Polymerer: Historie, Polymerisering, Typer, Egenskaper og Eksempler

Polymerer er molekylære forbindelser som er karakterisert ved å ha en høy molar masse (fra tusenvis til millioner) og består av et stort antall enheter, kalt monomerer, som gjentas.

Fordi de har karakteristikken ved å være store molekyler, kalles disse artene makromolekyler, noe som gir dem unike kvaliteter og svært forskjellige fra de som observeres i de mindre, bare som følge av denne typen stoffer, som tilbøyelighet de har for samsvar glass strukturer.

På samme måte, siden de tilhører en meget stor gruppe molekyler, oppsto behovet for å gi dem en klassifisering, og de er derfor delt inn i to typer: polymerer av naturlig opprinnelse, som proteiner og nukleinsyrer; og de av syntetisk fremstilling, som nylon eller lucit (bedre kjent som pleksiglass).

De lærde begynte undersøkelsene av vitenskapen som eksisterer bak polymerer i 1920-årene, da de observert med nysgjerrighet og forvirring hvordan noen stoffer oppfører seg som tre eller gummi. Så viet de tidlige forskerne seg til å analysere disse forbindelsene så presentert i hverdagen.

Ved å nå et visst forståelsesnivå for arten av disse artene, kunne vi forstå strukturen og fremskritt i etableringen av makromolekyler som kunne legge til rette for utvikling og forbedring av eksisterende materialer, samt produksjon av nye materialer.

På samme måte er det kjent at mange signifikante polymerer inneholder i deres struktur nitrogen eller oksygenatomer, festet til karbonatomer, som danner en del av hovedkjeden av molekylet.

Avhengig av de viktigste funksjonelle gruppene som er en del av monomerene, vil de bli navngitt; for eksempel hvis monomeren dannes av en ester, fremstilles en polyester.

Historie av polymerer

Historien om polymerer må tas opp fra og med

På denne måten er visse materialer av naturlig opprinnelse som har vært mye brukt siden oldtiden (som cellulose eller lær) hovedsakelig bestående av polymerer.

1800-tallet

I motsetning til hva man kunne tro, var sammensetningen av polymerer ukjent for å avdekke til for noen hundre år siden, da de begynte å bestemme hvordan disse stoffene ble dannet, og til og med søkt å etablere noen metode for å oppnå kunstig produksjon.

Første gang begrepet "polymerer" ble brukt var i år 1833, takket være den svenske kjemikeren Jöns Jacob Berzelius, som brukte den til å referere til stoffer av organisk natur som har samme empiriske formel, men har forskjellige molarmasser.

Denne forskeren hadde også ansvaret for å samle andre begreper, som "isomer" eller "katalyse"; Selv om det er bemerkelsesverdig at konseptet med disse uttrykkene på den tiden var helt forskjellig fra hva de mener i dag.

Etter noen eksperimenter for å oppnå syntetiske polymerer fra transformasjonen av naturlige polymere arter ble studien av disse forbindelsene blitt mer relevant.

Formålet med disse undersøkelsene var å oppnå optimalisering av egenskapene som allerede er kjent for disse polymerene og oppnåelse av nye substanser som kunne oppfylle bestemte formål i forskjellige områder av vitenskapen.

20. århundre

Når man observerte at gummien var løselig i et løsningsmiddel av organisk natur, og da den resulterende løsningen viste noen uvanlige egenskaper, ble forskerne forstyrret og visste ikke hvordan de skulle forklare dem.

Gjennom disse observasjonene utledde de at stoffer som dette utviser en oppførsel som er svært forskjellig fra de mindre molekylene, som de kunne merke mens de studerte gummien og dens egenskaper.

De bemerket at løsningen som studeres hadde høy viskositet, en signifikant reduksjon i frysepunktet og et osmotisk trykk av liten størrelse; fra dette kunne det utledes at det var flere oppløsninger av svært høy molar masse, men lærerne nektet å tro på denne muligheten.

Disse fenomenene, som også ble manifestert i visse stoffer som gelatin eller bomull, førte til at forskere av tiden syntes at denne typen stoffer var sammensatt av aggregater av små molekylære enheter, som C ₅ H ₈ eller C ₁₀ H ₁₆, forbundet med intermolekylære krefter.

Selv om denne feilaktige tanken var igjen i noen år, var den definisjonen som fortsetter til dags dato, den som ble gitt av den tyske kjemikeren og vinneren av Nobelprisen i kjemi, Hermann Staudinger.

21. århundre

Den nåværende definisjonen av disse strukturer som makromolekylære stoffer knyttet til kovalente bindinger ble laget i 1920 av Staudinger, som insisterte på å utarbeide og gjennomføre eksperimenter inntil man fant bevis på denne teorien i løpet av de neste ti årene.

Utviklingen av den såkalte "polymerkjemien" begynte, og siden da har den bare fanget interesse for forskere rundt om i verden, og regner blant sidene i sin historie av svært viktige forskere, blant annet som Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, blant annet, i tillegg til de tidligere nevnte.

I dag studeres polymere makromolekyler i forskjellige vitenskapelige områder, som for eksempel polymervitenskap eller biofysikk, hvor de resulterende stoffene av bindende monomerer gjennom kovalente bindinger med forskjellige metoder og formål blir undersøkt.

Sikkert, fra naturlige polymerer som polyisopren til de av syntetisk opprinnelse, så som polystyren, blir de brukt svært ofte uten å forringe andre arter som silikoner, bestående av monomerer basert på silisium.

Også mange av disse forbindelsene av naturlig og syntetisk opprinnelse består av to eller flere forskjellige klasser av monomerer, disse polymere artene har blitt gitt navnet på kopolymerer.

polymerisasjon

For å dykke inn i problemet med polymerer må vi begynne å snakke om opprinnelsen til ordet polymer, som kommer fra den greske polys, som betyr "mye"; og bare, som refererer til "deler" av noe.

Denne termen brukes til å betegne molekylære forbindelser som har en struktur bestående av mange repeterende enheter, dette medfører egenskapen til en høy relativ molekylmasse og andre inneboende egenskaper av disse.

Dermed er enhetene som utgjør polymerene, basert på molekylære arter som har en relativ molekylmasse av liten størrelse.

I denne rekkefølgen av ideer gjelder uttrykket polymerisering kun for syntetiske polymerer, mer spesifikt til prosessene som anvendes for å oppnå denne type makromolekyler.

Derfor kan polymerisering defineres som den kjemiske reaksjonen som brukes i kombinasjonen av monomerer (en om gangen) for å fremstille de tilsvarende polymerer fra dem.

På denne måten utføres polymersyntese gjennom to typer hovedreaksjoner: addisjonsreaksjoner og kondensasjonsreaksjoner, som vil bli beskrevet i detalj nedenfor.

Polymerisering ved tilleggsreaksjoner

Denne typen polymerisering har deltakelse av umettede molekyler som har dobbelt- eller trippelbindinger i deres struktur, spesielt karbon-karbon.

I disse reaksjonene gjennomgår monomerene kombinasjoner med hverandre uten eliminering av noen av deres atomer, hvor de polymere arter syntetisert ved å bryte eller åpne ringen kan oppnås uten å generere eliminering av små molekyler.

Fra kinetisk synspunkt kan denne polymeriseringen ses som en tre-trinns reaksjon: initiering, forplantning og avslutning.

I første omgang oppstår reaksjonens start, hvor oppvarming påføres et molekyl betraktet som en initiator (betegnet som R2) for å generere to radikale arter på følgende måte:

R ₂ → 2R ∙

Hvis produksjonen av polyetylen blir brukt som et eksempel, er neste trinn forplantning, hvor det reaktive radikal formet nærmer seg et etylenmolekyl og en ny radikalart dannes som følger:

R ∙ + CH2 = CH2 → R-CH2-CH2 ∙

Dette nye radikalet blir deretter kombinert med et annet etylenmolekyl, og denne prosessen fortsetter suksessivt til kombinasjonen av to langkjedede radikaler for endelig å oppnå polyetylen i reaksjonen kjent som terminering.

Polymerisering ved kondensasjonsreaksjoner

Når det gjelder polymerisering ved kondensasjonsreaksjoner, skjer kombinasjonen av to forskjellige monomerer vanligvis, i tillegg til den resulterende eliminering av et lite molekyl, som vanligvis er vann.

På lignende måte har polymerer fremstilt av disse reaksjonene ofte heteroatomer, slik som oksygen eller nitrogen, som danner en del av deres hovedstruktur. Det skjer også at den repeterende enheten som representerer basen av sin kjede, ikke har totaliteten av atomene som er i monomeren som den kunne nedbrytes.

På den annen side er det metoder som har blitt utviklet for nylig, blant hvilke plasmapolymerisasjonen skiller seg ut, hvis egenskaper ikke stemmer helt overens med noen av polymeriseringstypene som er forklart ovenfor.

På denne måten kan polymerisasjonsreaksjoner av syntetisk opprinnelse, både tilsetning og kondensasjon, forekomme i fravær eller i nærvær av en katalysatorart.

Kondensasjonspolymerisering er mye brukt i fremstillingen av mange forbindelser som ofte er til stede i det daglige liv, slik som dacron (bedre kjent som polyester) eller nylon.

Andre former for polymerisering

I tillegg til disse syntesemetoder av kunstige polymerer er det også biologisk syntese, som er definert som studieområdet som er ansvarlig for undersøkelsen av biopolymerer, som er delt inn i tre hovedkategorier: polynukleotider, polypeptider og polysakkarider.

I levende organismer kan syntese utføres naturlig, gjennom prosesser som involverer tilstedeværelse av katalysatorer, slik som polymeraseenzymet i fremstilling av polymerer som deoksyribonukleinsyre (DNA).

I andre tilfeller er de fleste enzymer som brukes i biokjemisk polymerisering proteiner, som er polymerer dannet på grunnlag av aminosyrer, og som er uunnværlige i de aller fleste biologiske prosesser.

I tillegg til de biopolymeriske substansene som oppnås ved disse metodene, er det andre som har stor relevans på kommersielt nivå, slik som vulkanisert gummi som produseres ved oppvarming av gummi av naturlig opprinnelse i nærvær av svovel.

Så, blant de teknikker som brukes til den polymere syntese gjennom kjemisk modifisering av polymerer av naturlig opprinnelse, er etterbehandling, tverrbinding og oksidasjon.

Typer av polymerer

Typer av polymerer kan klassifiseres i henhold til forskjellige egenskaper; for eksempel klassifiseres de i termoplast, termofilter eller elastomerer i henhold til deres fysiske reaksjon på oppvarming.

I tillegg, avhengig av typen av monomerer hvorfra de dannes, kan de være homopolymerer eller kopolymerer.

På samme måte, i henhold til hvilken polymerisering de produseres, kan de være addisjon eller kondensasjonspolymerer.

Også naturlige eller syntetiske polymerer kan oppnås avhengig av opprinnelsen derav; eller organisk eller uorganisk, avhengig av dets kjemiske sammensetning.

egenskaper

- Den mest bemerkelsesverdige funksjonen er den repeterende identiteten til sine monomerer som grunnlag for dens struktur.

- Dens elektriske egenskaper varierer etter hensikten.

- De har mekaniske egenskaper som elastisitet eller motstand mot trekkraft, som definerer deres makroskopiske oppførsel.

- Noen polymerer har viktige optiske egenskaper.

- Mikrostrukturen de har direkte påvirker deres andre egenskaper.

- De kjemiske egenskapene til polymerene bestemmes av de attraktive interaksjonene mellom kjedene som danner dem.

- Transportegenskapene er relatert til hastigheten på intermolekylær bevegelse.

- Oppførselen til aggregeringstilstandene er knyttet til dens morfologi.

Eksempler på polymerer

Blant det store antall polymerer som finnes, er følgende:

polystyren

Brukes i beholdere av forskjellige typer, så vel som i beholdere som brukes som termiske isolatorer (for å kjøle vann eller lagre is) og til og med i leker.