POLYMERER: HISTORIE, POLYMERISATION, TYPER, EGENSKABER - KEMI - 2025

De polymerer er molekylære forbindelser kendetegnet ved at have en høj molekylmasse (fra tusinder til millioner) og består af et stort antal enheder, der kaldes monomerer, som gentages.

Fordi de har karakteristika ved at være store molekyler, kaldes disse arter makromolekyler, hvilket giver dem unikke egenskaber, der er meget forskellige fra dem, der observeres i mindre, kun henføres til denne type stoffer, såsom den tilbøjelighed, de har til formning af glasstrukturer.

På samme måde, da de hører til en meget stor gruppe af molekyler, opstod behovet for at give dem en klassificering, for hvilken de er opdelt i to typer: polymerer af naturlig oprindelse, såsom proteiner og nukleinsyrer; og dem til syntetisk fremstilling, såsom nylon eller lucit (bedre kendt som Plexiglas).

Forskere indledte deres undersøgelser af videnskaben bag polymerer i 1920'erne, da de med nysgerrighed og forvirring observerede, hvordan stoffer som træ eller gummi opfører sig. Så tidens forskere begyndte at analysere disse forbindelser, der var så til stede i hverdagen.

Ved at nå et vist niveau af forståelse for arten af ​​disse arter var det muligt at forstå deres struktur og gå videre i oprettelsen af ​​makromolekyler, der kunne lette udvikling og forbedring af eksisterende materialer samt produktion af nye materialer.

Ligeledes er det kendt, at adskillige markante polymerer indeholder nitrogen- eller oxygenatomer i deres struktur, bundet til carbonatomer, der udgør en del af molekylets hovedkæde.

Afhængig af de vigtigste funktionelle grupper, der er en del af monomererne, får de deres navne; for eksempel, hvis monomeren dannes af en ester, dannes en polyester.

Polymerers historie

Polymerernes historie skal tilgodeses med utgangspunkt i henvisninger til de første kendte polymerer.

På denne måde består visse materialer af naturlig oprindelse, der er blevet brugt meget siden oldtiden (som cellulose eller læder) hovedsageligt af polymerer.

XIX århundrede

I modsætning til hvad man kunne tro, var sammensætningen af ​​polymerer en ukendt indtil for et par århundreder siden, da det begyndte at bestemme, hvordan disse stoffer blev dannet, og de forsøgte endda at etablere en metode til at opnå kunstig fremstilling.

Første gang udtrykket "polymerer" blev brugt var i 1833 takket være den svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius, der brugte det til at henvise til stoffer af en organisk art, der har den samme empiriske formel, men har forskellige molmasser.

Denne videnskabsmand var også ansvarlig for at opfatte andre udtryk, såsom "isomer" eller "katalyse"; skønt det skal bemærkes, at begrebet disse udtryk på det tidspunkt var helt anderledes end hvad de betyder i dag.

Efter nogle eksperimenter til opnåelse af syntetiske polymerer fra omdannelsen af ​​naturlige polymere arter, blev undersøgelsen af ​​disse forbindelser mere relevant.

Formålet med disse undersøgelser var at opnå optimering af de allerede kendte egenskaber ved disse polymerer og opnåelse af nye stoffer, der kunne opfylde specifikke formål inden for forskellige videnskabelige områder.

Tyvende århundrede

Iagttagelse af, at gummien var opløselig i et opløsningsmiddel af organisk art, og at den resulterende opløsning udviste nogle usædvanlige egenskaber, var forskerne bekymrede og vidste ikke, hvordan de skulle forklare dem.

Gennem disse observationer udledte de, at stoffer som denne udviser en meget anden opførsel end mindre molekyler, da de var i stand til at observere, mens de studerede gummi og dens egenskaber.

De bemærkede, at den undersøgte opløsning havde høj viskositet, et markant fald i frysepunktet og et lille osmotisk tryk; Fra dette kunne det udledes, at der var flere opløsninger med meget høj molmasse, men lærde nægtede at tro på denne mulighed.

Disse fænomener, som også manifesteredes i nogle stoffer som gelatin eller bomuld, fik datidens videnskabsmænd til at tro, at disse typer stoffer var sammensat af aggregater af små molekylære enheder, såsom C ₅ H ₈ eller C ₁₀ H ₁₆, bundet af intermolekylære kræfter.

Selvom denne forkerte tankegang forblev i nogle år, var definitionen, der fortsætter i dag, den, der blev givet den af ​​den tyske kemiker og vinder af Nobelprisen i kemi, Hermann Staudinger.

XXI århundrede

Den nuværende definition af disse strukturer som makromolekylære stoffer forbundet med kovalente bindinger blev myntet i 1920 af Staudinger, der insisterede på at udtænke og udføre eksperimenter, indtil han fandt bevis for denne teori i løbet af de næste ti år.

Udviklingen af ​​den såkaldte ”polymerkemi” begyndte, og siden da har den kun fanget forskernes interesse for hele verden, idet de blandt siderne i dens historie tæller meget vigtige videnskabsmænd, herunder Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear blandt andet ud over de tidligere nævnte.

På nuværende tidspunkt studeres polymere makromolekyler inden for forskellige videnskabelige områder, såsom polymervidenskab eller biofysik, hvor stoffer, der er resultatet af at forbinde monomerer gennem kovalente bindinger med forskellige metoder og formål, undersøges.

Fra naturlige polymerer såsom polyisopren til dem af syntetisk oprindelse, såsom polystyren, bruges de bestemt meget ofte uden at mindske betydningen af ​​andre arter såsom siliconer, der består af monomerer baseret på silicium.

Endvidere består en stor del af disse forbindelser af naturlig og syntetisk oprindelse af to eller flere forskellige klasser af monomerer, disse polymere arter har fået navnet copolymerer.

polymerisation

For at uddybe emnet polymere, må vi begynde med at tale om oprindelsen af ​​ordet polymer, der kommer fra de græske udtryk polys, der betyder "meget"; og blot, der henviser til "dele" af noget.

Dette udtryk bruges til at betegne molekylære forbindelser, der har en struktur, der består af mange gentagende enheder, hvilket medfører egenskaberne ved en høj relativ molekylmasse og andre iboende egenskaber ved disse.

Således er enhederne, der udgør polymerer, baseret på molekylære arter, der har en relativt lille relativ molekylmasse.

I denne vene gælder udtrykket polymerisation kun for syntetiske polymerer, nærmere bestemt de processer, der anvendes til at opnå denne type makromolekyler.

Derfor kan polymerisation defineres som den kemiske reaktion, der anvendes i kombinationen af ​​monomerer (en ad gangen) til fra disse at frembringe de tilsvarende polymerer.

Syntesen af ​​polymerer udføres således gennem to hovedtyper af reaktioner: additionsreaktioner og kondensationsreaktioner, som vil blive beskrevet detaljeret nedenfor.

Polymerisation ved tilsætningsreaktioner

Denne type polymerisation har deltagelse af umættede molekyler, der har dobbelt- eller tredobbeltbindinger i deres struktur, især kulstof-kulstof.

I disse reaktioner gennemgår monomerer kombinationer med hinanden uden eliminering af noget af deres atomer, hvor de polymere arter, der er syntetiseret ved at bryde eller åbne ringen, kan opnås uden at generere eliminering af små molekyler.

Fra et kinetisk synspunkt kan denne polymerisation ses som en tretrinsreaktion: initiering, forplantning og afslutning.

Dels indledningen af reaktionen foregår, ved hvilken varme påføres til et molekyle betragtes som initiator (betegnet R ₂) for at danne to radikaler som følger:

R ₂ → 2R ∙

Hvis produktionen af ​​polyethylen bruges som et eksempel, er det næste trin forplantning, hvor den dannede reaktive radikal tackler et ethylenmolekyle, og en ny radikal art dannes som følger:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Denne nye gruppe kombineres derefter med et andet ethylenmolekyle, og denne proces fortsætter successivt, indtil kombinationen af ​​to langkædede radikaler til endelig giver anledning til polyethylen, i reaktionen kendt som afslutning.

Polymerisation ved kondensationsreaktioner

I tilfælde af polymerisation gennem kondensationsreaktioner forekommer kombinationen af ​​to forskellige monomerer generelt, ud over den deraf følgende eliminering af et lille molekyle, der generelt er vand.

På lignende måde har polymerer produceret ved disse reaktioner ofte heteroatomer, såsom ilt eller nitrogen, som en del af deres rygrad. Det sker også, at den gentagne enhed, der repræsenterer basen i dens kæde, ikke har alle de atomer, der er i den monomer, hvortil den kunne nedbrydes.

På den anden side er der metoder, der er blevet udviklet for nylig, blandt hvilke plasma-polymerisation skiller sig ud, hvis egenskaber ikke stemmer overens med nogen af ​​de ovenfor nævnte polymerisationstyper.

På denne måde kan polymerisationsreaktioner af syntetisk oprindelse, både reaktioner med tilsætning og kondensation, forekomme i fravær eller i nærvær af en katalysatorart.

Kondensationspolymerisation er vidt brugt til fremstilling af mange forbindelser, der ofte findes i hverdagen, såsom dacron (bedre kendt som polyester) eller nylon.

Andre former for polymerisation

Ud over disse kunstige polymersyntesemetoder er der også biologisk syntese, der er defineret som det undersøgelsesområde, der er ansvarlig for forskning i biopolymerer, der er opdelt i tre hovedkategorier: polynukleotider, polypeptider og polysaccharider.

I levende organismer kan syntese udføres naturligt gennem processer, der involverer tilstedeværelsen af ​​katalysatorer, såsom polymerase-enzymet i produktionen af ​​polymerer, såsom deoxyribonukleinsyre (DNA).

I andre tilfælde er de fleste af de enzymer, der anvendes til biokemisk polymerisation, proteiner, som er polymerer dannet på basis af aminosyrer, og som er væsentlige i langt de fleste biologiske processer.

Ud over de biopolymeriske stoffer, der opnås ved disse metoder, er der andre af stor kommerciel relevans, såsom vulkaniseret gummi, der produceres ved opvarmning af gummi af naturlig oprindelse i nærværelse af svovl.

Blandt de teknikker, der er anvendt til polymersyntese gennem kemisk modifikation af polymerer af naturlig oprindelse, er efterbehandling, tværbinding og oxidation således.

Typer af polymerer

Polymertyperne kan klassificeres efter forskellige egenskaber; for eksempel klassificeres de i termoplast, termohærd eller elastomerer i henhold til deres fysiske reaktion på opvarmning.

Afhængigt af typen af ​​monomerer, hvorfra de dannes, kan de endvidere være homopolymerer eller copolymerer.

I overensstemmelse med den type polymerisation, hvormed de produceres, kan de ligeledes være additions- eller kondensationspolymerer.

Ligeledes kan naturlige eller syntetiske polymerer opnås afhængigt af deres oprindelse; eller organisk eller uorganisk afhængig af dens kemiske sammensætning.

Ejendomme

- Dets mest bemærkelsesværdige egenskab er den gentagne identitet af dens monomerer som grundlag for dens struktur.

- Dets elektriske egenskaber varierer afhængigt af dens formål.

- De præsenterer mekaniske egenskaber, såsom elasticitet eller modstand mod trækkraft, som definerer deres makroskopiske opførsel.

- Nogle polymerer udviser vigtige optiske egenskaber.

- Den mikrostruktur, de har, påvirker deres andre egenskaber direkte.

- De kemiske egenskaber ved polymerer bestemmes af de attraktive interaktioner mellem kæderne, der danner dem.

- Dens transportegenskaber er relativt til hastigheden af ​​intermolekylær bevægelse.

- Opførslen af ​​dens aggregeringstilstande er relateret til dens morfologi.

Eksempler på polymerer

Blandt det store antal af polymerer, der findes, er følgende:

Polystyren

Anvendes i containere af forskellige typer såvel som i containere, der bruges som varmeisolatorer (til at køle vand eller opbevare is) og endda i legetøj.

polytetrafluorethylen

Bedre kendt som Teflon bruges det som en elektrisk isolator, også til fremstilling af ruller og til belægning af køkkenudstyr.

Polyvinylchlorid

Anvendt til produktion af vægkanaler, fliser, legetøj og rør, er denne polymer kommercielt kendt som PVC.

Referencer

1. Wikipedia. (Sf). Polymer. Gendannet fra en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kemi, niende udgave. Mexico: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (Sf). Introduktion til polymere. Hentet fra chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG og Arrighi, V. (2007). Polymere: Kemi og fysik i moderne materialer, tredje udgave. Gendannes fra books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polymer. Hentet fra britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymerer: Et videnskabs oprindelse og vækst. Gendannes fra books.google.co.ve