POLIMERY: HISTORIA, POLIMERYZACJA, RODZAJE, WŁAŚCIWOŚCI - CHEMIA - 2025

Te polimery są związki molekularne charakteryzujące się wysokiej masie cząsteczkowej (w zakresie od tysięcy do miliona) i składa się z dużej liczby sztuk, zwanych monomerów, które są powtarzane.

Ponieważ mają one cechę bycia dużymi cząsteczkami, gatunki te nazywane są makrocząsteczkami, co nadaje im unikalne cechy, które bardzo różnią się od tych obserwowanych w mniejszych, przypisywanych tylko tego rodzaju substancjom, na przykład ich skłonności do kształtowanie konstrukcji szklanych.

Podobnie, ponieważ należą one do bardzo dużej grupy cząsteczek, zaistniała potrzeba nadania im klasyfikacji, według której dzieli się je na dwa typy: polimery pochodzenia naturalnego, takie jak białka i kwasy nukleinowe; i te wytwarzane z tworzyw sztucznych, takich jak nylon lub lucite (lepiej znane jako pleksiglas).

Uczeni rozpoczęli badania naukowe dotyczące polimerów w latach dwudziestych XX wieku, kiedy z ciekawością i zdumieniem obserwowali, jak zachowują się takie substancje jak drewno czy guma. Dlatego naukowcy tamtych czasów zaczęli analizować te związki tak obecne w życiu codziennym.

Osiągając pewien poziom zrozumienia natury tych gatunków, można było zrozumieć ich strukturę i postęp w tworzeniu makrocząsteczek, które mogłyby ułatwić rozwój i ulepszanie istniejących materiałów, a także produkcję nowych materiałów.

Podobnie wiadomo, że wiele znaczących polimerów zawiera w swojej strukturze atomy azotu lub tlenu, połączone z atomami węgla, tworzące część głównego łańcucha cząsteczki.

W zależności od głównych grup funkcyjnych, które są częścią monomerów, zostaną im nadane ich nazwy; na przykład, jeśli monomer jest utworzony przez ester, powstaje poliester.

Historia polimerów

Do historii polimerów należy podejść, zaczynając od odniesień do pierwszych znanych polimerów.

W ten sposób niektóre materiały pochodzenia naturalnego, które były szeroko stosowane od czasów starożytnych (takie jak celuloza lub skóra), składają się głównie z polimerów.

XIX wiek

Wbrew temu, co mogłoby się wydawać, skład polimerów był nieznany jeszcze kilka wieków temu, kiedy to zaczęto określać, w jaki sposób powstają te substancje, a nawet starali się ustalić metodę sztucznej produkcji.

Po raz pierwszy termin „polimery” został użyty w 1833 r. Dzięki szwedzkiemu chemikowi Jönsowi Jacobowi Berzeliusowi, który użył go w odniesieniu do substancji o charakterze organicznym, które mają ten sam wzór empiryczny, ale mają różne masy molowe.

Ten naukowiec był również odpowiedzialny za tworzenie innych terminów, takich jak „izomer” lub „kataliza”; chociaż należy zauważyć, że w tamtym czasie koncepcja tych wyrażeń była zupełnie inna od tego, co znaczą dzisiaj.

Po kilku eksperymentach, które miały na celu otrzymanie syntetycznych polimerów z transformacji naturalnych form polimerowych, badanie tych związków nabierało większego znaczenia.

Celem tych badań było osiągnięcie optymalizacji znanych już właściwości tych polimerów oraz uzyskanie nowych substancji, które mogłyby spełniać określone cele w różnych dziedzinach nauki.

Dwudziesty wiek

Obserwując, że kauczuk był rozpuszczalny w rozpuszczalniku o charakterze organicznym, a następnie otrzymany roztwór wykazywał niezwykłe właściwości, naukowcy byli zaniepokojeni i nie wiedzieli, jak je wyjaśnić.

Na podstawie tych obserwacji wywnioskowali, że substancje takie jak ta wykazują zupełnie inne zachowanie niż mniejsze cząsteczki, co mogli zaobserwować badając gumę i jej właściwości.

Zauważyli, że badany roztwór miał dużą lepkość, znaczny spadek temperatury krzepnięcia i niewielkie ciśnienie osmotyczne; Z tego można było wywnioskować, że istniało kilka substancji rozpuszczonych o bardzo dużej masie molowej, ale uczeni nie wierzyli w taką możliwość.

Zjawiska te, które przejawiały się również w niektórych substancjach, takich jak żelatyna czy bawełna, skłoniły ówczesnych naukowców do myślenia, że ​​tego typu substancje składają się z agregatów małych jednostek molekularnych, takich jak C ₅ H ₈ czy C _10. H ₁₆ , związany siłami międzycząsteczkowymi.

Chociaż to błędne myślenie utrzymywało się przez kilka lat, definicja, która przetrwała do dziś, została nadana mu przez niemieckiego chemika i laureata Nagrody Nobla w dziedzinie chemii Hermanna Staudingera.

XXI wiek

Obecna definicja tych struktur jako substancji makrocząsteczkowych połączonych wiązaniami kowalencyjnymi została wymyślona w 1920 roku przez Staudingera, który nalegał na wymyślenie i przeprowadzenie eksperymentów, dopóki nie znalazł dowodów na tę teorię w ciągu następnych dziesięciu lat.

Rozpoczął się rozwój tzw. „Chemii polimerów” i od tego czasu budzi ona zainteresowanie jedynie badaczy z całego świata, zaliczając na kartach swojej historii bardzo ważnych naukowców, m.in. Giulio Nattę, Karla Zieglera, Charles Goodyear oprócz innych wymienionych wcześniej.

Obecnie polimeryczne makrocząsteczki są badane w różnych dziedzinach naukowych, takich jak nauka o polimerach czy biofizyka, gdzie badane są substancje powstające w wyniku wiązania monomerów wiązaniami kowalencyjnymi różnymi metodami i celami.

Z pewnością od naturalnych polimerów, takich jak poliizopren, po syntetyczne, takie jak polistyren, są one używane bardzo często, nie umniejszając znaczenia innych gatunków, takich jak silikony, zbudowane z monomerów na bazie krzemu.

Ponadto duża część tych związków pochodzenia naturalnego i syntetycznego składa się z dwóch lub więcej różnych klas monomerów, którym nadano nazwę kopolimerów.

Polimeryzacja

Aby zagłębić się w temat polimerów, musimy zacząć od omówienia pochodzenia słowa polimer, które pochodzi od greckich słów polys, które oznacza „dużo”; i zwykły, który odnosi się do „części” czegoś.

Termin ten jest używany do oznaczania związków molekularnych, które mają strukturę złożoną z wielu powtarzających się jednostek, co powoduje właściwość dużej względnej masy cząsteczkowej i innych ich nieodłącznych cech.

Tak więc jednostki tworzące polimery są oparte na cząsteczkach o stosunkowo małej względnej masie cząsteczkowej.

W tym duchu termin polimeryzacja odnosi się tylko do polimerów syntetycznych, a dokładniej do procesów stosowanych do otrzymywania tego typu makrocząsteczek.

Dlatego polimeryzację można zdefiniować jako reakcję chemiczną, która jest stosowana w połączeniu monomerów (po jednym na raz), aby z nich wytworzyć odpowiednie polimery.

Zatem synteza polimerów przebiega w dwóch głównych typach reakcji: reakcjach addycji i reakcjach kondensacji, które zostaną szczegółowo opisane poniżej.

Polimeryzacja przez reakcje addycji

W tym typie polimeryzacji uczestniczą cząsteczki nienasycone, które mają w swojej strukturze wiązania podwójne lub potrójne, zwłaszcza te typu węgiel-węgiel.

W tych reakcjach monomery ulegają kombinacjom ze sobą bez eliminacji któregokolwiek z ich atomów, gdzie cząsteczki polimeryczne syntetyzowane przez rozerwanie lub otwarcie pierścienia można otrzymać bez generowania eliminacji małych cząsteczek.

Z kinetycznego punktu widzenia tę polimeryzację można postrzegać jako reakcję trzystopniową: inicjację, propagację i zakończenie.

Po pierwsze, rozpoczęcie reakcji stanie, w którym ogrzewanie jest stosowane do cząsteczki uważana za inicjator (oznaczony jako R ₂ ), w celu wygenerowania dwóch rodników, jak następuje:

R ₂ → 2R ∙

Jeśli jako przykład użyjemy produkcji polietylenu, następnym krokiem jest rozmnażanie, w którym utworzony reaktywny rodnik atakuje cząsteczkę etylenu i tworzy się nowy rodnik w następujący sposób:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Ten nowy rodnik jest następnie łączony z inną cząsteczką etylenu i ten proces trwa sukcesywnie aż do połączenia dwóch długołańcuchowych rodników, aby ostatecznie doprowadzić do powstania polietylenu, w reakcji znanej jako terminacja.

Polimeryzacja przez reakcje kondensacji

W przypadku polimeryzacji w reakcjach kondensacji na ogół występuje połączenie dwóch różnych monomerów, oprócz wynikającej z tego eliminacji małej cząsteczki, którą jest na ogół woda.

Podobnie polimery wytwarzane w tych reakcjach często mają heteroatomy, takie jak tlen lub azot, jako część ich szkieletu. Zdarza się również, że powtarzająca się jednostka reprezentująca podstawę jej łańcucha nie ma wszystkich atomów znajdujących się w monomerze, do którego mogłaby zostać zdegradowana.

Z drugiej strony istnieją metody, które zostały opracowane niedawno, wśród których wyróżnia się polimeryzacja plazmowa, której charakterystyka nie zgadza się idealnie z żadnym z opisanych powyżej typów polimeryzacji.

W ten sposób reakcje polimeryzacji pochodzenia syntetycznego, zarówno addycji, jak i kondensacji, mogą zachodzić przy braku lub w obecności rodzaju katalizatora.

Polimeryzacja kondensacyjna jest szeroko stosowana w produkcji wielu związków powszechnie występujących w życiu codziennym, takich jak dakron (lepiej znany jako poliester) czy nylon.

Inne formy polimeryzacji

Oprócz tych metod syntezy sztucznych polimerów istnieje również synteza biologiczna, która definiowana jest jako obszar badań odpowiedzialny za badania biopolimerów, które dzielą się na trzy główne kategorie: polinukleotydy, polipeptydy i polisacharydy.

W organizmach żywych syntezę można przeprowadzić w sposób naturalny, w procesach, które obejmują obecność katalizatorów, takich jak enzym polimerazy, w produkcji polimerów, takich jak kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA).

W innych przypadkach większość enzymów wykorzystywanych w polimeryzacji biochemicznej to białka, które są polimerami powstałymi na bazie aminokwasów i są niezbędne w zdecydowanej większości procesów biologicznych.

Oprócz substancji biopolimerowych otrzymywanych tymi sposobami istnieją inne substancje o dużym znaczeniu handlowym, takie jak wulkanizowany kauczuk, który jest wytwarzany przez ogrzewanie kauczuku naturalnego pochodzenia w obecności siarki.

Tak więc wśród technik stosowanych do syntezy polimerów poprzez chemiczną modyfikację polimerów pochodzenia naturalnego są wykańczanie, sieciowanie i utlenianie.

Rodzaje polimerów

Rodzaje polimerów można klasyfikować według różnych cech; na przykład dzieli się je na tworzywa termoplastyczne, termoutwardzalne lub elastomery zgodnie z ich fizyczną odpowiedzią na ogrzewanie.

Ponadto, w zależności od rodzaju monomerów, z których są utworzone, mogą to być homopolimery lub kopolimery.

Podobnie, w zależności od rodzaju polimeryzacji, w wyniku której są wytwarzane, mogą to być polimery addycyjne lub kondensacyjne.

Podobnie można otrzymać naturalne lub syntetyczne polimery w zależności od ich pochodzenia; lub organiczny lub nieorganiczny w zależności od składu chemicznego.

Nieruchomości

- Jego najbardziej charakterystyczną cechą jest powtarzalna tożsamość jego monomerów jako podstawy jego struktury.

- Jego właściwości elektryczne różnią się w zależności od przeznaczenia.

- Wykazują właściwości mechaniczne, takie jak elastyczność czy odporność na rozciąganie, które określają ich makroskopowe zachowanie.

- Niektóre polimery wykazują ważne właściwości optyczne.

- Mikrostruktura, którą posiadają, wpływa bezpośrednio na ich inne właściwości.

- Właściwości chemiczne polimerów są określane przez atrakcyjne interakcje między tworzącymi je łańcuchami.

- Jego właściwości transportowe są zależne od prędkości ruchu międzycząsteczkowego.

- Zachowanie się jego stanów skupienia jest związane z jego morfologią.

Przykłady polimerów

Wśród dużej liczby istniejących polimerów są:

Polistyren

Stosowany w różnego rodzaju pojemnikach, a także w pojemnikach służących jako izolatory termiczne (do chłodzenia wody lub przechowywania lodu), a nawet w zabawkach.

Politetrafluoroetylen

Lepiej znany jako teflon, jest używany jako izolator elektryczny, również do produkcji wałków i do powlekania przyborów kuchennych.

Chlorek winylu

Używany do produkcji kanałów ściennych, płytek, zabawek i rur, ten polimer jest powszechnie znany jako PVC.

Bibliografia

1. Wikipedia. (sf). Polimer. Odzyskany z en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chemia, wydanie dziewiąte. Meksyk: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (sf). Wprowadzenie do polimerów. Pobrane z chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG i Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, wydanie trzecie. Odzyskany z books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polimer. Pobrane z britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymers: The Origins and Growth of a Science. Odzyskany z books.google.co.ve