura centralna ma boczne związane atomy, które mogą się zmieniać, tworząc inny monomer. (R ₂ C = CR ₂ ).

Jeśli którykolwiek z łańcuchów R jest zmodyfikowany lub podstawiony, otrzymuje się inny monomer. Ponadto, gdy te nowe monomery połączą się, utworzą inny polimer.

Przykładami tej grupy monomerów są propylen (H ₂ C = CH ₃ H), tetrafluoroetylen (F ₂ C = CF ₂ ) i chlorek winylu (H ₂ C = CClH).

Dwie grupy funkcyjne w strukturze

Chociaż istnieją monomery, które mają tylko jedną grupę funkcyjną, istnieje szeroka grupa monomerów, które mają w swojej strukturze dwie grupy funkcyjne.

Aminokwasy są tego dobrym przykładem. Posiadają aminową grupę funkcyjną (-NH ₂ ) i grupę funkcyjną kwasu karboksylowego (-COOH) przyłączoną do centralnego atomu węgla.

Ta cecha bycia monomerem dwufunkcyjnym daje mu również zdolność tworzenia długich łańcuchów polimeru, takich jak obecność podwójnych wiązań.

Grupy funkcjonalne

Na ogół właściwości, które obecne są polimery, są określone przez atomy, które tworzą łańcuchy boczne monomerów. Łańcuchy te tworzą grupy funkcyjne związków organicznych.

Istnieją rodziny związków organicznych, których charakterystykę określają grupy funkcyjne lub łańcuchy boczne. Przykładem jest grupą funkcyjną kwasu karboksylowego R - COOH, aminowa grupa R - NH ₂ , alkohol R - OH, wśród wielu innych, które biorą udział w reakcji polimeryzacji.

Połączenie tych samych lub różnych monomerów

Związek równych monomerów

Monomery mogą tworzyć różne klasy polimerów. Monomery tego samego typu lub tego samego typu można łączyć i generować tak zwane homopolimery.

Jako przykład można wymienić styren, monomer, który tworzy polistyren. Skrobia i celuloza są również przykładami homopolimerów zbudowanych z długich rozgałęzionych łańcuchów monomeru glukozy.

Związek różnych monomerów

Połączenie różnych monomerów tworzy kopolimery. Jednostki są powtarzane w różnej liczbie, kolejności lub kolejności w całej strukturze łańcuchów polimerowych (ABBBAABAA-…).

Jako przykład kopolimerów można wymienić nylon, polimer utworzony przez powtarzające się jednostki dwóch różnych monomerów. Są to kwas dikarboksylowy i cząsteczka diaminy, które są połączone przez kondensację w równomolowych (równych) proporcjach.

Różne monomery można również łączyć w nierównomiernych proporcjach, jak w przypadku tworzenia specjalnego polietylenu, którego podstawową strukturą jest monomer 1-oktenowy plus monomer etylenowy.

Rodzaje monomerów

Istnieje wiele cech, które pozwalają na ustalenie różnych typów monomerów, między innymi ich pochodzenie, funkcjonalność, struktura, rodzaj polimeru, który tworzą, sposób polimeryzacji oraz wiązania kowalencyjne.

Naturalne monomery

-Istnieją monomery pochodzenia naturalnego, takie jak izopren, który jest otrzymywany z soku lub lateksu roślin i który jest jednocześnie monomeryczną strukturą kauczuku naturalnego.

-Niektóre aminokwasy produkowane przez owady tworzą fibroinę lub białko jedwabiu. Istnieją również aminokwasy, które tworzą keratynę polimerową, która jest białkiem wełny wytwarzanym przez zwierzęta, takie jak owce.

-Wśród naturalnych monomerów są również podstawowymi jednostkami strukturalnymi biocząsteczek. Na przykład glukoza monosacharydowa wiąże się z innymi cząsteczkami glukozy, tworząc różne rodzaje węglowodanów, takie jak między innymi skrobia, glikogen, celuloza.

Z drugiej strony aminokwasy mogą tworzyć szeroką gamę polimerów znanych jako białka. Dzieje się tak, ponieważ istnieje dwadzieścia rodzajów aminokwasów, które można łączyć w dowolnej kolejności; i dlatego ostatecznie tworzą jedno lub drugie białko o własnych cechach strukturalnych.

-Mononukleotydy, które tworzą makrocząsteczki zwane odpowiednio kwasami nukleinowymi DNA i RNA, są również bardzo ważnymi monomerami w tej kategorii.

Monomery syntetyczne

- Wśród monomerów sztucznych lub syntetycznych (których jest wiele) możemy wymienić takie, z których wytwarza się różne odmiany tworzyw sztucznych; jak chlorek winylu, który tworzy polichlorek winylu lub PVC; i gazowy etylen (H ₂ C = CH ₂ ) oraz jego polimer polietylenowy.

Powszechnie wiadomo, że z tych materiałów można budować między innymi szeroką gamę pojemników, butelek, artykułów gospodarstwa domowego, zabawek, materiałów budowlanych.

- Stwierdzono, że monomer tetrafluoroetylenowy (F ₂ C = CF ₂ ) tworzy polimer znany w handlu jako teflon.

- Cząsteczka kaprolaktamu pochodząca z toluenu jest niezbędna m.in. do syntezy nylonu.

-Istnieje kilka grup monomerów akrylowych, które są klasyfikowane według składu i funkcji. Należą do nich między innymi akrylamid i metakrylamid, akrylan, akryle z fluorem.

Monomery niepolarne i polarne

Klasyfikację tę przeprowadza się na podstawie różnicy elektroujemności atomów tworzących monomer. W przypadku zauważalnej różnicy powstają polarne monomery; na przykład polarne aminokwasy, takie jak treonina i asparagina.

Gdy różnica elektroujemności wynosi zero, monomery są niepolarne. Istnieją aminokwasy niepolarne, takie jak między innymi tryptofan, alanina, walina; a także niepolarne monomery, takie jak octan winylu.

Monomery cykliczne lub liniowe

W zależności od formy lub organizacji atomów w strukturze monomeru, można je sklasyfikować jako monomery cykliczne, takie jak prolina, tlenek etylenu; liniowe lub alifatyczne, takie jak między innymi aminokwas walina, glikol etylenowy.

Przykłady

Oprócz już wymienionych, istnieją następujące dodatkowe przykłady monomerów:

-Formaldehyd

-Furfural

-Cardanol

-Galaktoza

-Styren

-Alkohol poliwinylowy

-Izopren

-Kwasy tłuszczowe

-Poksydów

-I chociaż ich nie wspomniano, istnieją monomery, których struktury nie są karbonizowane, ale zawierają siarkę, fosfor lub mają atomy krzemu.

Bibliografia

1. Carey F. (2006). Chemia organiczna. (6th ed.). Meksyk: Mc Graw Hill.
2. Redaktorzy Encyclopedia Britannica. (29 kwietnia 2015). Monomer: związek chemiczny. Zaczerpnięte z: britannica.com
3. Mathews, Holde i Ahern. (2002). Biochemistry (3rd ed.). Madryt: PEARSON
4. Polimery i monomery. Odzyskane z: Materialsworldmodules.org
5. Wikipedia. (2018). Monomer. Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org