POLYMERER: HISTORIE, POLYMERISASJON, TYPER, EGENSKAPER - KJEMI - 2026

De polymerer som er molekylære forbindelser som er kjennetegnet ved å ha en høy molekylvekt (som strekker seg fra flere tusen til flere millioner) og består av et stort antall enheter, kalt monomerer, som blir gjentatt.

Fordi de har kjennetegn ved å være store molekyler, kalles disse artene makromolekyler, noe som gir dem unike egenskaper som er veldig forskjellige fra de som er observert i mindre, bare tilskrives denne typen stoffer, som tilbøyeligheten de har for forme glassstrukturer.

På samme måte, da de tilhører en veldig mangfoldig gruppe molekyler, oppstod behovet for å gi dem en klassifisering, og det er grunnen til at de er delt inn i to typer: polymerer av naturlig opprinnelse, for eksempel proteiner og nukleinsyrer; og syntetisk produksjon, så som nylon eller lucitt (bedre kjent som pleksiglas).

Forskere begynte sine undersøkelser av vitenskapen bak polymerer på 1920-tallet, da de med nysgjerrighet og forvirring observerte hvordan stoffer som tre eller gummi oppfører seg. Datoen forskere begynte å analysere disse forbindelsene så til stede i hverdagen.

Ved å nå et visst nivå av forståelse om arten av disse artene, var det mulig å forstå deres struktur og avansere i opprettelsen av makromolekyler som kunne lette utvikling og forbedring av eksisterende materialer, samt produksjon av nye materialer.

På samme måte er det kjent at mange betydelige polymerer inneholder nitrogen- eller oksygenatomer i deres struktur, bundet til karbonatomer, og utgjør en del av molekylets hovedkjede.

Avhengig av de viktigste funksjonelle gruppene som er en del av monomerer, vil de få navnene deres; for eksempel, hvis monomeren dannes av en ester, opprettes en polyester.

Polymerers historie

Polymerers historie må tilnærmes med utgangspunkt i referanser til de første kjente polymerene.

På denne måten er visse materialer med naturlig opprinnelse som har vært mye brukt siden antikken (for eksempel cellulose eller lær) hovedsakelig sammensatt av polymerer.

XIX århundre

I motsetning til hva man skulle tro, var sammensetningen av polymerer en ukjent før et par århundrer siden, da det begynte å bestemme hvordan disse stoffene ble dannet, og de prøvde til og med å etablere en metode for å oppnå kunstig fremstilling.

Første gang begrepet "polymerer" ble brukt var i 1833, takket være den svenske kjemikeren Jöns Jacob Berzelius, som brukte det for å referere til stoffer av en organisk natur som har samme empiriske formel, men har forskjellige molmasser.

Denne forskeren hadde også ansvaret for å mynte andre begreper, for eksempel "isomer" eller "katalyse"; selv om det skal bemerkes at på den tiden konseptet med disse uttrykkene var helt annerledes enn det de mener i dag.

Etter noen eksperimenter for å oppnå syntetiske polymerer fra transformasjonen av naturlige polymere arter, fikk studien av disse forbindelsene større relevans.

Hensikten med disse undersøkelsene var å oppnå optimalisering av de allerede kjente egenskapene til disse polymerene og oppnåelse av nye stoffer som kunne oppfylle spesifikke formål innen forskjellige vitenskapsfelt.

Tjuende århundre

Forskerne var bekymret og observerte at gummien var løselig i et løsningsmiddel av organisk natur, og at den resulterende løsningen hadde noen uvanlige egenskaper.

Gjennom disse observasjonene konkluderte de med at stoffer som dette utviser en veldig annen oppførsel enn mindre molekyler, som de var i stand til å observere mens de studerte gummi og dens egenskaper.

De bemerket at den undersøkte løsningen hadde høy viskositet, en betydelig reduksjon i frysepunktet og et lite osmotisk trykk; Av dette kunne det trekkes ut at det var flere oppløsninger med veldig høy molmasse, men lærde nektet å tro på denne muligheten.

Disse fenomenene, som også manifesterte seg i noen stoffer som gelatin eller bomull, fikk den tid forskere til å tenke at disse stoffene var sammensatt av aggregater av små molekylære enheter, for eksempel C ₅ H ₈ eller C ₁₀ H ₁₆ , bundet av intermolekylære krefter.

Selv om denne feilaktige tankegangen forble i noen år, var definisjonen som vedvarer frem til i dag den som ble gitt av den tyske kjemikeren og vinneren av Nobelprisen i kjemi, Hermann Staudinger.

XXI århundre

Den nåværende definisjonen av disse strukturene som makromolekylære stoffer knyttet til kovalente bindinger ble myntet i 1920 av Staudinger, som insisterte på å utforme og utføre eksperimenter til han fant bevis for denne teorien i løpet av de neste ti årene.

Utviklingen av den såkalte "polymerkjemien" begynte, og siden den gang har den bare fanget interessen til forskere over hele verden, og blant de mange sidene i historien har de talt meget viktige forskere, inkludert Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, i tillegg til de tidligere navngitte.

For tiden blir polymere makromolekyler studert i forskjellige vitenskapelige områder, for eksempel polymervitenskap eller biofysikk, hvor stoffer som er resultatet av å koble monomerer gjennom kovalente bindinger med forskjellige metoder og formål, blir undersøkt.

Fra naturlige polymerer som polyisopren til syntetisk opprinnelse så som polystyren, brukes de veldig ofte, uten å redusere viktigheten av andre arter som silikoner, bestående av monomerer basert på silisium.

Også en stor del av disse forbindelsene av naturlig og syntetisk opprinnelse består av to eller flere forskjellige klasser av monomerer, og disse polymere artene har fått navnet copolymerer.

polymerisering

For å fordype oss i emnet polymere, må vi begynne med å snakke om opprinnelsen til ordet polymer, som kommer fra de greske begrepene polys, som betyr "mye"; og bare, som refererer til "delene" av noe.

Dette uttrykket brukes for å betegne molekylære forbindelser som har en struktur som består av mange repeterende enheter, dette forårsaker egenskapen til en høy relativ molekylmasse og andre iboende egenskaper ved disse.

Dermed er enhetene som utgjør polymerer basert på molekylære arter som har en relativt liten relativ molekylmasse.

I denne vene gjelder uttrykket polymerisasjon bare syntetiske polymerer, nærmere bestemt prosessene som brukes for å oppnå denne typen makromolekyler.

Derfor kan polymerisasjon defineres som den kjemiske reaksjonen som brukes i kombinasjonen av monomerer (én om gangen) for, fra disse, å produsere de tilsvarende polymerene.

Dermed blir syntesen av polymerer gjennomført gjennom to hovedtyper av reaksjoner: tilsetningsreaksjoner og kondensasjonsreaksjoner, som vil bli beskrevet i detalj nedenfor.

Polymerisering ved tilsetningsreaksjoner

Denne typen polymerisasjon har deltakelse av umettede molekyler som har dobbelt- eller trippelbindinger i deres struktur, spesielt karbon-karbon.

I disse reaksjonene gjennomgår monomerene kombinasjoner med hverandre uten eliminering av noen av deres atomer, hvor de polymere artene syntetisert ved å bryte eller åpne ringen kan oppnås uten å generere eliminering av små molekyler.

Fra et kinetisk synspunkt kan denne polymerisasjonen sees som en tretrinns reaksjon: initiering, forplantning og avslutning.

Først initieringen av reaksjonen finner sted, i hvilken oppvarmingen blir tilført til et molekyl betraktet som en initiator (betegnet som R- ₂ ) for å generere to radikale arter som følger:

R ₂ → 2R ∙

Hvis produksjonen av polyetylen brukes som et eksempel, er det neste trinn forplantning, der den reaktive radikalen som dannes, takler et etylenmolekyl og en ny radikal art dannes som følger:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Denne nye radikalen blir deretter kombinert med et annet etylenmolekyl, og denne prosessen fortsetter suksessivt til kombinasjonen av to langkjedede radikaler for til slutt å gi opphav til polyetylen, i reaksjonen kjent som avslutning.

Polymerisering ved kondensasjonsreaksjoner

Når det gjelder polymerisasjon gjennom kondensasjonsreaksjoner, forekommer vanligvis kombinasjonen av to forskjellige monomerer, i tillegg til den påfølgende eliminering av et lite molekyl, som vanligvis er vann.

Tilsvarende har polymerer produsert av disse reaksjonene ofte heteroatomer, så som oksygen eller nitrogen, som en del av ryggraden. Det hender også at den repeterende enheten som representerer basen i kjeden, ikke har alle atomene som er i den monomeren den kan bli nedbrutt til.

På den annen side er det metoder som har blitt utviklet i det siste, blant hvilke plasma-polymerisasjon skiller seg ut, hvis egenskaper ikke stemmer perfekt med noen av de tidligere forklarte polymerisasjonstyper.

På denne måten kan polymerisasjonsreaksjoner av syntetisk opprinnelse, både de av tilsetning og kondensasjon, forekomme i fravær eller i nærvær av en katalysatorart.

Kondensasjonspolymerisasjon er mye brukt ved fremstilling av mange forbindelser som ofte finnes i hverdagen, for eksempel dacron (bedre kjent som polyester) eller nylon.

Andre former for polymerisasjon

I tillegg til disse kunstige polymersyntesemetodene er det også biologisk syntese, som er definert som studieretningen som er ansvarlig for forskningen av biopolymerer, som er delt inn i tre hovedkategorier: polynukleotider, polypeptider og polysakkarider.

I levende organismer kan syntese utføres naturlig, gjennom prosesser som involverer tilstedeværelsen av katalysatorer som polymerase-enzymet i produksjonen av polymerer som deoksyribonukleinsyre (DNA).

I andre tilfeller er de fleste enzymene som brukes i biokjemisk polymerisering proteiner, som er polymerer dannet på basis av aminosyrer og som er essensielle i de aller fleste biologiske prosesser.

I tillegg til de biopolymeriske stoffene oppnådd ved disse metodene, er det andre av stor kommersiell relevans, for eksempel vulkanisert gummi som produseres ved å varme opp gummi av naturlig opprinnelse i nærvær av svovel.

Blant teknikkene brukt for polymersyntese gjennom kjemisk modifisering av polymerer av naturlig opprinnelse, er etterbehandling, tverrbinding og oksidasjon.

Typer polymerer

Polymertypene kan klassifiseres i henhold til forskjellige egenskaper; for eksempel er de klassifisert i termoplast, termosetter eller elastomerer i henhold til deres fysiske respons på oppvarming.

Avhengig av hvilken type monomerer de dannes fra, kan de dessuten være homopolymerer eller kopolymerer.

I samsvar med den type polymerisasjon som de blir produsert, kan de være tilsetnings- eller kondensasjonspolymerer.

På samme måte kan naturlige eller syntetiske polymerer oppnås avhengig av deres opprinnelse; eller organisk eller uorganisk avhengig av dens kjemiske sammensetning.

Egenskaper

- Det mest bemerkelsesverdige kjennetegnet er den repeterende identiteten til monomerer som grunnlag for dens struktur.

- Dets elektriske egenskaper varierer i henhold til formålet.

- De presenterer mekaniske egenskaper som elastisitet eller motstand mot trekkraft, som definerer deres makroskopiske oppførsel.

- Noen polymerer har viktige optiske egenskaper.

- Mikrostrukturen de har direkte påvirker deres andre egenskaper.

- De kjemiske egenskapene til polymerer bestemmes av de attraktive interaksjonene mellom kjedene som danner dem.

- Transportegenskapene er i forhold til hastigheten på intermolekylær bevegelse.

- Oppførselen til aggregeringstilstandene er relatert til morfologien.

Eksempler på polymerer

Blant det store antallet polymerer som finnes er følgende:

polystyren

Brukes i containere av forskjellige typer, så vel som i containere som brukes som varmeisolatorer (for å kjøle vann eller lagre is) og til og med i leker.

polytetrafluoretylen

Bedre kjent som Teflon, brukes det som en elektrisk isolator, også til fremstilling av ruller og til å belegge kjøkkenutstyr.

Polyvinylklorid

Brukt i produksjon av veggkanaler, fliser, leker og rør, er denne polymeren kommersielt kjent som PVC.

referanser

1. Wikipedia. (SF). Polymer. Gjenopprettet fra en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kjemi, niende utgave. Mexico: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (SF). Introduksjon til polymere. Hentet fra chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG, og Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, Third Edition. Gjenopprettet fra books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polymer. Hentet fra britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymers: The Origins and Growth of a Science. Gjenopprettet fra books.google.co.ve