POLIMERI: ISTORIC, POLIMERIZARE, TIPURI, PROPRIETĂȚI - CHIMIE - 2025

Cei Polimerii sunt compuși moleculari caracterizați prin având o masă molară mare (variind de la mii la milioane) și constau dintr - un număr mare de unități, numite monomeri, care se repetă.

Deoarece au caracteristica de a fi molecule mari, aceste specii se numesc macromolecule, ceea ce le conferă calități unice, care sunt foarte diferite de cele observate la cele mai mici, atribuibile doar acestui tip de substanțe, precum înclinația pe care o au pentru modelarea structurilor de sticlă.

În același mod, deoarece aparțin unui grup foarte mare de molecule, a apărut nevoia de a le acorda o clasificare, pentru care sunt împărțite în două tipuri: polimeri de origine naturală, cum ar fi proteinele și acizii nucleici; și cele de fabricație sintetică, cum ar fi nylonul sau lucitul (mai cunoscut sub numele de Plexiglas).

Savanții și-au început investigațiile despre știința din spatele polimerilor în anii 1920, când au observat cu curiozitate și nedumerire cum se comportă substanțe precum lemnul sau cauciucul. Așadar, oamenii de știință ai vremii au început să analizeze acești compuși atât de prezenți în viața de zi cu zi.

Prin atingerea unui anumit nivel de înțelegere a naturii acestor specii, a fost posibilă înțelegerea structurii lor și avansarea în crearea de macromolecule care ar putea facilita dezvoltarea și îmbunătățirea materialelor existente, precum și producerea de noi materiale.

De asemenea, se știe că numeroși polimeri semnificați conțin atomi de azot sau oxigen în structura lor, legați de atomii de carbon, care fac parte din lanțul principal al moleculei.

În funcție de principalele grupuri funcționale care fac parte din monomeri, li se va da numele; de exemplu, dacă monomerul este format dintr-un ester, se creează un poliester.

Istoricul polimerilor

Istoricul polimerilor trebuie abordat începând cu referiri la primii polimeri cunoscuți.

În acest fel, anumite materiale de origine naturală care au fost utilizate pe scară largă din cele mai vechi timpuri (cum ar fi celuloza sau pielea) sunt formate în principal din polimeri.

Secolul XIX

Contrar a ceea ce s-ar putea crede, compoziția polimerilor a fost o necunoscută până în urmă cu câteva secole, când a început să stabilească modul în care au fost formate aceste substanțe și au căutat chiar să stabilească o metodă pentru a realiza fabricația artificială.

Prima dată când s-a folosit termenul „polimeri” a fost în 1833, datorită chimistului suedez Jöns Jacob Berzelius, care l-a folosit pentru a se referi la substanțe de natură organică care au aceeași formulă empirică, dar care au mase molare diferite.

Acest om de știință a fost, de asemenea, însărcinat cu alcătuirea altor termeni, cum ar fi „izomer” sau „cataliză”; deși trebuie menționat că la acea vreme conceptul acestor expresii era complet diferit de ceea ce înseamnă astăzi.

După unele experimente pentru obținerea polimerilor sintetici din transformarea speciilor polimerice naturale, studiul acestor compuși a căpătat o relevanță mai mare.

Scopul acestor investigații a fost realizarea optimizării proprietăților deja cunoscute ale acestor polimeri și obținerea de noi substanțe care ar putea îndeplini scopuri specifice în diferite domenii ale științei.

Secolul douăzeci

Observând că cauciucul era solubil într-un solvent de natură organică, iar soluția rezultată a prezentat câteva caracteristici neobișnuite, oamenii de știință au fost în cauză și nu au știut să le explice.

Prin aceste observații, ei au dedus că substanțele ca aceasta prezintă un comportament foarte diferit de moleculele mai mici, deoarece au putut observa în timp ce studiau cauciucul și proprietățile sale.

Ei au remarcat că soluția studiată a avut o vâscozitate ridicată, o scădere semnificativă a punctului de îngheț și o presiune osmotică mică; Din aceasta s-ar putea deduce că au existat mai multe soluții cu masă molară foarte mare, dar savanții au refuzat să creadă în această posibilitate.

Aceste fenomene, care au fost , de asemenea , manifestate în unele substanțe , cum ar fi gelatină sau bumbac, realizate oamenii de știință din timp cred că aceste tipuri de substanțe au fost alcătuite din agregate de unități moleculare mici, cum ar fi C ₅ H ₈ sau C ₁₀ H ₁₆ , legat de forțe intermoleculare.

Deși această gândire eronată a rămas câțiva ani, definiția care persistă până în ziua de azi a fost cea care i-a fost dată de chimistul german și câștigător al premiului Nobel pentru chimie, Hermann Staudinger.

Secolul XXI

Definiția actuală a acestor structuri ca substanțe macromoleculare legate de legături covalente a fost inventată în 1920 de Staudinger, care a insistat să conceapă și să conducă experimente până când a găsit dovezi pentru această teorie în următorii zece ani.

Dezvoltarea așa-numitei „chimii polimerice” a început și, de atunci, nu a reușit decât să capteze interesul cercetătorilor din întreaga lume, numărând printre paginile istoriei sale oameni de știință foarte importanți, printre care Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, printre altele, pe lângă cele numite anterior.

În prezent, macromoleculele polimerice sunt studiate în diferite domenii științifice, cum ar fi știința polimerului sau biofizica, unde sunt investigate substanțele rezultate din legarea monomerilor prin legături covalente cu diferite metode și scopuri.

Cu siguranță, de la polimeri naturali, cum ar fi polisoprenul, la cei de origine sintetică, cum ar fi polistirenul, sunt utilizați foarte frecvent, fără a diminua importanța altor specii, cum ar fi silicoanele, alcătuite din monomeri pe bază de siliciu.

De asemenea, o mare parte din acești compuși de origine naturală și sintetică sunt alcătuiți din două sau mai multe clase diferite de monomeri, acestor specii polimerice li sa dat numele de copolimeri.

polimerizarea

Pentru a ne aprofunda în subiectul polimerilor, trebuie să începem vorbind despre originea cuvântului polimer, care provine din termenii greci polys, care înseamnă „mult”; și simplu, care se referă la „părțile” de ceva.

Acest termen este utilizat pentru a desemna compuși moleculari care au o structură formată din multe unități repetate, ceea ce determină proprietatea unei mase moleculare relative mari și a altor caracteristici intrinseci ale acestora.

Deci unitățile care alcătuiesc polimeri se bazează pe specii moleculare care au o masă moleculară relativ mică.

În această ordine de idei, termenul de polimerizare se aplică numai polimerilor sintetici, mai precis procedeelor ​​utilizate pentru obținerea acestui tip de macromolecule.

Prin urmare, polimerizarea poate fi definită drept reacția chimică care este utilizată în combinația de monomeri (unul câteodată) pentru a produce, din aceștia, polimeri corespunzători.

Astfel, sinteza polimerilor se realizează prin două tipuri principale de reacții: reacții de adăugare și reacții de condensare, care vor fi descrise în detaliu mai jos.

Polimerizarea prin reacții de adăugare

Acest tip de polimerizare are participarea moleculelor nesaturate care au legături duble sau triple în structura lor, în special a carbonului-carbonului.

În aceste reacții, monomerii suferă combinații între ele fără a elimina niciunul dintre atomii lor, unde speciile polimerice sintetizate prin ruperea sau deschiderea inelului pot fi obținute fără a genera eliminarea moleculelor mici.

Din punct de vedere cinetic, această polimerizare poate fi văzută ca o reacție în trei etape: inițierea, propagarea și încheierea.

În primul rând, inițierea reacției are loc, în care încălzirea este aplicată la o moleculă considerată drept inițiator (notat cu R ₂ ) pentru a genera două specii de radicali , după cum urmează:

R ₂ → 2R ∙

Dacă se folosește ca exemplu producția de polietilenă, atunci următorul pas este propagarea, în care radicalul reactiv format se ocupă cu o moleculă de etilenă și o nouă specie radicală este formată după cum urmează:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ CH ₂ ∙

Acest nou radical este ulterior combinat cu o altă moleculă de etilenă și acest proces continuă succesiv până la combinarea a doi radicali cu lanț lung pentru a da naștere în cele din urmă la polietilenă, în reacția cunoscută sub numele de terminare.

Polimerizarea prin reacții de condensare

În cazul polimerizării prin reacții de condensare, combinația a doi monomeri diferiți are loc în general, pe lângă eliminarea în consecință a unei molecule mici, care este în general apă.

În mod similar, polimerii produși de aceste reacții au adesea heteroatomi, cum ar fi oxigenul sau azotul, ca parte a coloanei vertebrale. Se întâmplă, de asemenea, că unitatea repetantă care reprezintă baza lanțului său nu are toți atomii care se află în monomerul în care ar putea fi degradat.

Pe de altă parte, există metode care au fost dezvoltate mai recent, printre care se evidențiază polimerizarea plasmatică, ale căror caracteristici nu sunt în concordanță cu niciunul dintre tipurile de polimerizare explicate mai sus.

În acest fel, reacțiile de polimerizare de origine sintetică, atât cele de adiție, cât și cele de condensare, pot apărea în absența sau în prezența unei specii de catalizator.

Polimerizarea condensului este utilizată pe scară largă la fabricarea multor compuși des întâlniți în viața de zi cu zi, cum ar fi dacronul (mai cunoscut sub numele de poliester) sau nylon.

Alte forme de polimerizare

Pe lângă aceste metode de sinteză polimerică artificială, există și sinteza biologică, care este definită ca aria de studiu care este responsabilă pentru cercetarea biopolimerilor, care sunt împărțite în trei categorii principale: polinucleotide, polipeptide și polizaharide.

În organismele vii, sinteza poate fi realizată în mod natural, prin procese care implică prezența catalizatorilor cum ar fi enzima polimerazei în producerea de polimeri cum ar fi acidul dezoxiribonucleic (ADN).

În alte cazuri, majoritatea enzimelor utilizate în polimerizarea biochimică sunt proteine, care sunt polimeri formați pe baza aminoacizilor și care sunt esențiali în marea majoritate a proceselor biologice.

În plus față de substanțele biopolimerice obținute prin aceste metode, există și alte relevanțe comerciale, cum ar fi cauciucul vulcanizat care este produs prin încălzirea cauciucului de origine naturală în prezența sulfului.

Astfel, printre tehnicile utilizate pentru sinteza polimerului prin modificarea chimică a polimerilor de origine naturală se numără finisarea, reticularea și oxidarea.

Tipuri de polimeri

Tipurile de polimeri pot fi clasificate în funcție de diferite caracteristici; de exemplu, acestea sunt clasificate în termoplastici, termoseturi sau elastomeri în funcție de răspunsul lor fizic la încălzire.

Mai mult, în funcție de tipul de monomeri din care sunt formați, aceștia pot fi homopolimeri sau copolimeri.

În mod similar, în funcție de tipul de polimerizare prin care sunt produși, aceștia pot fi polimeri de adiție sau condens.

De asemenea, pot fi obținuți polimeri naturali sau sintetici în funcție de originea lor; sau organice sau anorganice în funcție de compoziția sa chimică.

Proprietăți

- Caracteristica sa cea mai notabilă este identitatea repetitivă a monomerilor săi ca bază a structurii sale.

- Proprietățile sale electrice variază în funcție de scopul său.

- Prezintă proprietăți mecanice precum elasticitatea sau rezistența la tracțiune, care definesc comportamentul lor macroscopic.

- Unii polimeri prezintă proprietăți optice importante.

- Microstructura pe care o afectează în mod direct celelalte proprietăți ale acestora.

- Caracteristicile chimice ale polimerilor sunt determinate de interacțiunile atractive dintre lanțurile care le formează.

- Proprietățile sale de transport sunt relative la viteza de mișcare intermoleculară.

- Comportamentul stărilor sale de agregare este legat de morfologia sa.

Exemple de polimeri

Printre numărul mare de polimeri care există sunt următoarele:

polistiren

Folosit în containere de diferite tipuri, precum și în containere care sunt utilizate ca izolatori termici (pentru răcirea apei sau depozitarea gheții) și chiar în jucării.

politetrafluoretilenă

Mai bine cunoscut sub numele de Teflon, este folosit ca izolator electric, tot la fabricarea de role și la acoperirea ustensilelor de bucătărie.

Clorura de polivinil

Folosit pentru producerea de canale de perete, dale, jucării și țevi, acest polimer este cunoscut comercial ca PVC.

Referințe

1. Wikipedia. (Sf). Polimer. Recuperat din en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chimie, ediția a noua. Mexic: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (Sf). Introducere în polimeri. Preluat de la chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG și Arrighi, V. (2007). Polimeri: chimie și fizica materialelor moderne, ediția a treia. Recuperat din books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polimer. Preluat de pe britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polimeri: originile și creșterea unei științe. Recuperat din books.google.co.ve