POLIMERI: ZGODOVINA, POLIMERIZACIJA, VRSTE, LASTNOSTI - KEMIJA - 2026

V polimeri so molekularne spojine značilni z visoko molsko maso (v območju od tisoč do več milijonov) in sestoji iz velikega števila enot, imenovanih monomerov, ki se ponavljajo.

Ker imajo značilnost, da so velike molekule, se te vrste imenujejo makromolekule, kar jim daje edinstvene lastnosti, ki se zelo razlikujejo od tistih, opaženih pri manjših, le zaradi te vrste snovi, kot je nagnjenost, ki jo imajo za oblikovanje steklenih konstrukcij.

Na enak način, ker spadajo v zelo veliko skupino molekul, se je pojavila potreba, da se jim dodeli razvrstitev, za katero so razdeljeni na dve vrsti: polimere naravnega izvora, kot so beljakovine in nukleinske kisline; in sintetične proizvodnje, kot sta najlon ali lucit (bolj znana kot pleksi steklo).

Učenci so raziskovanje znanosti, ki stoji za polimeri, začeli v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, ko so z radovednostjo in zmedenostjo opazili, kako se obnašajo snovi, kot sta les ali guma. Takratni znanstveniki so začeli analizirati te spojine, tako prisotne v vsakdanjem življenju.

Z doseganjem določene ravni razumevanja narave teh vrst je bilo mogoče razumeti njihovo strukturo in napredovati pri ustvarjanju makromolekul, ki bi lahko olajšale razvoj in izboljšanje obstoječih materialov, pa tudi izdelavo novih materialov.

Prav tako je znano, da številni pomembni polimeri vsebujejo dušikove ali kisikove atome v svoji strukturi, povezani z ogljikovimi atomi, ki so del glavne verige molekule.

Glede na glavne funkcionalne skupine, ki so del monomerov, bodo dobili svoja imena; na primer, če je monomer tvorjen z estrom, nastane poliester.

Zgodovina polimerov

Zgodovina polimerov je treba približati, začenši s sklicevanjem na prve znane polimere.

Tako so nekateri materiali naravnega izvora, ki so bili že od nekdaj široko uporabljeni (na primer celuloza ali usnje) sestavljeni v glavnem iz polimerov.

XIX stoletje

V nasprotju s tem, kar bi si človek lahko mislil, je bila sestava polimerov neznana do pred nekaj stoletji, ko so začeli ugotavljati, kako nastajajo te snovi, in celo poskušali vzpostaviti metodo za dosego umetne izdelave.

Prvič, ko je bil izraz "polimeri" uporabljen leta 1833, je bil po zaslugi švedskega kemika Jönsa Jacoba Berzeliusa, ki ga je uporabil za navajanje snovi organske narave, ki imajo enako empirično formulo, vendar imajo različne molarne mase.

Ta znanstvenik je bil zadolžen tudi za oblikovanje drugih izrazov, kot sta "izomer" ali "kataliza"; čeprav je treba opozoriti, da je bil takrat koncept teh izrazov popolnoma drugačen od tistega, kar danes pomenijo.

Po nekaj poskusih pridobivanja sintetičnih polimerov pri preoblikovanju naravnih polimernih vrst je preučevanje teh spojin dobivalo večji pomen.

Namen teh raziskav je bil doseči optimizacijo že znanih lastnosti teh polimerov in pridobivanje novih snovi, ki bi lahko izpolnile posebne namene na različnih znanstvenih področjih.

Dvajseto stoletje

Ob ugotovitvi, da je bila guma topna v topilu organske narave in je nato nastala raztopina pokazala nekaj nenavadnih lastnosti, so bili znanstveniki zaskrbljeni in niso vedeli, kako bi jih pojasnili.

Na podlagi teh opazovanj so sklepali, da imajo takšne snovi zelo drugačno vedenje kot manjše molekule, saj so jih lahko opazovali med preučevanjem gume in njenih lastnosti.

Ugotovili so, da ima preučena raztopina visoko viskoznost, znatno zmanjšanje ledišča in majhen osmotski tlak; Iz tega bi lahko sklepali, da je bilo več topljencev z zelo visoko molsko maso, vendar znanstveniki v to možnost niso hoteli verjeti.

Ti pojavi, ki so se pokazali tudi v nekaterih snoveh, kot sta želatina ali bombaž, so takratne znanstvenike spodbudili, da so te vrste snovi sestavljene iz agregatov majhnih molekulskih enot, kot sta C ₅ H ₈ ali C ₁₀ H ₁₆ , ki jih vežejo medmolekulske sile.

Čeprav je to zmotno razmišljanje ostalo še nekaj let, je bila opredelitev, ki traja do danes, tista, ki jo je dal nemški kemik in dobitnik Nobelove nagrade za kemijo Hermann Staudinger.

XXI stoletje

Trenutno opredelitev teh struktur kot makromolekularnih snovi, ki jih vežejo kovalentne vezi, je leta 1920 skoval Staudinger, ki je vztrajal pri oblikovanju in izvedbi eksperimentov, dokler v naslednjih desetih letih ni našel dokazov za to teorijo.

Začel se je razvijati tako imenovano "polimerno kemijo" in od takrat je le pritegnil zanimanje raziskovalcev po vsem svetu, saj so na straneh zgodovine šteli zelo pomembne znanstvenike, med katerimi so bili Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear med drugim poleg že imenovanih.

Trenutno polimerne makromolekule preučujemo na različnih znanstvenih področjih, kot sta polimerna znanost ali biofizika, kjer se preučujejo snovi, ki izhajajo iz povezovanja monomerov s kovalentnimi vezmi z različnimi metodami in nameni.

Zagotovo jih od naravnih polimerov, kot je polizopropren, do sintetičnega izvora, kot je polistiren, uporabljajo zelo pogosto, ne da bi zmanjšali pomen drugih vrst, kot so silikoni, sestavljeni iz monomerov na osnovi silicija.

Prav tako velik del teh spojin naravnega in sintetičnega izvora sestavljata dva ali več različnih razredov monomerov, te polimerne vrste so dobile ime kopolimeri.

Polimerizacija

Da bi se poglobili v temo polimerov, moramo začeti s pogovorom o izvoru besede polimer, ki izhaja iz grških izrazov polys, kar pomeni "veliko"; in zgolj, kar se nanaša na "dele" nečesa.

Ta izraz se uporablja za označevanje molekulskih spojin, ki imajo strukturo, sestavljeno iz mnogih ponavljajočih se enot, kar povzroča lastnost visoke relativne molekulske mase in drugih njihovih lastnih lastnosti.

Tako enote, ki sestavljajo polimere, temeljijo na molekularnih vrstah, ki imajo relativno majhno relativno molekulsko maso.

V tem smislu se izraz polimerizacija nanaša samo na sintetične polimere, natančneje na postopke, ki se uporabljajo za pridobivanje te vrste makromolekul.

Zato lahko polimerizacijo opredelimo kot kemijsko reakcijo, ki jo uporabimo v kombinaciji monomerov (enega po enega), da iz teh dobimo ustrezne polimere.

Tako sinteza polimerov poteka skozi dve glavni vrsti reakcij: adicijske in kondenzacijske reakcije, ki bodo podrobneje opisane v nadaljevanju.

Polimerizacija z adicijskimi reakcijami

Pri tej vrsti polimerizacije sodelujejo nenasičene molekule, ki imajo v svoji strukturi dvojne ali trojne vezi, zlasti tiste iz ogljika-ogljika.

V teh reakcijah so monomeri medsebojno kombinirani brez izločanja katerega koli izmed njihovih atomov, pri čemer je mogoče dobiti polimerne vrste, sintetizirane z lomljenjem ali odpiranjem obroča, ne da bi pri tem nastale majhne molekule.

S kinetičnega vidika je to polimerizacijo mogoče razumeti kot reakcijo v treh korakih: iniciacija, širjenje in prenehanje.

Prvič, sprožitev reakcije se pojavi, pri čemer se segrevanje uporablja na molekulo šteje kot iniciator (označen kot R ₂ ), da ustvarijo dve radikalne vrste, kot sledi:

R ₂ → 2R ∙

Če kot primer navedemo proizvodnjo polietilena, je naslednji korak širjenje, kjer nastali reaktivni radikal obravnava molekulo etilena in nastane nova radikalna vrsta:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ CH ₂ ∙

Ta novi radikal se nato kombinira z drugo molekulo etilena in ta postopek se nadaljuje zaporedoma, dokler kombinacija dveh dolgoverižnih radikalov ne bo končno povzročila polietilena v reakciji, znani kot zaključek.

Polimerizacija s kondenzacijskimi reakcijami

Pri polimerizaciji s kondenzacijskimi reakcijami običajno pride do kombinacije dveh različnih monomerov poleg posledičnega izločanja majhne molekule, ki je na splošno voda.

Podobno imajo polimeri, ki nastanejo pri teh reakcijah, kot del hrbtenice pogosto heteroatome, kot sta kisik ali dušik. Zgodi se tudi, da ponavljajoča se enota, ki predstavlja osnovo njene verige, nima vseh atomov, ki so v monomeru, na katerega bi se lahko razgradila.

Po drugi strani pa obstajajo metode, ki so bile razvite v zadnjem času, med katerimi izstopa polimerizacija plazme, katere značilnosti se ne ujemajo popolnoma z nobeno od prej opisanih vrst polimerizacije.

Na ta način lahko pride do reakcij polimerizacije sintetičnega izvora, tako adicijskih kot kondenzacijskih, v odsotnosti ali v prisotnosti vrste katalizatorjev.

Kondenzacijska polimerizacija se pogosto uporablja pri izdelavi številnih spojin, ki jih običajno najdemo v vsakdanjem življenju, na primer dakrona (bolj znanega kot poliester) ali najlona.

Druge oblike polimerizacije

Poleg teh metod umetne sinteze polimerov obstaja tudi biološka sinteza, ki je opredeljena kot področje preučevanja, ki je odgovorno za raziskave biopolimerov, ki jih delimo v tri glavne kategorije: polinukleotidi, polipeptidi in polisaharidi.

V živih organizmih se lahko sinteza izvaja naravno, s postopki, ki vključujejo prisotnost katalizatorjev, kot je encim polimeraza, v proizvodnji polimerov, kot je deoksiribonukleinska kislina (DNK).

V drugih primerih je večina encimov, ki se uporabljajo pri biokemični polimerizaciji, beljakovine, to so polimeri, ki se tvorijo na osnovi aminokislin in so ključni v veliki večini bioloških procesov.

Poleg biopolimernih snovi, pridobljenih s temi metodami, obstajajo tudi druge velike komercialne pomembnosti, na primer vulkanizirana guma, ki se proizvaja s segrevanjem gume naravnega izvora v prisotnosti žvepla.

Tako med tehnikami, ki se uporabljajo za sintezo polimerov s kemično modifikacijo polimerov naravnega izvora, sodijo dodelava, premreženje in oksidacija.

Vrste polimerov

Vrste polimerov lahko razvrstimo glede na različne značilnosti; na primer jih razvrstimo v termoplastike, termosese ali elastomere glede na njihov fizični odziv na segrevanje.

Poleg tega so lahko odvisno od vrste monomerov, iz katerih so tvorjeni, homopolimeri ali kopolimeri.

Podobno so lahko glede na vrsto polimerizacije, s katero nastajajo, adicijski ali kondenzacijski polimeri.

Prav tako je mogoče dobiti naravne ali sintetične polimere, odvisno od njihovega izvora; ali organske ali anorganske, odvisno od njegove kemične sestave.

Lastnosti

- Njegova najbolj značilna značilnost je ponavljajoča se identiteta monomerov kot osnove njene strukture.

- Njegove električne lastnosti se razlikujejo glede na namen.

- Imajo mehanske lastnosti, kot sta elastičnost ali odpornost na vleko, ki opredeljujejo njihovo makroskopsko vedenje.

- Nekateri polimeri imajo pomembne optične lastnosti.

- Mikrostruktura, ki jo imajo, neposredno vpliva na njihove druge lastnosti.

- Kemijske lastnosti polimerov so določene s privlačnimi interakcijami med verigami, ki jih tvorijo.

- Njegove transportne lastnosti so sorazmerne s hitrostjo medmolekulskega gibanja.

- Obnašanje stanj združevanja je povezano z njegovo morfologijo.

Primeri polimerov

Med velikim številom polimerov obstajajo:

Polistiren

Uporablja se v posodah različnih vrst, pa tudi v posodah, ki se uporabljajo kot toplotni izolatorji (za hlajenje vode ali shranjevanje ledu) in celo v igračah.

Politetrafluoroetilen

Bolj znan kot teflon, uporablja se kot električni izolator, tudi pri izdelavi valjev in za premazovanje kuhinjskih pripomočkov.

Polivinilklorid

Ta polimer je komercialno znan kot PVC, ki se uporablja pri proizvodnji stenskih kanalov, ploščic, igrač in cevi.

Reference

1. Wikipedija. (sf). Polimer. Pridobljeno z en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kemija, deveta izdaja. Mehika: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (sf). Uvod v polimere. Pridobljeno s chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG in Arrighi, V. (2007). Polimeri: kemija in fizika sodobnih materialov, tretja izdaja. Pridobljeno iz books.google.co.ve
5. Britannica, E. (drugo). Polimer. Pridobljeno iz britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polimeri: izvor in rast znanosti. Pridobljeno iz books.google.co.ve