POLIMERI: POVIJEST, POLIMERIZACIJA, VRSTE, SVOJSTVA - KEMIJA - 2025

A polimeri su molekularni spojevi karakterizirani ima visoku molarne mase (u rasponu od tisuća do milijuna), a sastoje se od velikog broja jedinica, nazvanih monomera, koji se ponavljaju.

Budući da imaju svojstvo da su velike molekule, ove se vrste nazivaju makromolekulama, što im daje jedinstvene osobine koje su vrlo različite od onih koje se opažaju u manjim, pripisuju se samo ovoj vrsti tvari, kao što je sklonost za oblikovanje staklenih konstrukcija.

Na isti način, budući da pripadaju vrlo brojnoj grupi molekula, pojavila se potreba da im se odobri klasifikacija, zbog čega su podijeljeni u dvije vrste: polimeri prirodnog podrijetla, poput proteina i nukleinskih kiselina; i one sintetske proizvodnje, kao što su najlon ili lucit (poznatiji kao pleksiglas).

Znanstvenici su započeli svoje istraživanje znanosti koja stoji iza polimera u 1920-ima, kada su sa znatiželjom i čuđenjem promatrali kako se ponašaju tvari poput drveta ili gume. Tada su znanstvenici počeli analizirati ove spojeve tako prisutne u svakodnevnom životu.

Dostigavanjem određene razine razumijevanja prirode ovih vrsta bilo je moguće razumjeti njihovu strukturu i napredovati u stvaranju makromolekula koje bi mogle olakšati razvoj i poboljšanje postojećih materijala, kao i proizvodnju novih materijala.

Isto tako, poznato je da brojni značajni polimeri sadrže atome dušika ili kisika u svojoj strukturi, povezane s atomima ugljika, koji su dio glavnog lanca molekule.

Ovisno o glavnim funkcionalnim skupinama koje su dio monomera, dat će im svoja imena; na primjer, ako je monomer stvoren od estera, stvara se poliester.

Povijest polimera

Povijest polimera mora se pristupiti počevši s referencama na prve poznate polimere.

Na taj se način određeni materijali prirodnog podrijetla, koji se široko koriste od davnina (poput celuloze ili kože), uglavnom sastoje od polimera.

XIX stoljeće

Suprotno onome što bi se moglo pomisliti, sastav polimera bio je nepoznat sve do prije par stoljeća, kada se počelo utvrđivati ​​kako se te tvari formiraju, pa su čak i nastojali uspostaviti metodu za postizanje umjetne proizvodnje.

Prvi put kada se izraz "polimeri" koristio 1833. godine, zahvaljujući švedskom kemičaru Jönsu Jacobu Berzeliusu, koji ga je upotrijebio za označavanje tvari organske prirode koje imaju istu empirijsku formulu, ali imaju različite molarne mase.

Ovaj je znanstvenik bio zadužen i za navođenje drugih izraza, poput "izomera" ili "katalize"; iako treba napomenuti da je u to vrijeme koncept ovih izraza bio potpuno različit od onoga što oni danas znače.

Nakon nekih eksperimenata za dobivanje sintetičkih polimera iz transformacije prirodnih polimernih vrsta, ispitivanje ovih spojeva dobiva veću važnost.

Svrha ovih istraživanja bila je postizanje optimizacije već poznatih svojstava ovih polimera i dobivanje novih tvari koje bi mogle ispuniti specifične svrhe u različitim područjima znanosti.

Dvadeseto stoljeće

Primjećujući da je guma topiva u otapalu organske prirode i tada je rezultirajuća otopina pokazala neke neobične karakteristike, znanstvenici su bili zabrinuti i nisu ih znali objasniti.

Kroz ova promatranja zaključili su da tvari poput ove pokazuju sasvim drugačije ponašanje od manjih molekula, kao što su bili u stanju primijetiti dok su proučavali gumu i njena svojstva.

Primijetili su da ispitivana otopina ima visoku viskoznost, značajno smanjenje točke smrzavanja i mali osmotski tlak; Iz ovoga bi se moglo zaključiti da je bilo nekoliko topila vrlo visoke molarne mase, ali znanstvenici su odbili vjerovati u tu mogućnost.

Te pojave, koji se također očituje u nekim tvarima, kao što su želatina ili pamuka, izrađeni znanstvenici vremena da ove vrste tvari se sastoji od agregata malih molekularnih jedinica, kao što su C ₅ H ₈ ili C ₁₀ H ₁₆, vezane intermolekularnim silama.

Iako je to pogrešno razmišljanje ostalo još nekoliko godina, definicija koja traje do danas bila je ta koju je dao njemački kemičar i dobitnik Nobelove nagrade za kemiju Hermann Staudinger.

XXI stoljeće

Trenutačnu definiciju tih struktura kao makromolekularnih tvari povezanih kovalentnim vezama skovao je 1920. Staudinger, koji je inzistirao na osmišljavanju i provođenju eksperimenata dok nije pronašao dokaze za tu teoriju u sljedećih deset godina.

Razvoj takozvane „polimerne kemije“ počeo je i od tada je tek privukao interes istraživača širom svijeta, računajući među stranicama svoje povijesti vrlo važne znanstvenike, uključujući Giulio Natta, Karla Zieglera, Charles Goodyear, između ostalih, pored onih prethodno imenovanih.

Trenutno se polimerne makromolekule proučavaju u različitim znanstvenim područjima, poput polimerne znanosti ili biofizike, gdje se istražuju tvari nastale vezanjem monomera preko kovalentnih veza različitim metodama i svrhama.

Dakako, od prirodnih polimera poput polisizoprena do onih sintetskog podrijetla kao što je polistiren, oni se koriste vrlo često, a da ne umanjuju važnost drugih vrsta poput silikona, sastavljenih od monomera na bazi silicija.

Također, veliki dio ovih spojeva prirodnog i sintetskog podrijetla čine dvije ili više različitih klasa monomera, te su polimerne vrste dobile ime kopolimeri.

Polimerizacija

Da bismo se ukopali na temu polimera, moramo započeti razgovorom o podrijetlu riječi polimer, koja dolazi od grčkih termina polys, što znači "puno"; i puko, što se odnosi na "dijelove" nečega.

Izraz se koristi za označavanje molekularnih spojeva koji imaju strukturu sastavljenu od mnogih ponavljajućih jedinica, što uzrokuje svojstvo visoke relativne molekulske mase i drugih njihovih svojstvenih karakteristika.

Dakle, jedinice koje čine polimere temelje se na molekularnim vrstama koje imaju relativno malu relativnu molekulsku masu.

U ovom smislu, termin polimerizacije odnosi se samo na sintetičke polimere, točnije na postupke koji se koriste za dobivanje ove vrste makromolekula.

Stoga se polimerizacija može definirati kao kemijska reakcija koja se koristi u kombinaciji monomera (jedan po jedan), da bi se iz njih dobilo odgovarajuće polimere.

Stoga se sinteza polimera provodi kroz dvije glavne vrste reakcija: adicijske reakcije i kondenzacijske reakcije, koje će biti detaljno opisane u nastavku.

Polimerizacija reakcijama dodavanja

Ova vrsta polimerizacije sudjeluje nezasićenim molekulama koje u svojoj strukturi imaju dvostruke ili trostruke veze, posebno one ugljik-ugljik.

U tim reakcijama, monomeri prolaze kombinacije jedni s drugima bez uklanjanja bilo kojeg od njihovih atoma, pri čemu se polimerne vrste sintetizirane razbijanjem ili otvaranjem prstena mogu dobiti bez stvaranja eliminacije malih molekula.

Sa kinetičkog gledišta, ova polimerizacija može se promatrati kao reakcija u tri koraka: inicijacija, širenje i prestanak.

Prvo, pokretanje reakcije nastaje u kojem se primjenjuje grijanje na molekulu smatrati kao inicijatora (označenom kao R ₂) za generiranje dva radikale kao što slijedi:

R ₂ → 2R ∙

Ako se kao primjer koristi proizvodnja polietilena, sljedeći korak je širenje, gdje se reaktivni radikal dovodi u vezu s molekulom etilena i stvara se nova radikalna vrsta na sljedeći način:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ CH ₂ ∙

Ovaj novi radikal naknadno se kombinira s drugom molekulom etilena, i taj se postupak nastavlja uzastopce sve dok kombinacija dva dugolančana radikala konačno ne stvori polietilen, u reakciji poznatoj kao prekid.

Polimerizacija reakcijama kondenzacije

U slučaju polimerizacije putem kondenzacijskih reakcija, općenito dolazi do kombinacije dva različita monomera, kao posljedica uklanjanja male molekule, koja je obično voda.

Slično tome, polimeri dobiveni tim reakcijama često imaju heteroatome, poput kisika ili dušika, kao dio svoje kralježnice. Također se događa da jedinica koja se ponavlja, koja predstavlja bazu njenog lanca, nema sve atome koji se nalaze u monomeru na koji bi se mogao razgraditi.

S druge strane, postoje metode koje su u novije vrijeme razvijene, među kojima se ističe polimerizacija plazme, čije se karakteristike ne slažu u potpunosti s bilo kojom od navedenih vrsta polimerizacije.

Na taj način, reakcije polimerizacije sintetskog podrijetla, i one adicijske i kondenzacijske, mogu se dogoditi u odsutnosti ili u prisustvu vrsta katalizatora.

Kondenzacijska polimerizacija naširoko se koristi u proizvodnji mnogih spojeva koji se često nalaze u svakodnevnom životu, poput dakrona (poznatijeg kao poliester) ili najlona.

Ostali oblici polimerizacije

Uz ove metode umjetne sinteze polimera, postoji i biološka sinteza, koja je definirana kao područje istraživanja koje je odgovorno za istraživanje biopolimera, a koji su podijeljeni u tri glavne kategorije: polinukleotidi, polipeptidi i polisaharidi.

U živim organizmima sinteza se može provesti prirodnim putem, procesima koji uključuju prisutnost katalizatora kao što je enzim polimeraza u proizvodnji polimera, poput deoksiribonukleinske kiseline (DNA).

U drugim slučajevima, većina enzima koji se koriste u biokemijskoj polimerizaciji su bjelančevine, to su polimeri formirani na osnovi aminokiselina i koji su bitni u ogromnoj većini bioloških procesa.

Pored biopolimernih tvari dobivenih ovim metodama, postoje i druge velike komercijalne važnosti, poput vulkanizirane gume koja se proizvodi zagrijavanjem gume prirodnog podrijetla u prisutnosti sumpora.

Tako se među tehnikama koje se koriste za sintezu polimera kemijskom modifikacijom polimera prirodnog podrijetla čine dorada, umrežavanje i oksidacija.

Vrste polimera

Vrste polimera mogu se klasificirati prema različitim karakteristikama; na primjer, klasificiraju se u termoplastiku, termosese ili elastomere prema njihovoj fizičkoj reakciji na zagrijavanje.

Nadalje, ovisno o vrsti monomera iz kojih su formirani, oni mogu biti homopolimeri ili kopolimeri.

Slično tome, prema vrsti polimerizacije kojom se proizvode, mogu biti adicijski ili kondenzacijski polimeri.

Isto tako, prirodni ili sintetički polimeri mogu se dobiti ovisno o njihovom podrijetlu; ili organske ili anorganske ovisno o kemijskom sastavu.

Svojstva

- Njegova najistaknutija karakteristika je ponavljajući identitet monomera kao osnova njegove strukture.

- Električna svojstva variraju ovisno o namjeni.

- Predstavljaju mehanička svojstva poput elastičnosti ili otpornosti na vuču, koja određuju njihovo makroskopsko ponašanje.

- Neki polimeri pokazuju važna optička svojstva.

- Mikrostruktura koju imaju izravno utječe na njihova ostala svojstva.

- Kemijske karakteristike polimera određuju se atraktivnim interakcijama između lanaca koji ih tvore.

- Njegova transportna svojstva relativna su brzini kretanja međumolekula.

- Ponašanje njegovih agregacijskih stanja povezano je s njegovom morfologijom.

Primjeri polimera

Među velikim brojem postojećih polimera su sljedeći:

Polistiren

Koristi se u spremnicima različitih vrsta, kao i u spremnicima koji se koriste kao toplinski izolatori (za hlađenje vode ili skladištenje leda), pa čak i u igračkama.

politetrafluoretilen

Poznatiji kao teflon, koristi se kao električni izolator, također u proizvodnji valjaka i za oblaganje kuhinjskog pribora.

Polivinil klorid

Koristi se u proizvodnji zidnih kanala, pločica, igračaka i cijevi. Ovaj polimer komercijalno je poznat kao PVC.

Reference

1. Wikipedia. (SF). Polimer. Oporavak s en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kemija, deveto izdanje. Meksiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (SF). Uvod u polimere. Preuzeto s chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG i Arrighi, V. (2007). Polimeri: Kemija i fizika modernih materijala, Treće izdanje. Oporavak od books.google.co.ve
5. Britannica, E. (drugo). Polimer. Preuzeto s britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polimeri: porijeklo i rast znanosti. Oporavak od books.google.co.ve