Zgodovina polimerov, polimerizacija, vrste, lastnosti in primeri



The polimerov so molekularne spojine, za katere je značilna visoka molska masa (od tisoč do milijonov), ki so sestavljene iz velikega števila enot, imenovanih monomeri, ki se ponavljajo.

Ker so značilne za velike molekule, se te vrste imenujejo makromolekule, ki jim dajejo edinstvene lastnosti in se zelo razlikujejo od tistih, ki so jih opazili v manjših, ki jih je mogoče pripisati le tej vrsti snovi, kot je nagnjenost, ki jo imajo do oblikujejo steklene strukture.

Na enak način, ker spadajo v zelo veliko skupino molekul, se je pojavila potreba po dodelitvi klasifikacije, zato so razdeljeni na dva tipa: polimere naravnega izvora, kot so beljakovine in nukleinske kisline; sintetično proizvodnjo, kot je najlon ali lucit (bolj znana kot pleksi steklo)..

Znanstveniki so začeli z raziskavami znanosti, ki obstaja v polimerih v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, ko so z radovednostjo in zmedenostjo opazili, kako se nekatere snovi obnašajo kot les ali guma. Nato so se znanstveniki tega časa posvetili analiziranju teh spojin, tako prisotnih v vsakdanjem življenju.

Z doseganjem določene ravni razumevanja narave teh vrst bi lahko razumeli njihovo strukturo in napredek pri ustvarjanju makromolekul, ki bi lahko olajšale razvoj in izboljšanje obstoječih materialov ter proizvodnjo novih materialov..

Prav tako je znano, da številni pomembni polimeri v svoji strukturi vsebujejo dušikove ali kisikove atome, vezane na ogljikove atome, ki tvorijo del glavne verige molekule..

Glede na glavne funkcionalne skupine, ki so del monomerov, bodo poimenovane; na primer, če monomer tvori ester, izvira poliester.

Indeks

  • 1 Zgodovina polimerov
    • 1.1
    • 1.2 20. stoletje
    • 1.3 stoletje XXI
  • 2 Polimerizacija
    • 2.1 Polimerizacija z adicijskimi reakcijami
    • 2.2 Polimerizacija s kondenzacijskimi reakcijami
    • 2.3 Druge oblike polimerizacije
  • 3 Vrste polimerov
  • 4 Lastnosti
  • 5 Primeri polimerov
    • 5.1 Polistiren
    • 5.2 Politetrafluoroetilen
    • 5.3 Polivinilklorid
  • 6 Reference

Zgodovina polimerov

Zgodovino polimerov je treba obravnavati, začenši s sklicevanjem na prve polimere, ki jih poznamo.

Na ta način so nekateri materiali naravnega izvora, ki se že od nekdaj pogosto uporabljajo (npr. Celuloza ali usnje), v glavnem sestavljeni iz polimerov..

19. stoletje

V nasprotju s tem, kar bi lahko pomislili, je bila sestava polimerov neznana, da bi jo razkrili pred nekaj stoletji, ko so začeli ugotavljati, kako so se te snovi oblikovale, in celo poskušale vzpostaviti neko metodo za umetno proizvodnjo..

Prvič je bil izraz "polimeri" uporabljen leta 1833, zahvaljujoč švedskemu kemiku Jönsu Jacobu Berzeliusu, ki ga je uporabil za označevanje snovi organske narave, ki imajo enako empirično formulo, vendar imajo različne molarne mase.

Ta znanstvenik je bil odgovoren tudi za kovanje drugih izrazov, kot so "izomer" ali "kataliza"; čeprav je treba opozoriti, da je bil takrat izraz teh izrazov popolnoma drugačen od tistega, kar trenutno pomenijo.

Po nekaterih poskusih za pridobitev sintetičnih polimerov iz transformacije naravnih polimernih vrst je študija teh spojin postajala vse pomembnejša.

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

20. stoletje

Ko smo opazili, da je bila guma topna v topilu organske narave in nato raztopina pokazala nekaj nenavadnih lastnosti, so znanstveniki moteni in niso vedeli, kako jih razložiti..

S temi ugotovitvami sklepamo, da snovi, kot je ta, kažejo obnašanje, ki se zelo razlikuje od manjših molekul, kot bi lahko opazili med preučevanjem gume in njenih lastnosti..

Ugotovili so, da ima proučevana raztopina visoko viskoznost, znatno zmanjšanje zmrziščne točke in osmotski tlak majhne velikosti; s tem je mogoče sklepati, da je bilo več solut z zelo visoko molarno maso, vendar so znanstveniki zavrnili verjeti v to možnost.

Ti pojavi, ki so se pojavili tudi pri nekaterih snoveh, kot sta želatina ali bombaž, so znanstvenike tega časa pripeljali do tega, da so mislili, da so te vrste snovi sestavljene iz agregatov majhnih molekulskih enot, kot je C5H8 ali C10H16, medmolekularne sile.

Čeprav je ta napačna misel ostala nekaj let, je definicija, ki je trajala vse do danes, podelila nemška kemikinja in dobitnica Nobelove nagrade za kemijo Hermann Staudinger..

21. stoletje

Sedanjo opredelitev teh struktur kot makromolekulskih snovi, povezanih s kovalentnimi vezmi, je leta 1920 skoval Staudinger, ki je vztrajal pri pripravi in ​​izvedbi poskusov, dokler ni v naslednjih desetih letih ugotovil te teorije..

Razvoj tako imenovane "polimerne kemije" se je začel in od takrat je zajel le zanimanje raziskovalcev po vsem svetu, pri čemer med stranmi svoje zgodovine štejejo zelo pomembni znanstveniki, med katerimi izstopajo Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, med drugim, poleg prej omenjenih.

Trenutno se polimerne makromolekule preučujejo na različnih znanstvenih področjih, kot so na primer znanost o polimerih ali biofizika, kjer se raziskujejo snovi, ki povezujejo monomere prek kovalentnih vezi z različnimi metodami in nameni..

Seveda se od naravnih polimerov, kot je poliizopren, do tistih sintetičnega izvora, kot je polistiren, uporabljajo zelo pogosto, ne da bi se pri tem odstopali od drugih vrst, kot so silikoni, sestavljeni iz monomerov na osnovi silicija..

Prav tako so mnoge od teh spojin naravnega in sintetičnega izvora sestavljene iz dveh ali več različnih razredov monomerov, pri čemer so te polimerne vrste dobile ime kopolimerov..

Polimerizacija

Da bi se poglobili v vprašanje polimerov, moramo najprej govoriti 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 številnih ponavljajočih se enot, kar povzroča lastnost visoke relativne molekulske mase in druge notranje lastnosti teh.

Torej enote, ki sestavljajo polimere, temeljijo na molekularnih vrstah, ki imajo relativno molekulsko maso majhne velikosti.

V tem vrstnem redu idej izraz polimerizacija velja le za sintetične polimere, natančneje za postopke, ki se uporabljajo za pridobitev te vrste makromolekul..

Zato lahko polimerizacijo definiramo kot kemijsko reakcijo, ki se uporablja v kombinaciji monomerov (ena za drugo) za proizvodnjo ustreznih polimerov iz njih..

Na ta način se sinteza polimerov opravi z dvema vrstama glavnih reakcij: reakcij adicije in reakcij kondenzacije, ki bodo podrobneje opisane spodaj..

Polimerizacija z adicijskimi reakcijami

Ta vrsta polimerizacije ima v strukturi nenasičene molekule, ki imajo v svoji strukturi dvojne ali trojne vezi, zlasti tiste ogljik-ogljik.

Pri teh reakcijah se monomeri medsebojno prepletajo brez izločanja kateregakoli od njihovih atomov, kjer lahko dobimo polimerne vrste, sintetizirane z zlomom ali odprtjem obroča, ne da bi pri tem nastale majhne molekule..

S kinetičnega vidika lahko to polimerizacijo razumemo kot trifazno reakcijo: iniciacijo, širjenje in zaključevanje.

Najprej pride do začetka reakcije, pri čemer se ogrevanje nanaša na molekulo, ki se šteje kot iniciator (označena kot R2) ustvariti dve radikalni vrsti na naslednji način:

R2 → 2R ∙

Če se kot primer uporabi polietilen, potem je naslednji korak razmnoževanje, kjer se reaktivno oblikovan radikal približa etilenski molekuli in nova radikalna vrsta nastane takole:

R + CH2= CH2 → R-CH2-CH2∙

Ta novi radikal se nato kombinira z drugo etilensko molekulo in ta postopek se nadaljuje zaporedno, dokler kombinacija dveh dolgotrajnih radikalov končno ne sproži polietilena, v reakciji znani kot prekinitev..

Polimerizacija s kondenzacijskimi reakcijami

V primeru polimerizacije s kondenzacijskimi reakcijami se običajno pojavi kombinacija dveh različnih monomerov, poleg tega pa sledi izločanje majhne molekule, ki je običajno voda..

Podobno imajo polimeri, ki jih proizvajajo te reakcije, pogosto heteroatome, kot je kisik ali dušik, ki tvorijo del njihove glavne strukture. Prav tako se zgodi, da ponavljajoča se enota, ki predstavlja osnovo svoje 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 plazemska polimerizacija, katere lastnosti se ne ujemajo popolnoma z nobeno od zgoraj opisanih vrst polimerizacije..

Na ta način lahko pride do reakcij polimerizacije sintetičnega izvora, tako pri dodajanju kot pri kondenzaciji, v odsotnosti ali v prisotnosti katalizatorskih vrst..

Kondenzacijska polimerizacija se pogosto uporablja pri proizvodnji mnogih spojin, ki so navadno prisotne v vsakdanjem življenju, kot je dakron (bolj znan kot poliester) ali najlon..

Druge oblike polimerizacije

Poleg teh metod sinteze umetnih polimerov obstaja tudi biološka sinteza, ki je definirana kot področje študije, ki je odgovorno za raziskovanje biopolimerov, ki so razdeljeni v tri glavne kategorije: polinukleotidi, polipeptidi in polisaharidi..

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

V drugih primerih so večina encimov, ki se uporabljajo v biokemični polimerizaciji, beljakovine, ki so polimeri, oblikovani z aminokislinami in so bistveni v veliki večini bioloških procesov..

Poleg biopolimernih snovi, pridobljenih s temi metodami, obstajajo še drugi, ki so zelo pomembni za trgovino, kot je vulkanizirana guma, ki se proizvaja z ogrevanjem gume naravnega izvora v prisotnosti žvepla..

Tako so med sintezami polimerov s kemično modifikacijo polimerov naravnega izvora med postopki končne obdelave, zamreženja in oksidacije..

Vrste polimerov

Vrste polimerov lahko razvrstimo glede na različne značilnosti; Na primer, razvrščajo se v termoplastike, termosete ali elastomere glede na njihov fizični odziv na segrevanje.

Poleg tega lahko, odvisno od vrste monomerov, iz katerih se oblikujejo, postanejo homopolimeri ali kopolimeri.

Na enak način, glede na vrsto polimerizacije, s katero so proizvedeni, so lahko polimeri adicije ali kondenzacije.

Prav tako lahko dobimo naravne ali sintetične polimere glede na njihov izvor; u organski ali anorganski glede na njegovo kemično sestavo.

Lastnosti

- Njegova najpomembnejša značilnost je ponavljajoča se identiteta njenih monomerov kot osnova za njeno strukturo.

- Njegove električne lastnosti se razlikujejo glede na namen uporabe.

- Imajo mehanske lastnosti, kot so elastičnost ali natezna trdnost, ki določajo njihovo makroskopsko obnašanje.

- Nekateri polimeri imajo pomembne optične lastnosti.

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

- Kemijske lastnosti polimerov določajo privlačne interakcije med verigami, ki jih tvorijo.

- Njegove transportne lastnosti so povezane s hitrostjo medmolekularnega gibanja.

- Obnašanje njegovih agregacijskih stanj je povezano z njegovo morfologijo.

Primeri polimerov

Med veliko število obstoječih polimerov so:

Polistiren

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

Politetrafluoroetilen

Bolj znana kot Teflon, se uporablja kot električni izolator, tudi pri izdelavi zvitkov in za premazovanje kuhinjskih pripomočkov.

Polivinilklorid

Uporablja se v proizvodnji kanalov za stene, ploščice, igrače in cevi, ta polimer je komercialno znan kot PVC.

Reference

  1. Wikipedija. (s.f.). Polimer Vzpostavljeno iz en.wikipedia.or
  2. Chang, R. (2007). Kemija, 9. izdaja. Mehika: McGraw-Hill.
  3. LibreTexts. (s.f.). Uvod v polimere. Vzpostavljeno iz chem.libretexts.org
  4. Cowie, J.M. G. in Arrighi, V. (2007). Polimeri: kemija in fizika sodobnih materialov, tretja izdaja. Vzpostavljeno iz books.google.co.ve
  5. Britannica, E. (s.f.). Polimer Vzpostavljeno iz britannica.com
  6. Morawetz, H. (2002). Polimeri: izvor in rast znanosti. Vzpostavljeno iz books.google.co.ve