POLYMEERIT: HISTORIA, POLYMEROINTI, TYYPIT, OMINAISUUDET - KEMIA - 2026

Polymeerit ovat suurimolekyylisiä yhdisteitä, joille on ominaista korkea moolimassa (vaihtelee tuhansista miljooniin) ja koostuvat suuresta määrästä yksiköitä, kutsutaan monomeerit, joita toistetaan.

Koska näillä lajeilla on ominaisuus olla suuria molekyylejä, näitä lajeja kutsutaan makromolekyyleiksi, mikä antaa heille ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka eroavat huomattavasti pienemmissä havaituista, johtuen vain tämän tyyppisistä aineista, kuten kaltevuus niillä lasirakenteiden muotoilu.

Samalla tavoin, koska ne kuuluvat erittäin suureen ryhmään molekyylejä, syntyi tarve antaa niille luokittelu, jolle ne on jaettu kahteen tyyppiin: luonnon alkuperäiset polymeerit, kuten proteiinit ja nukleiinihapot; ja synteettisestä valmistuksesta valmistetut, kuten nylon tai lusiitti (tunnetaan paremmin nimellä pleksilasi).

Tutkijat aloittivat tutkimuksensa polymeerien takana olevasta tieteestä 1920-luvulla, kun he havaitsivat uteliaana ja hämmentyneenä, kuinka puun tai kumin kaltaiset aineet käyttäytyvät. Joten aikaiset tutkijat alkoivat analysoida näitä yhdisteitä, jotka ovat läsnä arkielämässä.

Saavuttamalla tietynlainen ymmärrys näiden lajien luonteesta, oli mahdollista ymmärtää niiden rakenne ja edetä luomalla makromolekyylejä, jotka voisivat helpottaa olemassa olevien materiaalien kehittämistä ja parantamista sekä uusien materiaalien tuotantoa.

Samoin tiedetään, että lukuisat merkittävät polymeerit sisältävät rakenteessaan typpi- tai happiatomeja, kytkettyinä hiiliatomeihin, muodostaen osan molekyylin pääketjusta.

Monomeereihin kuuluvista tärkeimmistä funktionaalisista ryhmistä riippuen niille annetaan nimet; esimerkiksi jos monomeeri on muodostettu esterillä, syntyy polyesteri.

Polymeerien historia

Polymeerien historiaa on lähestyttävä viittaamalla ensimmäisiin tunnettuihin polymeereihin.

Tällä tavalla tietyt luonnolliset materiaalit, joita on käytetty laajasti antiikin ajoista lähtien (kuten selluloosa tai nahka), koostuvat pääasiassa polymeereistä.

XIX luvulla

Vastoin sitä, mitä voidaan ajatella, polymeerien koostumus oli tuntematon vasta pari vuosisataa sitten, kun alkoi määritellä näiden aineiden muodostumisen muoto ja he jopa yrittivät luoda menetelmän keinotekoisen valmistuksen aikaansaamiseksi.

Ensimmäistä kertaa termiä "polymeerit" käytettiin vuonna 1833, kiitos ruotsalaiselle kemistille Jöns Jacob Berzeliukselle, joka käytti sitä viittaamaan luonteeltaan orgaanisiin aineisiin, joilla on sama empiirinen kaava, mutta joilla on erilaiset moolimassat.

Tämä tiedemies vastasi myös muiden termien, kuten "isomeeri" tai "katalyysi", laatimisesta; vaikkakin on huomattava, että tuolloin näiden ilmaisujen käsite oli täysin erilainen kuin mitä ne tänään tarkoittavat.

Joidenkin kokeiden jälkeen synteettisten polymeerien saamiseksi luonnollisten polymeerimuotojen muutoksesta, näiden yhdisteiden tutkimus sai entistä tärkeämpää.

Näiden tutkimusten tarkoituksena oli saavuttaa näiden polymeerien jo tunnettujen ominaisuuksien optimointi ja saada uusia aineita, jotka voisivat täyttää erityistarkoitukset eri tieteenaloilla.

Kahdeskymmenes vuosisata

Huomatessaan, että kumi liukeni orgaaniseen liuottimeen ja sitten saadulla liuoksella oli joitain epätavallisia ominaisuuksia, tutkijat olivat huolissaan eikä tienneet kuinka selittää niitä.

Näiden havaintojen avulla he päättelivät, että tämän tyyppisillä aineilla on hyvin erilainen käyttäytyminen kuin pienemmillä molekyyleillä, koska ne pystyivät tarkkailemaan tutkiessaan kumia ja sen ominaisuuksia.

He huomauttivat, että tutkitussa liuoksessa oli korkea viskositeetti, merkittävä lasku jäätymispisteessä ja pieni osmoottinen paine; Tästä voitiin päätellä, että oli useita liuenneita aineita, joilla oli erittäin korkea moolimassa, mutta tutkijat kieltäytyivät uskomasta tähän mahdollisuuteen.

Nämä ilmiöt, jotka ilmenivät myös joissakin aineissa, kuten gelatiinissa tai puuvillassa, saivat aikansa tutkijoita ajattelemaan, että tämäntyyppiset aineet koostuivat pienimolekyylisistä yksiköistä, kuten C ₅ H ₈ tai C ₁₀ H ₁₆, sidottu molekyylien välisten voimien kanssa.

Vaikka tämä virheellinen ajattelu pysyi muutaman vuoden ajan, määritelmä, joka jatkuu tähän päivään saakka, antoi saksalainen kemisti ja Nobelin kemian palkinnon voittaja Hermann Staudinger.

XXI luvulla

Staudinger kehitti näiden rakenteiden nykyisen määritelmän kovalenttisilla sidoksilla kytketyiksi makromolekyylisiksi aineiksi vuonna 1920. Staudinger kehotti suunnitelmaan ja suorittamaan kokeita, kunnes löysi todisteita tästä teoriasta seuraavan kymmenen vuoden aikana.

Niin sanotun ”polymeerikemian” kehittäminen alkoi, ja siitä lähtien se on vain kiinnittänyt tutkijoiden kiinnostusta ympäri maailmaa, ja on historian sivujen joukkoon sisällyttänyt erittäin tärkeät tutkijat, kuten Giulio Natta, Karl Ziegler, Aikaisemmin nimettyjen lisäksi muun muassa Charles Goodyear.

Tällä hetkellä polymeerisiä makromolekyylejä tutkitaan eri tieteenaloilla, kuten esimerkiksi polymeeritieteessä tai biofysiikassa, joissa tutkitaan aineita, jotka johtuvat monomeerien yhdistämisestä kovalenttisten sidosten kautta eri menetelmillä ja tarkoituksilla.

Tietysti luonnollisista polymeereistä, kuten polyisopreenista, synteettisistä alkuperäisistä, kuten polystyreenistä, niitä käytetään varmasti usein vähentämättä kuitenkaan muiden lajien, kuten silikonien, merkitystä, jotka koostuvat piipohjaisista monomeereistä.

Lisäksi suuri osa näistä luonnollisen ja synteettisen alkuperän yhdisteistä koostuu kahdesta tai useammasta monomeeriluokasta, näille polymeerimuodoille on annettu kopolymeerien nimi.

polymerointi

Polymeerien aiheeseen syventämiseksi meidän on aloitettava puhumalla sanan polymeeri alkuperästä, joka tulee kreikkalaisista termeistä polys, mikä tarkoittaa "paljon"; ja pelkkä, joka viittaa jonkin "osiin".

Tätä termiä käytetään ilmaisemaan molekyyliyhdisteitä, joiden rakenne koostuu monista toistuvista yksiköistä, tämä aiheuttaa korkean suhteellisen molekyylimassan ominaisuuden ja näiden muut luontaiset ominaisuudet.

Siten yksiköt, jotka muodostavat polymeerit, perustuvat molekyylilajeihin, joilla on suhteellisen pieni suhteellinen molekyylimassa.

Tässä mielessä termi polymerointi koskee vain synteettisiä polymeerejä, tarkemmin sanoen prosesseihin, joita käytetään tämän tyyppisten makromolekyylien saamiseksi.

Siksi polymerointi voidaan määritellä kemialliseksi reaktioksi, jota käytetään monomeerien yhdistelmässä (yksi kerrallaan), jotta niistä saadaan vastaavia polymeerejä.

Siten polymeerien synteesi suoritetaan kahden päätyyppisen reaktion kautta: additioreaktiot ja kondensaatioreaktiot, joita kuvataan yksityiskohtaisesti jäljempänä.

Polymerointi additioreaktioilla

Tämän tyyppisessä polymeroinnissa on mukana tyydyttymättömiä molekyylejä, joiden rakenteessa on kaksois- tai kolmoissidoksia, erityisesti hiili-hiili-molekyylejä.

Näissä reaktioissa monomeerit käyvät läpi yhdistelmiä poistamatta mitään atomejaan, jolloin polymeerimuodot, jotka syntetisoidaan katkaisemalla tai avaamalla rengas, voidaan saada aikaan tuottamatta pienten molekyylien eliminaatiota.

Kineettisen näkökulmasta tätä polymerointia voidaan pitää kolmivaiheisena reaktiona: aloittaminen, eteneminen ja lopettaminen.

Ensinnäkin tapahtuu reaktion aloitus, jossa kuumennus tehdään molekyyliin, jota pidetään initiaattorina (merkitty R2: _lla) kahden radikaalilajin muodostamiseksi seuraavasti:

R ₂ → 2R ∙

Jos polyeteenin valmistus annetaan esimerkkinä, seuraava vaihe on lisääminen, jossa muodostunut reaktiivinen radikaali osoittaa eteenimolekyylin ja muodostetaan uusi radikaalilaji seuraavasti:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Tämä uusi radikaali yhdistetään myöhemmin toisen eteenimolekyylin kanssa, ja tämä prosessi jatkuu peräkkäin, kunnes kahden pitkäketjuisen radikaalin yhdistäminen lopulta tuottaa polyeteeniä, reaktiossa, joka tunnetaan terminaalina.

Polymerointi kondensaatioreaktioilla

Kondensaatioreaktioiden kautta tapahtuvan polymeroinnin tapauksessa tapahtuu yleensä kahden erilaisen monomeerin yhdistelmä pienen molekyylin, joka on yleensä vesi, eliminoinnin seurauksena.

Samoin näiden reaktioiden tuottamissa polymeereissä on usein heteroatomia, kuten happi tai typpi, osana selkärankaa. On myös käynyt niin, että toistuvassa yksikössä, joka edustaa ketjunsa emästä, ei ole kaikkia atomeja, jotka ovat monomeerissä, johon se voisi hajota.

Toisaalta on olemassa viime aikoina kehitettyjä menetelmiä, joista erottuu plasmapolymerointi, joiden ominaisuudet eivät ole täysin sopusoinnussa minkään yllä selitetyn polymerointityypin kanssa.

Tällä tavalla synteettisen alkuperän polymerointireaktiot, sekä additio- että kondensaatioreaktiot, voivat tapahtua katalyyttilajien puuttuessa tai läsnä ollessa.

Kondensaatiopolymerointia käytetään laajasti monien arjessa yleisesti esiintyvien yhdisteiden, kuten dakronin (tunnetaan paremmin polyesterinä) tai nylon, valmistuksessa.

Muut polymerointimuodot

Näiden keinotekoisten polymeerien synteesimenetelmien lisäksi on olemassa myös biologista synteesiä, joka määritellään tutkimusalueeksi, joka vastaa biopolymeerien tutkimuksesta. Jaetut ryhmät jakautuvat kolmeen pääryhmään: polynukleotidit, polypeptidit ja polysakkaridit.

Elävissä organismeissa synteesi voidaan suorittaa luonnollisesti, prosessien avulla, joihin sisältyy katalyyttejä, kuten polymeraasientsyymi, läsnäollessa polymeerien, kuten deoksiribonukleiinihapon (DNA), tuottamiseksi.

Muissa tapauksissa suurin osa biokemiallisessa polymeroinnissa käytetyistä entsyymeistä on proteiineja, jotka ovat aminohappojen perusteella muodostettuja polymeerejä ja jotka ovat välttämättömiä valtaosassa biologisia prosesseja.

Näillä menetelmillä saatujen biopolymeeristen aineiden lisäksi on muitakin, joilla on suuri kaupallinen merkitys, kuten vulkanoitu kumi, jota tuotetaan kuumentamalla luonnollista alkuperää olevaa kumia rikin läsnä ollessa.

Siten tekniikoista, joita käytetään polymeerien synteesiin luonnollista alkuperää olevien polymeerien kemiallisen modifioinnin avulla, ovat viimeistely, silloitus ja hapetus.

Polymeerityypit

Polymeerityypit voidaan luokitella eri ominaisuuksien mukaan; Esimerkiksi ne luokitellaan kestomuoveiksi, termoseteiksi tai elastomeereiksi niiden fyysisen vasteen mukaan kuumennukseen.

Lisäksi, riippuen monomeerien tyypistä, josta ne muodostuvat, ne voivat olla homopolymeerejä tai kopolymeerejä.

Samoin polymerointityypin mukaan, jolla ne tuotetaan, ne voivat olla additio- tai kondensaatiopolymeerejä.

Samoin luonnollisia tai synteettisiä polymeerejä voidaan saada alkuperästään riippuen; tai orgaaninen tai epäorgaaninen sen kemiallisesta koostumuksesta riippuen.

ominaisuudet

- Sen merkittävin ominaisuus on monomeerien toistuva identtisyys rakenteensa perustana.

- Sen sähköiset ominaisuudet vaihtelevat tarkoituksen mukaan.

- Niillä on mekaanisia ominaisuuksia, kuten kimmoisuus tai vetovaste, jotka määrittelevät niiden makroskooppisen käyttäytymisen.

- Joillakin polymeereillä on tärkeitä optisia ominaisuuksia.

- Niiden mikrorakenne vaikuttaa suoraan niiden muihin ominaisuuksiin.

- Polymeerien kemialliset ominaisuudet määräytyvät houkuttelevista vuorovaikutuksista niitä muodostavien ketjujen välillä.

- Sen kuljetusominaisuudet ovat suhteessa molekyylien välisen liikkeen nopeuteen.

- Sen aggregoitumistilojen käyttäytyminen liittyy sen morfologiaan.

Esimerkkejä polymeereistä

Monien olemassa olevien polymeerien joukossa ovat seuraavat:

Polystyreeni

Käytetään erityyppisissä astioissa sekä astioissa, joita käytetään lämpöeristeinä (veden jäähdyttämiseen tai jään varastointiin) ja jopa leluihin.

polytetrafluorieteeni

Paremmin tunnettu nimellä Teflon, sitä käytetään sähköeristeenä myös telojen valmistuksessa ja keittiövälineiden päällystämisessä.

Polyvinyylikloridi

Seinäkanavien, laattojen, lelujen ja putkien tuotannossa käytetty polymeeri tunnetaan kaupallisesti nimellä PVC.

Viitteet

1. Wikipedia. (SF). Polymeeri. Palautettu sivustosta en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kemia, yhdeksäs painos. Meksiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (SF). Johdanto polymeereihin. Haettu osoitteesta chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG ja Arrighi, V. (2007). Polymeerit: Nykyaikaisten materiaalien kemia ja fysiikka, kolmas painos. Palautettu osoitteesta books.google.co.ve
5. Britannica, E. (toinen). Polymeeri. Haettu osoitteesta britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymeerit: tieteen alkuperä ja kasvu. Palautettu osoitteesta books.google.co.ve