Polymeerien historia, polymerointi, tyypit, ominaisuudet ja esimerkit

polymeerit ovat molekyyliset yhdisteet, joille on tunnusomaista korkea moolimassa (vaihtelee tuhansista miljooniin) ja jotka koostuvat suuresta joukosta yksiköitä, joita kutsutaan monomeereiksi, jotka toistetaan.

Koska niillä on ominaisuus, että ne ovat suuria molekyylejä, niitä kutsutaan makromolekyyleiksi, jotka antavat niille ainutlaatuisia ominaisuuksia ja hyvin erilaisia ​​kuin pienemmissä, vain tämäntyyppisistä aineista johtuvat taipumukset. muotoilla lasirakenteita.

Samalla tavalla, koska ne kuuluvat hyvin suureen ryhmään molekyylejä, tarve antaa niille luokitus, minkä vuoksi ne on jaettu kahteen tyyppiin: luonnollista alkuperää oleviin polymeereihin, kuten proteiineihin ja nukleiinihappoihin; ja synteettisen valmistuksen kaltaiset, kuten nailon tai lucite (tunnetaan paremmin nimellä pleksilasi).

Tutkijat alkoivat tutkia 1920-luvulla polymeerien takana olevaa tiedettä, kun he havaitsivat uteliaisuudella ja hämmennyksellä, miten jotkut aineet käyttäytyvät puun tai kumin tavoin. Sitten aikojen tiedemiehet omistivat itsensä analysoimaan näitä yhdisteitä niin läsnä jokapäiväisessä elämässä.

Saavuttamalla tiettyä ymmärrystä näiden lajien luonteesta voisimme ymmärtää niiden rakenteen ja edistyä makromolekyylien luomisessa, jotka voisivat helpottaa olemassa olevien materiaalien kehittämistä ja parantamista sekä uusien materiaalien tuotantoa..

On myös tunnettua, että lukuisat merkittävät polymeerit sisältävät rakenteessaan typpi- tai happiatomeja, jotka on kiinnittynyt hiiliatomeihin ja jotka muodostavat osan molekyylin pääketjusta..

Monomeereihin kuuluvien tärkeimpien funktionaalisten ryhmien mukaan ne nimetään; esimerkiksi jos monomeeri on muodostettu esterillä, syntyy polyesteri.

indeksi

• 1 Polymeerien historia
  • 1.1 19. vuosisata
  • 1.2 20. vuosisata
  • 1.3 Century XXI
• 2 Polymerointi
  • 2.1 Polymerointi additioreaktioilla
  • 2.2 Polymerointi kondensaatioreaktioilla
  • 2.3 Muut polymerointimuodot
• 3 Polymeerityypit
• 4 Ominaisuudet
• 5 Esimerkkejä polymeereistä
  • 5.1 Polystyreeni
  • 5.2 Polytetrafluorieteeni
  • 5.3 Polyvinyylikloridi
• 6 Viitteet

Polymeerien historia

Polymeerien historiaa on käsiteltävä viittaamalla ensimmäisiin polymeereihin, joista yksi on tietoinen.

Tällä tavoin tietyt luonnon alkuperää olevat materiaalit, joita on käytetty laajasti antiikin ajoista lähtien (kuten selluloosa tai nahka), koostuvat pääasiassa polymeereistä..

1800-luvulla

Toisin kuin voisi ajatella, polymeerien koostumus oli tuntematon paljastamaan vasta pari vuosisataa sitten, kun he alkoivat selvittää, miten nämä aineet muodostettiin, ja jopa pyrkivät luomaan jonkin menetelmän valmistuksen tekemiseksi keinotekoisesti.

Ensimmäistä kertaa käytettiin termiä "polymeerit" vuonna 1833, koska Ruotsin kemisti Jöns Jacob Berzelius käytti sitä viittaamaan orgaanisiin aineisiin, joilla oli sama empiirinen kaava mutta joilla on erilaiset moolimassat.

Tämä tiedemies oli myös vastuussa muiden termien, kuten "isomeerin" tai "katalyysin" muodostamisesta; vaikka on huomattava, että tuolloin näiden ilmaisujen käsite oli täysin erilainen kuin mitä ne tällä hetkellä tarkoittavat.

Sen jälkeen kun oli tehty joitakin kokeita synteettisten polymeerien saamiseksi luonnollisten polymeerilajien transformoinnista, näiden yhdisteiden tutkimus muuttui merkityksellisemmäksi.

Näiden tutkimusten tarkoituksena oli saavuttaa näiden polymeerien jo tuntemien ominaisuuksien optimointi ja uusien aineiden hankkiminen, jotka voisivat täyttää erityistarkoituksia tieteen eri osa-alueilla.

20th Century

Tarkasteltaessa, että kumi oli liukoinen orgaanisessa liuottimessa, ja tuloksena olevalla liuoksella oli joitakin epätavallisia ominaisuuksia, tutkijat häiritsivät ja eivät tienneet selittämään niitä.

Näiden havaintojen perusteella voidaan päätellä, että tällaisilla aineilla on hyvin erilainen käyttäytyminen kuin pienemmissä molekyyleissä, kuten he voisivat huomata kumista ja sen ominaisuuksista tutkiessaan..

He totesivat, että tutkitulla liuoksella oli korkea viskositeetti, huomattava jäätymispisteen lasku ja pienimuotoinen osmoottinen paine; Tällä perusteella voidaan päätellä, että oli olemassa useita erittäin suuria moolimassoja, mutta tutkijat kieltäytyivät uskomasta tähän mahdollisuuteen.

Nämä ilmiöt, jotka ilmenivät myös tietyissä aineissa, kuten gelatiinissa tai puuvillassa, johtivat siihen, että tutkijat ajattelivat, että tämäntyyppiset aineet koostuivat pienten molekyyliyksiköiden, kuten C: n, aggregaateista.₅H₈ tai C₁₀H₁₆, yhdistetään molekyylien välisiin voimiin.

Vaikka tämä virheellinen ajatus säilyi jo muutaman vuoden ajan, määritelmä, joka säilyy toistaiseksi, oli saksalaisen kemian ja kemian Nobelin palkinnon saajan Hermann Staudingerin myöntämä..

2000-luvulla

Näiden rakenteiden nykyinen määritelmä kovalenttisten sidosten yhdistäminä makromolekyylisina aineina on syntynyt vuonna 1920 Staudinger, joka vaati kokeiden laatimista ja toteuttamista, kunnes löydettiin todisteet tästä teoriasta seuraavien kymmenen vuoden aikana.

Niin sanotun "polymeerikemian" kehittäminen alkoi, ja siitä lähtien se on vain kiinnittänyt tutkijoiden kiinnostuksen ympäri maailmaa ja lukenut sen historian sivujen joukkoon erittäin tärkeitä tutkijoita, joista erottuvat Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, mm. Aiemmin mainittujen lisäksi.

Tällä hetkellä tutkitaan polymeerisiä makromolekyylejä eri tieteellisillä aloilla, kuten polymeeritieteessä tai biofysiikassa, jossa tutkitaan monomeerien yhdistämismenetelmiä kovalenttisten sidosten kautta erilaisilla menetelmillä ja tarkoituksilla..

Luonnollisista polymeereistä, kuten polyisopreenistä, synteettistä alkuperää olevista polymeereistä, kuten polystyreenistä, niitä käytetään varmasti hyvin usein, mutta ne eivät vahingoita muita lajeja, kuten silikonia, jotka koostuvat pii-pohjaisiin monomeereihin..

Myös monet näistä luonnollisen ja synteettisen alkuperän yhdisteistä koostuvat kahdesta tai useammasta erilaisesta monomeeriluokasta, ja näille polymeerilajeille on annettu kopolymeerien nimi.

polymerointi

Polymeerien kysymykseen pääsemiseksi meidän on aloitettava puhumalla sanan polymeeri alkuperästä, joka tulee kreikkalaisista termeistä polys, mikä tarkoittaa "paljon"; ja Groupers, joka viittaa jotain "osiin".

Tätä termiä käytetään osoittamaan molekyyliyhdisteitä, joiden rakenne koostuu monista toistuvista yksiköistä, mikä aiheuttaa suuren suhteellisen molekyylipainon ja muiden näiden ominaisuuksien ominaisuuden..

Polymeerien muodostavat yksiköt perustuvat siis molekyylilajeihin, joiden molekyylipaino on pieni.

Tässä ajatusten järjestyksessä termi polymerointi koskee vain synteettisiä polymeerejä, erityisesti menetelmiä, joita käytetään tämän tyyppisten makromolekyylien saamiseen..

Siksi polymerointi voidaan määritellä kemialliseksi reaktioksi, jota käytetään monomeerien yhdistelmässä (yksi kerrallaan) vastaavien polymeerien tuottamiseksi niistä.

Tällä tavalla polymeerien synteesi toteutetaan kahden tyyppisillä pääreaktioilla: additioreaktiot ja kondensaatioreaktiot, jotka kuvataan yksityiskohtaisesti jäljempänä.

Polymerointi additioreaktioilla

Tämäntyyppisillä polymeroinnilla on sellaisten tyydyttymättömien molekyylien osallistuminen, joilla on kaksois- tai kolmoissidoksia niiden rakenteessa, erityisesti ne, joissa on hiili-hiili.

Näissä reaktioissa monomeerit käyvät läpi yhdistelmiä ilman mitään niiden atomien eliminointia, jolloin renkaan rikkomisen tai avaamisen avulla syntetisoidut polymeerilajit voidaan saada muodostamatta pienien molekyylien eliminaatiota.

Kineettisestä näkökulmasta tämä polymerointi voidaan nähdä kolmivaiheisena reaktiona: aloitus, eteneminen ja lopettaminen.

Ensinnäkin reaktion alkaminen tapahtuu, jossa kuumennus kohdistetaan initiaattoriksi katsottavaan molekyyliin (merkitty R: llä)₂) tuottaa kaksi radikaalia lajia seuraavalla tavalla:

R₂ → 2R ∙

Jos esimerkkinä käytetään polyeteenin tuotantoa, seuraava vaihe on eteneminen, jossa muodostunut reaktiivinen radikaali lähestyy eteenimolekyyliä ja uusi radikaalilaji muodostuu seuraavasti:

R + + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Tämä uusi radikaali yhdistetään sen jälkeen toisen etyleenimolekyylin kanssa, ja tämä prosessi jatkuu peräkkäin, kunnes kahden pitkäketjuisen radikaalin yhdistelmä lopulta syntyy polyeteenistä, joka tunnetaan lopetuksena..

Polymerointi kondensaatioreaktioilla

Kondensaatioreaktioilla tapahtuvan polymeroinnin tapauksessa kahden erilaisen monomeerin yhdistelmä tapahtuu yleensä pienen molekyylin, joka on tavallisesti vesi, poistamisen seurauksena..

Samoin näillä reaktioilla tuotetuilla polymeereillä on usein heteroatomeja, kuten happea tai typpeä, jotka muodostavat osan niiden päärakenteesta. On myös niin, että toistuvan yksikön, joka edustaa sen ketjun perustaa, ei ole niiden atomien kokonaisuutta, jotka ovat monomeerissä, johon se voisi hajota.

Toisaalta on olemassa menetelmiä, jotka on kehitetty viime aikoina, joista erottuu plasmapolymerointi, jonka ominaisuudet eivät ole täysin sopusoinnussa minkään edellä selostetun polymerointityypin kanssa..

Tällä tavalla synteettisen alkuperän polymerointireaktiot, sekä lisääminen että kondensaatio, voivat tapahtua katalyyttilajin puuttuessa tai läsnä ollessa.

Kondensoitumispolymerointia käytetään laajalti monien yhdisteiden valmistuksessa, joita tavallisesti esiintyy jokapäiväisessä elämässä, kuten dacron (tunnetaan paremmin polyesterinä) tai nailonina..

Muut polymerointimuodot

Näiden keinotekoisten polymeerien synteesimenetelmien lisäksi on myös biologista synteesiä, joka määritellään tutkimusalueeksi, joka vastaa biopolymeerien tutkimisesta, jotka on jaettu kolmeen pääryhmään: polynukleotidit, polypeptidit ja polysakkaridit.

Elävissä organismeissa synteesi voidaan suorittaa luonnollisesti sellaisten prosessien kautta, joihin liittyy sellaisten katalyyttien, kuten polymeraasientsyymin, läsnäolo polymeerien, kuten deoksiribonukleiinihapon (DNA) tuotannossa..

Muissa tapauksissa useimmat biokemiallisessa polymeroinnissa käytetyt entsyymit ovat proteiineja, jotka ovat aminohappojen kanssa muodostettuja polymeerejä ja jotka ovat välttämättömiä suuressa osassa biologisia prosesseja..

Näillä menetelmillä saatujen biopolymeerien lisäksi on muitakin suuria kaupallisia merkityksiä, kuten vulkanoitu kumi, joka on tuotettu lämmittämällä luonnon alkuperää olevaa kumia rikin läsnä ollessa..

Joten polymeerisynteesissä käytettyjen tekniikoiden joukosta luonnollista alkuperää olevien polymeerien kemiallisen modifioinnin kautta ovat viimeistely, silloitus ja hapetus.

Polymeerityypit

Polymeerityypit voidaan luokitella eri ominaisuuksien mukaan; Esimerkiksi ne luokitellaan kestomuoveihin, lämpömuovautuviin tai elastomeereihin niiden fyysisen vasteen mukaan lämmitykseen.

Lisäksi, riippuen niiden monomeerien tyypistä, joista ne muodostetaan, ne voivat olla homopolymeerejä tai kopolymeerejä.

Samalla tavalla niiden valmistuspolymeroinnin tyypin mukaan ne voivat olla lisä- tai kondensaatiopolymeerejä.

Myös luonnollisia tai synteettisiä polymeerejä voidaan saada sen alkuperän mukaan; u orgaaninen tai epäorgaaninen sen kemiallisen koostumuksen mukaan.

ominaisuudet

- Sen merkittävin piirre on sen monomeerien toistuva identiteetti sen rakenteen perustana.

- Sen sähköiset ominaisuudet vaihtelevat käyttötarkoituksensa mukaan.

- Niillä on mekaaniset ominaisuudet, kuten elastisuus tai vetolujuus, jotka määrittävät niiden makroskooppisen käyttäytymisen.

- Joillakin polymeereillä on tärkeitä optisia ominaisuuksia.

- Niiden hallussa oleva mikrorakenne vaikuttaa suoraan niiden muihin ominaisuuksiin.

- Polymeerien kemialliset ominaisuudet määräytyvät niiden muodostavien ketjujen välisen houkuttelevan tyypin vuorovaikutuksen perusteella.

- Sen kuljetusominaisuudet liittyvät molekyylien välisen liikkeen nopeuteen.

- Sen aggregaatiotilojen käyttäytyminen liittyy sen morfologiaan.

Esimerkkejä polymeereistä

Suuria määriä olemassa olevia polymeerejä ovat seuraavat:

polystyreeni

Käytetään eri tyyppisissä astioissa sekä säiliöissä, joita käytetään lämpöeristeinä (jäähdyttää vettä tai säilyttää jäätä) ja jopa leluissa.

polytetrafluorieteeni

Tunnetaan paremmin nimellä Teflon, sitä käytetään sähköeristeenä myös rullojen valmistuksessa ja keittiövälineiden pinnoittamisessa.

Polyvinyylikloridi

Tätä polymeeriä käytetään seinien, laattojen, lelujen ja putkien tuotannossa kaupallisesti tunnetuksi PVC: ksi.

viittaukset

1. Wikipedia. (N.D.). Polymeeriä. Haettu osoitteesta en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kemia, yhdeksäs painos. Meksiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (N.D.). Polymeerien esittely. Haettu osoitteesta chem.libretexts.org
4. Cowie, J. M. G. ja Arrighi, V. (2007). Polymeerit: nykyaikaisen materiaalin kemia ja fysiikka, kolmas painos. Haettu osoitteesta books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polymeeriä. Haettu osoitteesta britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymeerit: tieteen alkuperä ja kasvu. Haettu osoitteesta books.google.co.ve