Ιστορία πολυμερών, πολυμερισμός, τύποι, ιδιότητες και παραδείγματα

Το πολυμερή είναι οι μοριακές ενώσεις που χαρακτηρίζονται από υψηλή μοριακή μάζα (που κυμαίνεται από χιλιάδες έως εκατομμύρια) και αποτελούνται από μεγάλο αριθμό μονάδων, που ονομάζονται μονομερή, τα οποία επαναλαμβάνονται.

Από την κατοχή το χαρακτηριστικό ότι είναι μόρια μεγάλων διαστάσεων, τα είδη αυτά ονομάζονται μακρομόρια, η οποία τους δίνει μοναδικές ιδιότητες και πολύ διαφορετικές από εκείνες που παρατηρήθηκαν σε το μικρότερο, ενιαία αποδίδεται σε αυτές τις ουσίες, όπως η τάση να πρέπει να μορφές γυάλινων δομών.

Ομοίως, ως ανήκουν σε μία πολύ μεγάλη ομάδα μορίων, ήρθε την αναγκαιότητα να παρέχει ένα ταξινόμηση, έτσι χωρίζονται σε δύο τύπους: φυσικά πολυμερή όπως πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα? και συνθετικώς κατασκευαστεί, όπως νάιλον ή Lucite (πιο γνωστό ως Plexiglas).

Οι επιστήμονες άρχισαν τις έρευνες της επιστήμης που υπάρχει πίσω από τα πολυμερή τη δεκαετία του 1920, όταν παρατηρούσαν με περιέργεια και κατάπληξη πώς ορισμένες ουσίες συμπεριφέρονται σαν ξύλο ή καουτσούκ. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες της εποχής αφιερώθηκαν να αναλύσουν αυτές τις ενώσεις που είναι παρούσες στην καθημερινή ζωή.

Σε ένα ορισμένο επίπεδο κατανόησης σχετικά με τη φύση των εν λόγω ειδών θα μπορούσε να κατανοήσει τη δομή της και να προωθήσει τη δημιουργία μακρομορίων που θα μπορούσαν να διευκολύνουν την ανάπτυξη και τη βελτίωση των υφιστάμενων υλικών, και την παραγωγή νέων υλικών.

Επίσης, είναι γνωστό ότι πολυάριθμα σημαντικά πολυμερή περιέχουν στη δομή τους άτομα αζώτου ή οξυγόνου συνδεδεμένα με τα άτομα άνθρακα που αποτελούν μέρος της κύριας αλυσίδας του μορίου.

Ανάλογα με τις κύριες λειτουργικές ομάδες που αποτελούν μέρος των μονομερών, θα ονομάζονται. για παράδειγμα, εάν το μονομερές σχηματίζεται από έναν εστέρα, προέρχεται ένας πολυεστέρας.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορία των πολυμερών
  • 1.1 19ος αιώνας
  • 1.2 20ος αιώνας
  • 1.3 Αιώνα XXI
• 2 Πολυμερισμός
  • 2.1 Πολυμερισμός με αντιδράσεις προσθήκης
  • 2.2. Πολυμερισμός με αντιδράσεις συμπύκνωσης
  • 2.3 Άλλες μορφές πολυμερισμού
• 3 Τύποι πολυμερών
• 4 Ιδιότητες
• 5 Παραδείγματα πολυμερών
  • 5.1 Πολυστυρόλιο
  • 5.2 Πολυτετραφθοροαιθυλένιο
  • 5.3 Πολυβινυλοχλωρίδιο
• 6 Αναφορές

Ιστορία των πολυμερών

Το ιστορικό των πολυμερών πρέπει να αντιμετωπιστεί ξεκινώντας από τις αναφορές στα πρώτα πολυμερή που γνωρίζει κάποιος.

Με αυτόν τον τρόπο, ορισμένα υλικά φυσικής προέλευσης που έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως από τους αρχαίους χρόνους (όπως η κυτταρίνη ή το δέρμα) αποτελούνται κυρίως από πολυμερή.

19ος αιώνας

Σε αντίθεση με ό, τι μπορείτε να σκεφτείτε, η σύνθεση των πολυμερών ήταν ένα μυστήριο για να διαλευκάνουν μέχρι δυο αιώνες πριν, όταν άρχισε να καθορίσει πώς σχηματίστηκαν οι ουσίες αυτές, ακόμη και προσπάθησε να δημιουργήσει κάποια μέθοδο για να επιτύχει την κατασκευή τους τεχνητά.

Την πρώτη φορά που ο όρος «πολυμερές» που χρησιμοποιήθηκε ήταν το 1833, χάρη στη σουηδική χημικός Jöns Jacob Berzelius, ο οποίος χρησιμοποιείται για να δηλώσει τις ουσίες της οργανικής φύσης που έχει την ίδια εμπειρικό τύπο αλλά που έχουν διαφορετικές γραμμομοριακές μάζες.

Αυτός ο επιστήμονας ήταν επίσης υπεύθυνος για τη σύνταξη άλλων όρων, όπως "ισομερές" ή "κατάλυση". αν και πρέπει να σημειωθεί ότι τότε η έννοια αυτών των εκφράσεων ήταν εντελώς διαφορετική από αυτή που σήμαινε σήμερα.

Μετά από μερικά πειράματα για την απόκτηση συνθετικών πολυμερών από τον μετασχηματισμό φυσικών πολυμερών ειδών, η μελέτη αυτών των ενώσεων έγινε όλο και πιο σχετική.

Σκοπός αυτών των ερευνών ήταν να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση των ήδη γνωστών ιδιοτήτων αυτών των πολυμερών και η απόκτηση νέων ουσιών που θα μπορούσαν να εκπληρώσουν συγκεκριμένους σκοπούς σε διάφορους τομείς των επιστημών.

20ος αιώνας

Όταν παρατηρούμε ότι το καουτσούκ ήταν διαλυτό σε διαλύτη οργανικής φύσης και στη συνέχεια το διάλυμα που προέκυψε παρουσίαζε κάποια ασυνήθιστα χαρακτηριστικά, οι επιστήμονες διαταράχθηκαν και δεν ήξεραν πώς να τις εξηγήσουν.

Μέσα από αυτές τις παρατηρήσεις συνάγεται ότι ουσίες όπως αυτές παρουσιάζουν μια συμπεριφορά πολύ διαφορετική από τα μικρότερα μόρια, όπως θα μπορούσαν να παρατηρήσουν μελετώντας το καουτσούκ και τις ιδιότητές του.

Σημείωσαν ότι η λύση που μελετήθηκε είχε υψηλό ιξώδες, σημαντική μείωση στο σημείο πήξης και οσμωτική πίεση μικρού μεγέθους. με αυτό θα μπορούσε να συναχθεί ότι υπήρχαν αρκετές διαλυμένες ουσίες με πολύ υψηλή μοριακή μάζα, αλλά οι μελετητές αρνήθηκαν να πιστέψουν σε αυτή τη δυνατότητα.

Αυτά τα φαινόμενα, που εκδηλώνεται επίσης σε ορισμένες ουσίες όπως ζελατίνη ή βαμβάκι, κατασκευασμένο επιστήμονες πιστεύουν του χρόνου ότι αυτές οι ουσίες αποτελούνται από συσσωματώματα μικρών μοριακών μονάδων ως C₅H₈ ή C₁₀H₁₆, που συνδέονται με διαμοριακές δυνάμεις.

Αν και αυτή η λανθασμένη σκέψη παρέμεινε για μερικά χρόνια, ο ορισμός που διαρκεί μέχρι σήμερα είναι εκείνος που του χορηγήθηκε από τον Γερμανό χημικό και τον νικητή του Βραβείου Νόμπελ Χημείας, Hermann Staudinger..

21ου αιώνα

Ο σημερινός ορισμός αυτών των δομών και μακρομοριακές ουσίες που συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς επινοήθηκε το 1920 από τον Staudinger, ο οποίος ήταν αποφασισμένος να σχεδιάσει και τη διεξαγωγή πειραμάτων για να βρουν αποδείξεις αυτής της θεωρίας κατά τα επόμενα δέκα χρόνια.

η ανάπτυξη του λεγόμενου «χημεία πολυμερών» ξεκίνησε και από τότε έχει μόνο προσελκύει το ενδιαφέρον των ερευνητών σε όλο τον κόσμο, μετρώντας τις σελίδες των επιστημόνων της ιστορίας είναι πολύ σημαντική, μεταξύ των οποίων Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, μεταξύ άλλων, εκτός από αυτά που ονομάστηκαν προηγουμένως.

Επί του παρόντος, τα πολυμερικά μακρομόρια μελετηθεί σε διάφορα επιστημονικά, όπως η επιστήμη πολυμερές ή βιοφυσικής όπου ουσίες που προκύπτουν από τη σύνδεση μονομερών μέσω ομοιοπολικών δεσμών με διαφορετικές μεθόδους και σκοπούς διερευνηθεί περιοχές.

Σίγουρα από φυσικά πολυμερή όπως πολυϊσοπρένιο με εκείνες των συνθετικής προέλευσης όπως το πολυστυρόλιο, που χρησιμοποιούνται συχνά, δεν έχουν μειωθεί σε άλλα είδη, όπως σιλικόνες, που αποτελείται από μονομερή που βασίζονται στο πυρίτιο.

Επίσης, πολλές από αυτές τις ενώσεις φυσικής και συνθετικής προέλευσης αποτελούνται από δύο ή περισσότερες διαφορετικές τάξεις μονομερών, τα πολυμερή αυτά είδη έχουν λάβει το όνομα των συμπολυμερών.

Πολυμερισμός

Προκειμένου να εμβαθύνουμε στο θέμα των πολυμερών, πρέπει να αρχίσουμε να μιλάμε για την προέλευση της λέξης πολυμερές, η οποία προέρχεται από τους ελληνικούς όρους polys, που σημαίνει "πολύ"? και απλά, που αναφέρεται στα "μέρη" κάτι.

Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό μοριακών ενώσεων που έχουν μια δομή αποτελούμενη από πολλές επαναλαμβανόμενες μονάδες, αυτό προκαλεί την ιδιότητα μιας υψηλής σχετικής μοριακής μάζας και άλλων εγγενών χαρακτηριστικών αυτών.

Έτσι, οι μονάδες που συγκροτούν τα πολυμερή βασίζονται σε μοριακά είδη που έχουν σχετική μοριακή μάζα μικρού μεγέθους.

Σε αυτή τη σειρά ιδεών, ο όρος πολυμερισμός εφαρμόζεται μόνο στα συνθετικά πολυμερή, ειδικότερα στις διεργασίες που χρησιμοποιούνται για την απόκτηση αυτού του τύπου μακρομορίων.

Ως εκ τούτου, ο πολυμερισμός μπορεί να οριστεί ως η χημική αντίδραση που χρησιμοποιείται στον συνδυασμό μονομερών (ένας κάθε φορά) για να παραχθούν τα αντίστοιχα πολυμερή από αυτά.

Με αυτό τον τρόπο, η σύνθεση των πολυμερών εκτελείται μέσω δύο τύπων κύριων αντιδράσεων: αντιδράσεις προσθήκης και αντιδράσεις συμπύκνωσης, οι οποίες θα περιγραφούν λεπτομερώς κατωτέρω.

Πολυμερισμός με αντιδράσεις προσθήκης

Αυτός ο τύπος πολυμερισμών έχει τη συμμετοχή ακόρεστων μορίων που έχουν διπλή ή τριπλή σύνδεση στη δομή τους, ειδικά εκείνα τα άτομα άνθρακα-άνθρακα.

Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα μονομερή υφίστανται συνδυασμούς μεταξύ τους χωρίς την κατάργηση όλων των ατόμων της, όπου πολυμερικό είδος που συντίθεται από το σπάσιμο ή το άνοιγμα του δακτυλίου μπορεί να ληφθεί χωρίς τη δημιουργία την απομάκρυνση των μικρών μορίων.

Από την κινητική άποψη, αυτός ο πολυμερισμός μπορεί να θεωρηθεί ως μια αντίδραση τριών βημάτων: εκκίνηση, διάδοση και τερματισμός.

Πρώτον, λαμβάνει χώρα η έναρξη της αντίδρασης, στην οποία η θέρμανση εφαρμόζεται σε ένα μόριο που θεωρείται ως ένας εκκινητής (που δηλώνεται ως R₂) για τη δημιουργία δύο ριζικών ειδών με τον ακόλουθο τρόπο:

R₂ → 2R ∙

Εάν η παραγωγή πολυαιθυλενίου χρησιμοποιείται ως παράδειγμα, τότε το επόμενο βήμα είναι η διάδοση, όπου η δραστική ρίζα που σχηματίζεται προσεγγίζει ένα μόριο αιθυλενίου και σχηματίζεται ένα νέο είδος ριζών ως εξής:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Αυτή η νέα ρίζα στη συνέχεια συνδυάζεται με ένα άλλο μόριο αιθυλενίου και αυτή η διαδικασία συνεχίζεται διαδοχικά μέχρις ότου ο συνδυασμός δύο ριζών μακριάς αλυσίδας τελικά προέρχεται από το πολυαιθυλένιο, στην αντίδραση που είναι γνωστή ως τερματισμός..

Πολυμερισμός με αντιδράσεις συμπύκνωσης

Στην περίπτωση του πολυμερισμού με αντιδράσεις συμπύκνωσης, συνήθως συμβαίνει ο συνδυασμός δύο διαφορετικών μονομερών, επιπλέον της επακόλουθης εξάλειψης ενός μικρού μορίου, το οποίο είναι συνήθως νερό..

Παρομοίως, τα πολυμερή που παράγονται από αυτές τις αντιδράσεις έχουν συχνά ετεροάτομα, όπως οξυγόνο ή άζωτο, που αποτελούν μέρος της κύριας δομής τους. Συμβαίνει επίσης ότι η επαναλαμβανόμενη μονάδα που αντιπροσωπεύει τη βάση της αλυσίδας της δεν διαθέτει το σύνολο των ατόμων που βρίσκονται στο μονομερές στα οποία θα μπορούσε να υποβαθμιστεί.

Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν μέθοδοι που αναπτύχθηκαν πιο πρόσφατα, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζει ο πολυμερισμός του πλάσματος, των οποίων τα χαρακτηριστικά δεν συμφωνούν απόλυτα με κανένα από τα είδη πολυμερισμού που εξηγούνται παραπάνω..

Με τον τρόπο αυτό, αντιδράσεις πολυμερισμού συνθετικής προέλευσης, τόσο προσθήκης όσο και συμπύκνωσης, μπορούν να συμβούν απουσία ή παρουσία ενός καταλυτικού είδους.

Ο πολυμερισμός συμπύκνωσης χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή πολλών ενώσεων που συνήθως υπάρχουν στην καθημερινή ζωή, όπως το δακρόνιο (γνωστότερο ως πολυεστέρας) ή το νάυλον.

Άλλες μορφές πολυμερισμού

Εκτός από αυτές τις μεθόδους σύνθεσης των τεχνητών πολυμερών υπάρχει επίσης η βιολογική σύνθεση, η οποία ορίζεται ως η περιοχή μελέτης που χειρίζεται τη διερεύνηση των βιοπολυμερών, τα οποία χωρίζονται σε τρεις κύριες κατηγορίες: πολυνουκλεοτίδια, πολυπεπτίδια και πολυσακχαρίτες.

Σε ζωντανούς οργανισμούς μπορεί να πραγματοποιήσει την σύνθεση των με φυσικό τρόπο μέσω διεργασιών που περιλαμβάνουν την παρουσία καταλυτών όπως το ένζυμο πολυμεράσης για την παραγωγή πολυμερών όπως δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA).

Σε άλλες περιπτώσεις, τα περισσότερα από τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται στον πολυμερισμό των βιοχημικών τύπου είναι πρωτεΐνες, οι οποίες είναι πολυμερή που σχηματίζονται με βάση αμινοξέα και είναι απαραίτητα στη συντριπτική πλειονότητα των βιολογικών διεργασιών.

Επιπλέον των βιοπολυμερές ουσίες που λαμβάνονται με αυτές τις μεθόδους, υπάρχουν και άλλες ιδιαίτερα σχετικές εμπορικά, όπως βουλκανισμένο ελαστικό παράγεται με θέρμανση του καουτσούκ υπό την παρουσία φυσικά απαντώμενων θείου.

Έτσι, μεταξύ των τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την σύνθεση πολυμερών μέσω της χημικής τροποποίησης των πολυμερών φυσικής προέλευσης είναι η τελική, διασταυρούμενη σύνδεση και οξείδωση.

Τύποι πολυμερών

Οι τύποι των πολυμερών μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, ταξινομούνται σε θερμοπλαστικά, θερμοσκληρυνόμενα ή ελαστομερή ανάλογα με τη φυσική απόκριση τους στη θέρμανση.

Επιπλέον, ανάλογα με τον τύπο των μονομερών από τα οποία σχηματίζονται, μπορούν να είναι ομοπολυμερή ή συμπολυμερή.

Κατά τον ίδιο τρόπο, ανάλογα με το είδος του πολυμερισμού με τον οποίο παράγονται, μπορούν να είναι πολυμερή προσθήκης ή συμπύκνωσης.

Επίσης, μπορούν να ληφθούν φυσικά ή συνθετικά πολυμερή ανάλογα με την προέλευσή τους. u οργανικά ή ανόργανα ανάλογα με τη χημική τους σύνθεση.

Ιδιότητες

- Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του είναι η επαναλαμβανόμενη ταυτότητα των μονομερών του ως βάση της δομής του.

- Οι ηλεκτρικές ιδιότητές του ποικίλλουν ανάλογα με το σκοπό του.

- Έχουν μηχανικές ιδιότητες όπως η ελαστικότητα ή η αντοχή εφελκυσμού, που καθορίζουν τη μακροσκοπική τους συμπεριφορά.

- Ορισμένα πολυμερή εμφανίζουν σημαντικές οπτικές ιδιότητες.

- Η μικροδομή που έχουν άμεσα επηρεάζει τις άλλες ιδιότητές τους.

- Τα χημικά χαρακτηριστικά των πολυμερών καθορίζονται από τις αλληλεπιδράσεις ελκυστικού τύπου μεταξύ των αλυσίδων που τις σχηματίζουν.

- Οι ιδιότητες μεταφοράς του σχετίζονται με την ταχύτητα της διαμοριακής κίνησης.

- Η συμπεριφορά των συνθηκών συσσωμάτωσής του σχετίζεται με τη μορφολογία του.

Παραδείγματα πολυμερών

Μεταξύ του μεγάλου αριθμού πολυμερών που υπάρχουν είναι τα ακόλουθα:

Πολυστυρένιο

Χρησιμοποιείται σε δοχεία διαφόρων τύπων, καθώς και σε δοχεία που χρησιμοποιούνται ως θερμικοί μονωτήρες (για ψύξη ή αποθήκευση πάγου) και ακόμη και σε παιχνίδια.

Πολυτετραφθοροαιθυλένιο

Καλύτερα γνωστό ως Teflon, χρησιμοποιείται ως ηλεκτρικός μονωτήρας, επίσης στην κατασκευή κυλίνδρων και για επίστρωση σκευών κουζίνας.

Πολυβινυλοχλωρίδιο

Χρησιμοποιείται στην παραγωγή διαύλων για τοίχους, κεραμίδια, παιχνίδια και σωλήνες, το πολυμερές αυτό είναι εμπορικά γνωστό ως PVC.

Αναφορές

1. Wikipedia. (s.f.). Πολυμερές Ανακτήθηκε από en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chemistry, Ninth edition. Μεξικό: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (s.f.). Εισαγωγή στα Πολυμερή. Ανακτήθηκε από chem.libretexts.org
4. Cowie, J. Μ. G., and Arrighi, V. (2007). Πολυμερή: Χημεία και Φυσική των Μοντέρνων Υλικών, Τρίτη Έκδοση. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve
5. Britannica, Ε. (S.f.). Πολυμερές Ανακτήθηκε από britannica.com
6. Morawetz, Η. (2002). Πολυμερή: Η προέλευση και η ανάπτυξη μιας επιστήμης. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve