POLYMÉRY: HISTÓRIA, POLYMERIZÁCIA, TYPY, VLASTNOSTI - CHÉMIA - 2025

Tieto polyméry sú molekulárne zlúčeniny, charakterizované tým, že majú vysokú molekulovou hmotnosťou (v rozmedzí od tisíc až milióny) a skladajú sa z veľkého počtu jednotiek, nazývaných monoméry, ktoré sa opakujú.

Pretože sa vyznačujú tým, že sú to veľké molekuly, nazývajú sa tieto druhy makromolekúl, čo im dáva jedinečné vlastnosti, ktoré sa veľmi líšia od tých, ktoré sa pozorujú v menších, ktoré možno pripísať iba tomuto typu látok, napríklad náchylnosť, ktorú majú k tvarovanie sklenených štruktúr.

Rovnakým spôsobom, keďže patria do veľmi veľkej skupiny molekúl, vznikla potreba klasifikácie, pre ktorú sú rozdelené na dva typy: polyméry prírodného pôvodu, ako sú proteíny a nukleové kyseliny; a syntetické výrobky, ako je nylon alebo lucit (lepšie známy ako plexisklo).

Vedci začali skúmať vedu o polyméroch v 20. rokoch 20. storočia, keď so zvedavosťou a zmätením pozorovali, ako sa správajú látky ako drevo alebo guma. Vedci tej doby začali analyzovať tieto zlúčeniny, ktoré sa vyskytujú v každodennom živote.

Dosiahnutím určitej úrovne porozumenia o povahe týchto druhov bolo možné pochopiť ich štruktúru a pokrok vo vytváraní makromolekúl, ktoré by mohli uľahčiť vývoj a zdokonaľovanie existujúcich materiálov, ako aj výrobu nových materiálov.

Podobne je známe, že mnoho významných polymérov obsahuje vo svojej štruktúre atómy dusíka alebo kyslíka, ktoré sú spojené s atómami uhlíka, ktoré tvoria súčasť hlavného reťazca molekuly.

V závislosti od hlavných funkčných skupín, ktoré sú súčasťou monomérov, dostanú ich názvy; ak je napríklad monomér tvorený esterom, vytvorí sa polyester.

História polymérov

K histórii polymérov sa treba priblížiť počnúc odkazmi na prvé známe polyméry.

Týmto spôsobom sa určité materiály prírodného pôvodu, ktoré sa od staroveku bežne používajú (napríklad celulóza alebo koža), skladajú hlavne z polymérov.

XIX storočia

Na rozdiel od toho, čo by sa mohlo zdať, zloženie polymérov bolo neznáme až pred pár storočiami, keď sa začalo určovať, ako sa tieto látky tvorili, a dokonca sa snažili vytvoriť metódu na dosiahnutie umelej výroby.

Prvýkrát sa termín „polyméry“ používal v roku 1833, a to vďaka švédskemu chemikovi Jönsovi Jacobovi Berzeliusovi, ktorý ho používal na označenie látok organickej povahy, ktoré majú rovnaký empirický vzorec, ale majú odlišné molárne hmotnosti.

Tento vedec mal na starosti aj razenie iných pojmov, napríklad „izomér“ alebo „katalýza“; treba však poznamenať, že v tom čase bol pojem týchto výrazov úplne odlišný od toho, čo znamenajú dnes.

Po niekoľkých pokusoch na získanie syntetických polymérov z transformácie prírodných polymérnych druhov získalo štúdium týchto zlúčenín väčší význam.

Účelom týchto výskumov bolo dosiahnuť optimalizáciu už známych vlastností týchto polymérov a získanie nových látok, ktoré by mohli plniť špecifické účely v rôznych vedných odboroch.

Dvadsiate storočie

Vedci zistili, že guma je rozpustná v rozpúšťadle organickej povahy a že výsledný roztok mal určité neobvyklé vlastnosti, vedci sa obávali a nevedeli ich vysvetliť.

Na základe týchto pozorovaní vyvodili, že takéto látky sa vyznačujú veľmi odlišným chovaním ako menšie molekuly, ktoré boli schopné pozorovať pri štúdiu gumy a jej vlastností.

Zistili, že študované riešenie malo vysokú viskozitu, významné zníženie teploty tuhnutia a malý osmotický tlak; Z toho je možné odvodiť, že existuje niekoľko solutov s veľmi vysokou molárnou hmotou, ale vedci odmietli veriť v túto možnosť.

Tieto javy, ktoré sa prejavili u niektorých látok, ako je želatína alebo bavlny, z vedcov času si, že tieto druhy látok boli tvorené agregáty malých molekulárnych jednotiek, ako sú napríklad C ₅ H ₈ alebo C ₁₀ H ₁₆ , viazané medzimolekulárnymi silami.

Aj keď toto nesprávne myslenie pretrvávalo niekoľko rokov, definícia, ktorá pretrváva dodnes, bola definíciou nemeckého chemika a víťaza Nobelovej ceny za chémiu Hermanna Staudingera.

XXI storočia

Súčasnú definíciu týchto štruktúr ako makromolekulárnych látok spojených kovalentnými väzbami vytvoril v roku 1920 Staudinger, ktorý trval na navrhovaní a uskutočňovaní experimentov, až kým v nasledujúcich desiatich rokoch nenájde dôkazy pre túto teóriu.

Začal sa vývoj takzvanej „polymérnej chémie“ a odvtedy zaujíma len vedcov z celého sveta, pričom medzi stránky svojej histórie patrí veľmi dôležitý vedec vrátane Giulia Natty, Karla Zieglera, Charles Goodyear, okrem iných, okrem už uvedených.

V súčasnosti sa polymérne makromolekuly študujú v rôznych vedeckých oblastiach, ako je veda o polyméroch alebo biofyzika, kde sa skúmajú látky, ktoré sú výsledkom spojenia monomérov prostredníctvom kovalentných väzieb s rôznymi metódami a účelmi.

Od prírodných polymérov, ako je polyizoprén, až po polyméry syntetického pôvodu, ako je polystyrén, sa určite používajú veľmi často bez toho, aby sa znížila dôležitosť iných druhov, ako sú silikóny, vyrobené z monomérov na báze kremíka.

Veľká časť týchto zlúčenín prírodného a syntetického pôvodu je tiež vyrobená z dvoch alebo viacerých rôznych tried monomérov, pričom tieto polymérne druhy majú názov kopolymérov.

polymerizácie

Aby sme sa ponorili do témy polymérov, musíme začať hovoriť o pôvode slova polymér, ktorý pochádza z gréckych výrazov polys, čo znamená „veľa“; a iba to, čo sa týka „častí“ niečoho.

Tento výraz sa používa na označenie molekulárnych zlúčenín, ktoré majú štruktúru tvorenú mnohými opakujúcimi sa jednotkami, čo spôsobuje vlastnosť vysokej relatívnej molekulovej hmotnosti a ďalšie ich vlastné vlastnosti.

Jednotky, ktoré tvoria polyméry, sú teda založené na molekulárnych druhoch, ktoré majú relatívne malú relatívnu molekulovú hmotnosť.

V tomto zmysle sa termín polymerizácia vzťahuje iba na syntetické polyméry, konkrétnejšie na procesy používané na získanie tohto typu makromolekúl.

Polymerizácia sa preto môže definovať ako chemická reakcia, ktorá sa používa v kombinácii monomérov (jeden po druhom), z ktorých sa z nich vyrábajú zodpovedajúce polyméry.

Syntéza polymérov sa teda uskutočňuje dvoma hlavnými typmi reakcií: adičnými reakciami a kondenzačnými reakciami, ktoré budú podrobnejšie opísané ďalej.

Polymerizácia adičnými reakciami

Tento typ polymerizácie má účasť nenasýtených molekúl, ktoré majú dvojitú alebo trojitú väzbu vo svojej štruktúre, najmä väzieb uhlík-uhlík.

Pri týchto reakciách sa monoméry vzájomne kombinujú bez toho, aby došlo k eliminácii ktoréhokoľvek z ich atómov, pričom je možné získať polymérne látky syntetizované rozbitím alebo otvorením kruhu bez toho, aby došlo k eliminácii malých molekúl.

Z kinetického hľadiska je táto polymerizácia viditeľná ako trojkroková reakcia: iniciácia, množenie a ukončenie.

Po prvé, iniciácie reakcie dôjde, v ktorom je vykurovací aplikuje na molekulu považovaný ako iniciátor (označované ako R ₂ ) na generovanie dvoch radikálny druhy takto:

R ₂ → 2R ∙

Ak sa ako príklad použije výroba polyetylénu, potom sa v ďalšom kroku uskutoční propagácia, kde vzniknutý reaktívny radikál reaguje s molekulou etylénu a vytvorí sa nový radikálový druh:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Tento nový radikál sa následne skombinuje s inou molekulou etylénu a tento proces pokračuje postupne, až kým kombinácia dvoch radikálov s dlhým reťazcom konečne nevytvorí polyetylén v reakcii známej ako ukončenie.

Polymerizácia kondenzačnými reakciami

V prípade polymerizácie kondenzačnými reakciami sa zvyčajne vyskytuje kombinácia dvoch rôznych monomérov, okrem následného odstránenia malej molekuly, ktorou je zvyčajne voda.

Podobne polyméry produkované týmito reakciami často obsahujú heteroatómy, ako napríklad kyslík alebo dusík, ako súčasť svojho hlavného reťazca. Stáva sa tiež, že opakujúca sa jednotka, ktorá predstavuje bázu svojho reťazca, nemá všetky atómy, ktoré sú v monoméri, na ktoré by mohla byť degradovaná.

Na druhej strane existujú nedávno vyvinuté metódy, medzi ktorými vyniká plazmová polymerizácia, ktorej vlastnosti úplne nezodpovedajú žiadnemu z vyššie uvedených typov polymerizácie.

Týmto spôsobom môžu polymerizačné reakcie syntetického pôvodu, tak adičné, ako aj kondenzačné, prebiehať v neprítomnosti alebo v prítomnosti katalyzátora.

Kondenzačná polymerizácia sa široko používa pri výrobe mnohých zlúčenín bežne sa vyskytujúcich v každodennom živote, ako je dakron (lepšie známy ako polyester) alebo nylon.

Iné formy polymerizácie

Okrem týchto syntetických metód syntézy polymérov existuje aj biologická syntéza, ktorá je definovaná ako oblasť štúdia zodpovedná za výskum biopolymérov, ktoré sú rozdelené do troch hlavných kategórií: polynukleotidy, polypeptidy a polysacharidy.

V živých organizmoch sa syntéza môže uskutočňovať prirodzene prostredníctvom procesov, ktoré zahŕňajú prítomnosť katalyzátorov, ako je napríklad polymerázový enzým, pri výrobe polymérov, ako je kyselina deoxyribonukleová (DNA).

V iných prípadoch väčšina enzýmov používaných v biochemickej polymerizácii sú proteíny, ktoré sú polymérmi tvorenými na základe aminokyselín a ktoré sú nevyhnutné vo veľkej väčšine biologických procesov.

Okrem biopolymérnych látok získaných týmito metódami existujú ďalšie komerčne významné látky, napríklad vulkanizovaný kaučuk, ktorý sa vyrába zahrievaním kaučuku prírodného pôvodu v prítomnosti síry.

Medzi techniky používané na syntézu polymérov chemickou modifikáciou polymérov prírodného pôvodu patria teda konečná úprava, zosieťovanie a oxidácia.

Druhy polymérov

Typy polymérov môžu byť klasifikované podľa rôznych charakteristík; napríklad sú klasifikované do termoplastov, termosetov alebo elastomérov podľa ich fyzickej odozvy na zahrievanie.

Ďalej v závislosti od typu monomérov, z ktorých sú tvorené, môžu to byť homopolyméry alebo kopolyméry.

Podobne, podľa druhu polymerizácie, ktorou sa vyrábajú, môžu to byť adičné alebo kondenzačné polyméry.

Podobne je možné získať prírodné alebo syntetické polyméry v závislosti od ich pôvodu; alebo organické alebo anorganické v závislosti od chemického zloženia.

vlastnosti

- Najvýraznejšou vlastnosťou je opakujúca sa identita monomérov ako základ jeho štruktúry.

- Jeho elektrické vlastnosti sa líšia v závislosti od jeho účelu.

- Vykazujú mechanické vlastnosti, ako je elasticita alebo odolnosť proti ťahu, ktoré určujú ich makroskopické správanie.

- Niektoré polyméry vykazujú dôležité optické vlastnosti.

- Mikroštruktúra, ktorú priamo ovplyvňujú ich ďalšie vlastnosti.

- Chemické vlastnosti polymérov sú určené atraktívnymi interakciami medzi reťazcami, ktoré ich tvoria.

- Jeho prepravné vlastnosti sú relatívne k rýchlosti medzimolekulového pohybu.

- Správanie sa stavov agregácie súvisí s jeho morfológiou.

Príklady polymérov

Medzi veľké množstvo polymérov, ktoré existujú, patria:

polystyrén

Používa sa v nádobách rôznych typov, ako aj v nádobách, ktoré sa používajú ako tepelné izolátory (na chladenie vody alebo na uchovávanie ľadu), a dokonca aj v hračkách.

polytetrafluorethylen

Lepšie sa nazýva teflón a používa sa ako elektrický izolátor, tiež pri výrobe valcov a na natieranie kuchynského náčinia.

Polyvinylchlorid

Tento polymér, ktorý sa používa na výrobu nástenných kanálov, dlaždíc, hračiek a rúrok, je komerčne známy ako PVC.

Referencie

1. Wikipedia. (SF). Polymer. Obnovené z en.wikipedia.alebo
2. Chang, R. (2007). Chémia, deviate vydanie. Mexiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (SF). Úvod do polymérov. Zdroj: chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG a Arrighi, V. (2007). Polyméry: chémia a fyzika moderných materiálov, tretie vydanie. Obnovené z books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polymer. Zdroj: britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polyméry: Počiatky a rast vedy. Obnovené z books.google.co.ve