POLIMERAI: ISTORIJA, POLIMERIZACIJA, TIPAI, SAVYBĖS - CHEMIJA - 2025

Kad polimerai yra molekulinės junginiai pasižymi tuo, kad aukšto molinė masė (nuo tūkstančių iki milijonų) ir susideda iš daugybės vienetų, vadinamų monomerų, kurie yra pakartotinio.

Kadangi šios rūšys turi savybę būti didelėmis molekulėmis, šios rūšys yra vadinamos makromolekulėmis, kurios suteikia joms unikalių savybių, kurios labai skiriasi nuo tų, kurios stebimos mažesnėse, kurios priskirtinos tik šio tipo medžiagoms, pavyzdžiui, polinkis joms formuojant stiklo konstrukcijas.

Lygiai taip pat, kadangi jie priklauso labai gausiai molekulių grupei, atsirado poreikis jas klasifikuoti, todėl jie skirstomi į du tipus: natūralios kilmės polimerai, tokie kaip baltymai ir nukleorūgštys; ir sintetiniai, tokie kaip nailonas arba lucitas (geriau žinomas kaip pleksiglas).

Mokslininkai pradėjo polimerų mokslo tyrimus 1920-aisiais, kai smalsiai ir apmaudžiai stebėjo, kaip elgiasi tokios medžiagos kaip medis ar guma. Tuometiniai mokslininkai pradėjo analizuoti šiuos junginius, esančius kasdieniame gyvenime.

Pasiekus tam tikrą supratimą apie šių rūšių prigimtį, buvo galima suprasti jų struktūrą ir pasistūmėti kuriant makromolekules, kurios galėtų palengvinti esamų medžiagų tobulinimą ir tobulinimą, taip pat naujų medžiagų gamybą.

Taip pat žinoma, kad daugelio reikšmingų polimerų struktūroje yra azoto arba deguonies atomų, susietų su anglies atomais, sudarančiais pagrindinę molekulės grandinę.

Atsižvelgiant į pagrindines funkcines grupes, kurios yra monomerų dalis, joms bus suteiktas jų pavadinimas; pavyzdžiui, jei monomerą suformuoja esteris, susidaro poliesteris.

Polimerų istorija

Polimerų istorija turi būti vertinama pradedant nuorodomis į pirmuosius žinomus polimerus.

Tokiu būdu tam tikros natūralios kilmės medžiagos, kurios nuo seno buvo plačiai naudojamos (tokios kaip celiuliozė ar oda), daugiausia sudarytos iš polimerų.

XIX a

Priešingai, nei galima manyti, polimerų sudėtis buvo nežinoma tik prieš porą šimtmečių, kai pradėta nustatyti, kaip šios medžiagos formuojasi, ir jie net siekė sukurti metodą, kaip pasiekti dirbtinį gaminimą.

Pirmą kartą terminas „polimerai“ buvo vartojamas 1833 m. Dėka švedų chemiko Jönso Jacobo Berzelijaus, kuris jį vartojo kaip organinio pobūdžio medžiagas, turinčias tą pačią empirinę formulę, bet turinčias skirtingą molinę masę.

Šis mokslininkas taip pat buvo atsakingas už kitų terminų, tokių kaip „izomeras“ arba „katalizė“, sukūrimą; nors reikia pažymėti, kad tuo metu šių posakių samprata buvo visiškai kitokia, nei jie reiškia šiandien.

Atlikus keletą eksperimentų sintetiniams polimerams gauti iš natūralių polimerų rūšių transformacijos, šių junginių tyrimas įgavo didesnę reikšmę.

Šių tyrimų tikslas buvo optimizuoti jau žinomas šių polimerų savybes ir gauti naujų medžiagų, kurios galėtų įgyvendinti specifinius tikslus įvairiose mokslo srityse.

Dvidešimtas amžius

Pastebėję, kad kaučiukas tirpsta organinio tirpiklio tirpale, o gautas tirpalas pasižymi neįprastomis savybėmis, mokslininkai susirūpino ir nežinojo, kaip juos paaiškinti.

Remdamiesi šiais stebėjimais, jie padarė išvadą, kad tokios medžiagos, kaip ši, elgiasi labai skirtingai nei mažesnės molekulės, nes jos galėjo stebėti tyrinėdamos gumą ir jos savybes.

Jie pažymėjo, kad tiriamas tirpalas turėjo didelę klampą, žymiai sumažėjo užšalimo temperatūra ir mažas osmosinis slėgis; Iš to galima būtų spręsti, kad buvo keletas labai didelės molinės masės tirpių, tačiau mokslininkai atsisakė patikėti šia galimybe.

Šie reiškiniai, kurie taip pat pasireiškė kai kuriomis medžiagomis, tokiomis kaip želatina ar medvilnė, privertė šių laikų mokslininkus manyti, kad šios rūšies medžiagas sudarė mažų molekulių vienetai, tokie kaip C ₅ H ₈ arba C ₁₀ H ₁₆ , sujungtas tarpmolekulinėmis jėgomis.

Nors šis klaidingas mąstymas išliko keletą metų, iki šiol išlikęs apibrėžimas buvo pateiktas vokiečių chemiko ir Nobelio chemijos premijos laureato Hermanno Staudingerio.

XXI amžius

Dabartinį šių struktūrų kaip makromolekulinių medžiagų, susietų su kovalentiniais ryšiais, apibrėžimą sukūrė 1920 m. Staudingeris, kuris reikalavo suprojektuoti ir atlikti eksperimentus, kol suras šios teorijos įrodymų per ateinančius dešimt metų.

Pradėta vadinamosios „polimerinės chemijos“ plėtra, ir nuo to laiko ji tik patraukė viso pasaulio tyrinėtojų susidomėjimą, įtraukdama į savo istorijos puslapius labai svarbius mokslininkus, įskaitant Giulio Natta, Karlą Zieglerį, Be anksčiau minėtų, Charlesas Goodyearas, be kitų.

Šiuo metu polimerinės makromolekulės tiriamos skirtingose ​​mokslo srityse, tokiose kaip polimerų mokslas ar biofizika, kur tiriamos medžiagos, susidarančios jungiant monomerus kovalentiniais ryšiais skirtingais metodais ir tikslais.

Be abejo, nuo natūralių polimerų, tokių kaip poliizoprenas, iki sintetinės kilmės, pavyzdžiui, polistireno, jie naudojami labai dažnai, nemažinant kitų rūšių, pavyzdžiui, silikonų, sudarytų iš silicio monomerų, svarbos.

Taip pat didelę šių natūralios ir sintetinės kilmės junginių dalį sudaro dvi ar daugiau skirtingų monomerų klasių, šioms polimerinėms rūšims suteiktas kopolimerų pavadinimas.

Polimerizacija

Norėdami įsigilinti į polimerų temą, pirmiausia turime kalbėti apie žodžio polimer kilmę, kuris kilęs iš graikų terminų polys, reiškiančio „daug“; ir paprasčiausias, kuris nurodo į kažko „dalis“.

Šis terminas vartojamas žymėti molekulinius junginius, kurių struktūrą sudaro daugybė pasikartojančių vienetų. Tai lemia didelę santykinę molekulinę masę ir kitas joms būdingas savybes.

Taigi vienetai, sudarantys polimerus, yra pagrįsti molekulinėmis rūšimis, turinčiomis santykinai mažą santykinę molekulinę masę.

Šiuo atžvilgiu polimerizacijos terminas taikomas tik sintetiniams polimerams, tiksliau procesams, naudojamiems gaunant tokio tipo makromolekules.

Todėl polimerizaciją galima apibrėžti kaip cheminę reakciją, naudojamą derinant monomerus (po vieną), iš kurių gaunami atitinkami polimerai.

Taigi polimerų sintezė vykdoma dviem pagrindiniais reakcijų tipais: prisijungimo reakcijomis ir kondensacijos reakcijomis, kurios bus išsamiai aprašytos žemiau.

Polimerizacija vykdant pridėjimo reakcijas

Tokio tipo polimerizacijos procese dalyvauja nesočiosios molekulės, turinčios dvigubus ar trigubus ryšius, ypač anglis-anglis.

Šiose reakcijose monomerai derinami tarpusavyje, nepašalinant nė vieno iš jų atomų, kur polimerų rūšys, susintetintos sulaužant ar atidarant žiedą, gali būti gaunamos nepašalinant mažų molekulių.

Kinetiniu požiūriu ši polimerizacija gali būti vertinama kaip trijų pakopų reakcija: iniciacija, plitimas ir pabaiga.

Pirma, reakcijos inicijavimą įvyksta, kuriame šildymo taikomas molekulę, laikoma iniciatorius (žymimą kaip R ₂ ) generuoti du radikaliai rūšių taip:

R ₂ → 2R ∙

Jei pavyzdys yra polietileno gamyba, kitas žingsnis yra dauginimas, kai susidaręs reaktyvusis radikalas kreipiasi į etileno molekulę, o naujos radikalų rūšys susidaro taip:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Šis naujas radikalas vėliau derinamas su kita etileno molekule ir šis procesas tęsiamas paeiliui, kol dviejų ilgos grandinės radikalų derinys galutinai sukuria polietileną, reakcijoje, vadinamoje pabaiga.

Polimerizacija kondensacijos reakcijų būdu

Polimerizacijos, vykstančios kondensacijos reakcijų metu, metu, be to, pašalinamos mažos molekulės, kurios paprastai yra vanduo, paprastai derinami du skirtingi monomerai.

Panašiai šių reakcijų metu gaminami polimerai kaip stuburo dalis dažnai turi heteroatomus, tokius kaip deguonis arba azotas. Taip pat atsitinka, kad pasikartojantis vienetas, atstovaujantis savo grandinės pagrindą, neturi visų atomų, esančių monomere, kuriam jis galėtų būti skaidomas.

Kita vertus, yra metodų, kurie buvo sukurti neseniai, tarp kurių išsiskiria plazmos polimerizacija, kurių savybės visiškai nesutampa su nė viena iš aukščiau paaiškintų polimerizacijos rūšių.

Tokiu būdu sintetinės kilmės polimerizacijos reakcijos, tiek pridėjimo, tiek kondensacijos, gali vykti nesant katalizatoriaus rūšies.

Kondensacinė polimerizacija plačiai naudojama gaminant daugelį junginių, dažniausiai sutinkamų kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, dakronas (geriau žinomas kaip poliesteris) arba nailonas.

Kitos polimerizacijos formos

Be šių dirbtinių polimerų sintezės metodų, taip pat yra biologinė sintezė, apibrėžta kaip tyrimo sritis, atsakinga už biopolimerų, kurie yra suskirstyti į tris pagrindines kategorijas: polinukleotidai, polipeptidai ir polisacharidai, tyrimus.

Gyvuose organizmuose sintezė gali būti atliekama natūraliai, naudojant procesus, kuriuose dalyvauja katalizatoriai, tokie kaip fermento polimerazė, gaminant tokius polimerus kaip dezoksiribonukleino rūgštis (DNR).

Kitais atvejais dauguma biocheminėje polimerizacijoje naudojamų fermentų yra baltymai, kurie yra polimerai, sudaryti iš aminorūgščių ir kurie yra būtini daugelyje biologinių procesų.

Be biopolimerinių medžiagų, gautų šiais metodais, yra ir kitų, turinčių didelę komercinę reikšmę, pavyzdžiui, vulkanizuotas kaučiukas, gaminamas kaitinant natūralios kilmės kaučiuką, esant sierai.

Taigi tarp metodų, naudojamų polimerų sintezei, atliekant natūralios kilmės polimerų cheminį modifikavimą, yra apdaila, sukryžiavimas ir oksidacija.

Polimerų rūšys

Polimerų tipai gali būti klasifikuojami pagal skirtingas savybes; pavyzdžiui, pagal fizinę reakciją į kaitinimą jie yra klasifikuojami į termoplastikus, termosezidus arba elastomerus.

Be to, atsižvelgiant į monomerų, iš kurių jie yra sudaryti, tipą, jie gali būti homopolimerai arba kopolimerai.

Panašiai, atsižvelgiant į polimerizacijos, kuria jie gaminami, pobūdį, jie gali būti adheziniai arba kondensaciniai polimerai.

Panašiai, natūralūs arba sintetiniai polimerai gali būti gaunami priklausomai nuo jų kilmės; arba organiniai arba neorganiniai, atsižvelgiant į jų cheminę sudėtį.

Savybės

- Ryškiausias jo bruožas yra pasikartojantis monomerų, kaip struktūros, tapatumas.

- Jo elektrinės savybės skiriasi atsižvelgiant į paskirtį.

- Jie pasižymi mechaninėmis savybėmis, tokiomis kaip elastingumas ar atsparumas sukibimui, kurios apibūdina jų makroskopinį elgesį.

- Kai kurie polimerai pasižymi svarbiomis optinėmis savybėmis.

- Jų turima mikrostruktūra tiesiogiai veikia kitas jų savybes.

- Polimerų chemines savybes lemia patraukli sąveika tarp juos sudarančių grandinių.

- Jo transportavimo savybės yra susijusios su tarpląstelinio judėjimo greičiu.

- Agregacijos būsenų elgesys yra susijęs su jos morfologija.

Polimerų pavyzdžiai

Tarp daugybės egzistuojančių polimerų yra šie:

Polistirenas

Naudojami įvairių tipų induose, taip pat induose, kurie naudojami kaip šilumos izoliatoriai (atšaldyti vandenį ar laikyti ledą) ir net žaisluose.

Politetrafluoretilenas

Geriau žinomas kaip „Teflon“, jis naudojamas kaip elektros izoliatorius, taip pat gaminant ritinius ir dengiant virtuvinius indus.

Polivinilchloridas

Šis polimeras, naudojamas sienų kanalų, plytelių, žaislų ir vamzdžių gamyboje, komerciškai žinomas kaip PVC.

Nuorodos

1. Vikipedija. (sf). Polimeras. Atkurta iš en.wikipedia.or
2. Changas, R. (2007). Chemija, devintas leidimas. Meksika: McGraw-Hill.
3. „LibreTexts“. (sf). Įvadas į polimerus. Gauta iš chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG, ir Arrighi, V. (2007). Polimerai: šiuolaikinių medžiagų chemija ir fizika, trečiasis leidimas. Atkurta iš knygų.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polimeras. Gauta iš britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polimerai: mokslo kilmė ir augimas. Atkurta iš knygų.google.co.ve