Polümeeride ajalugu, polümerisatsioon, tüübid, omadused ja näited

The polümeerid on molekulaarsed ühendid, mida iseloomustab kõrge molaarmass (vahemikus tuhandeid kuni miljoneid) ja mis koosnevad suurest arvust ühikutest, mida nimetatakse monomeerideks ja mida korratakse.

Kuna neil liikidel on suured molekulid, nimetatakse neid liike makromolekulideks, mis annavad neile ainulaadsed omadused ja on väga erinevad väiksematel täheldatavatest omadustest, mis on omistatavad ainult sellistele ainetele, näiteks kalduvusele, mis neil on kujundada klaasstruktuure.

Samamoodi, kuna nad kuuluvad väga suure hulga molekulide hulka, tekkis vajadus anda neile klassifikatsioon, mistõttu nad jagunevad kahte liiki: loodusliku päritoluga polümeerid, nagu valgud ja nukleiinhapped; ja sünteetilisest valmistamisest, näiteks nailonist või lutsiidist (paremini tuntud kui pleksiklaas).

Teadlased alustasid 1920. aastatel polümeeride taga eksisteeriva teaduse uurimist, kui nad uurisid uudishimu ja segadust, kuidas mõned ained käituvad nagu puit või kummi. Seejärel pühendasid aja teadlased neid ühendeid nii igapäevaelus.

Saades teatava taseme arusaamise nende liikide olemusest, võime mõista nende struktuuri ja edendada makromolekulide loomist, mis hõlbustaksid olemasolevate materjalide väljatöötamist ja täiustamist, samuti uute materjalide tootmist..

Samuti on teada, et paljud olulised polümeerid sisaldavad oma struktuuris süsinikuaatomite külge kinnitatud lämmastiku- või hapnikuaatomeid, mis moodustavad osa molekuli peamisest ahelast..

Sõltuvalt peamistest funktsionaalrühmadest, mis on osa monomeeridest, nimetatakse neid; näiteks, kui monomeer on moodustatud estri poolt, on pärit polüester.

Indeks

• 1 Polümeeride ajalugu
  • 1.1 19. sajand
  • 1.2 20. sajand
  • 1.3 sajand XXI
• 2 Polümerisatsioon
  • 2.1 Polümerisatsioon liitumisreaktsioonide abil
  • 2.2 Polümerisatsioon kondensatsioonireaktsioonide abil
  • 2.3 Muud polümerisatsiooni vormid
• 3 Polümeeride tüübid
• 4 Omadused
• 5 Polümeeride näited
  • 5.1 Polüstüreen
  • 5.2 Polütetrafluoroetüleen
  • 5.3 Polüvinüülkloriid
• 6 Viited

Polümeeride ajalugu

Polümeeride ajalugu tuleb käsitleda alustades viidetest esimestele polümeeridele, millest üks on teadlik.

Sel viisil moodustavad teatavad looduslikust päritolust pärit materjalid, mida on seni kasutatud laialdaselt (näiteks tselluloos või nahk), peamiselt polümeeridest..

19. sajand

Vastupidiselt sellele, mida võiks arvata, oli polümeeride koostis tundmatu, et seda avada kuni paar sajandit tagasi, mil nad hakkasid määrama kindlaks, kuidas need ained moodustati, ja isegi püüdis luua mõningase meetodi, et saavutada kunstlik tootmine.

Esimest korda kasutati terminit "polümeerid" 1833. aastal tänu Rootsi keemikule Jönsile Jacob Berzeliusele, kes kasutas seda orgaanilist laadi ainetega, millel on sama empiiriline valem, kuid millel on erinevad molaarmassid.

See teadlane vastutas ka teiste terminite, näiteks "isomeeri" või "katalüüsi" koorimise eest; kuigi tuleb märkida, et sel ajal oli nende väljendite mõiste täiesti erinev sellest, mida nad praegu tähendavad.

Pärast mõningaid katseid sünteetiliste polümeeride saamiseks looduslike polümeersete liikide transformeerimisest muutus nende ühendite uuring olulisemaks.

Nende uuringute eesmärk oli saavutada nende polümeeride juba teadaolevate omaduste optimeerimine ja uute ainete hankimine, mis võiksid eri teadusharudes täita konkreetseid eesmärke.

20. sajand

Täheldades, et kummi lahustub orgaanilises keskkonnas lahustil ja seejärel tekkis lahusel mõningaid ebatavalisi omadusi, häiriti teadlasi ja nad ei teadnud, kuidas neid selgitada.

Nende tähelepanekute põhjal järeldati, et sellised ained omavad käitumist väga erinevalt väiksematest molekulidest, nagu nad võisid märgata kummi ja selle omaduste uurimisel..

Nad märkisid, et uuritud lahusel oli kõrge viskoossus, külmumispunkti märkimisväärne vähenemine ja väikese suurusega osmootne rõhk; sellest võib järeldada, et oli mitmeid väga kõrge molaarmassiga soluute, kuid teadlased keeldusid usust sellest võimalusest.

Need nähtused, mis ilmnesid ka teatud ainetes, nagu želatiin või puuvill, viisid teadlaste ajani mõtlema, et seda tüüpi aineid koosnes väikeste molekulaarsete ühikute agregaatidest, nagu näiteks C₅H₈ või C₁₀H₁₆, seotud molekulidevaheliste jõududega.

Ehkki see ekslik mõte jäi mõneks aastaks püsima, oli siiani säilinud määratlus see, mida talle andis Saksa keemia ja keemia Nobeli preemia võitja Hermann Staudinger..

21. sajand

Nende struktuuride kui kovalentsete sidemetega seotud makromolekulaarsete ainete praegune määratlus loodi 1920. aastal Staudingeriga, kes nõudis eksperimentide väljatöötamist ja läbiviimist seni, kuni järgmise kümne aasta jooksul selle teooria kohta leidub.

Nn "polümeeri keemia" arendamine algas ja sellest ajast alates on ta kogunud ainult teadlaste huvi kogu maailma vastu, lugedes oma ajaloo lehtede hulka väga olulisi teadlasi, kelle hulgas on välja paistavad Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, muu hulgas lisaks neile, mida varem nimetati.

Praegu uuritakse polümeerseid makromolekule erinevates teadusvaldkondades, nagu näiteks polümeeriteaduses või biofüüsikas, kus uuritakse monomeeride sidumise erinevaid aineid erinevate meetodite ja eesmärkidega kovalentsete sidemete kaudu..

Loomulikult kasutatakse looduslikest polümeeridest nagu polüisopreen sünteetilisest päritolust, näiteks polüstüreenist, väga sageli, kahjustamata silikoonist monomeeridest koosnevaid teisi liike, nagu silikoonid..

Paljud neist loodusliku ja sünteetilise päritoluga ühenditest koosnevad kahest või enamast erinevast monomeeride klassist, nendele polümeersetele liikidele on antud kopolümeeride nimi.

Polümerisatsioon

Polümeeride küsimusesse sattumiseks peame kõigepealt rääkima sõna "polümeer" päritolust, mis tuleneb kreeka terminitest. polys, mis tähendab "palju"; ja lihtsalt, mis viitab midagi "osadele".

Seda terminit kasutatakse molekulaarsete ühendite tähistamiseks, mille struktuur koosneb mitmest korduvast ühikust, mis põhjustab suure suhtelise molekulmassi ja teiste nende omaduste omadusi..

Seega põhinevad polümeerid moodustavad molekulaarsed liigid, mille suhteline molekulmass on väike.

Selles ideede järjekorras kehtib termin polümerisatsioon ainult sünteetilistele polümeeridele, täpsemalt protsessidele, mida kasutatakse seda tüüpi makromolekulide saamiseks..

Seetõttu võib polümerisatsiooni määratleda kui keemilist reaktsiooni, mida kasutatakse monomeeride kombinatsioonis (üks korraga), et saada nendest vastavaid polümeere.

Sel viisil viiakse polümeeride süntees läbi kahe tüüpi põhiliste reaktsioonide kaudu: liitumisreaktsioonid ja kondensatsioonireaktsioonid, mida kirjeldatakse üksikasjalikult allpool..

Polümerisatsioon liitumisreaktsioonide abil

Seda tüüpi polümerisatsioonidel osalevad küllastumata molekulid, millel on nende struktuuris topelt- või kolmiksidemed, eriti süsinik-süsinikuaatomid..

Nendes reaktsioonides läbivad monomeerid üksteisega kombinatsioone ilma nende aatomite kõrvaldamiseta, kusjuures ringi purunemise või avamisega sünteesitud polümeersed liigid on võimalik saada ilma väikeste molekulide kõrvaldamiseta..

Kineetilisest vaatenurgast võib seda polümerisatsiooni pidada kolmeastmeliseks reaktsiooniks: initsiatsioon, paljundamine ja lõpetamine.

Esiteks toimub reaktsiooni algus, kus kuumutamist rakendatakse initsiaatorina käsitatavale molekulile (tähistatud kui R₂) luua kaks radikaalset liiki järgmisel viisil:

R₂ → 2R ∙

Kui näiteks kasutatakse polüetüleeni tootmist, siis järgmine samm on paljundamine, kus moodustunud reaktiivne radikaal läheneb etüleenmolekulile ja moodustub uus radikaalne liik:

R + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

See uus radikaal kombineeritakse seejärel teise etüleenmolekuliga ja see protsess jätkub järjestikku seni, kuni kahe pikaahelaga radikaali kombinatsioon lõpptulemusena polüetüleenist saadakse, mis on tuntud kui lõpetamine..

Polümerisatsioon kondensatsioonireaktsioonide abil

Kondenseerumisreaktsioonidega polümerisatsiooni korral toimub lisaks kahe väikese molekuli, mis tavaliselt on vesi, kõrvaldamisele tavaliselt kahe erineva monomeeri kombinatsioon..

Samamoodi on nendes reaktsioonides toodetud polümeeridel sageli heteroaatomid, näiteks hapnik või lämmastik, mis moodustavad osa nende põhistruktuurist. Samuti juhtub, et korduval üksusel, mis esindab selle ahela alust, ei ole kogu aatomit, mis on monomeeris, mille külge see võib laguneda.

Teisest küljest on olemas viimasel ajal välja töötatud meetodid, mille hulgas paistab silma plasma polümerisatsioon, mille omadused ei sobi ideaalselt ühegi eespool kirjeldatud polümerisatsiooni tüübiga..

Sel viisil võivad sünteetilise päritoluga polümerisatsioonireaktsioonid, nii lisamine kui ka kondenseerumine, esineda katalüsaatorliigi puudumisel või juuresolekul..

Kondensatsioonpolümerisatsiooni kasutatakse laialdaselt paljude igapäevaelus tavaliselt esinevate ühendite, näiteks dakroni (paremini tuntud kui polüester) või nailoni valmistamisel..

Muud polümerisatsiooni vormid

Lisaks nendele kunstlike polümeeride sünteesimeetoditele on olemas ka bioloogiline süntees, mis on määratletud kui uuringupiirkond, mis vastutab biopolümeeride uurimise eest, mis on jagatud kolme põhikategooriasse: polünukleotiidid, polüpeptiidid ja polüsahhariidid..

Elusorganismides võib sünteesi läbi viia loomulikult protsesside kaudu, mis hõlmavad selliste katalüsaatorite nagu polümeraasi ensüümi olemasolu polümeeride, näiteks deoksüribonukleiinhappe (DNA) tootmisel..

Muudel juhtudel on enamik biokeemilises polümerisatsioonis kasutatavatest ensüümidest proteiinid, mis on aminohapetega moodustunud polümeerid ja mis on olulised enamikus bioloogilistes protsessides..

Lisaks nendel meetoditel saadud biopolümeeridele on ka teisi kaubanduslikult olulisi aineid, nagu vulkaniseeritud kummi, mis tekib loodusliku päritoluga kummi kuumutamisel väävli juuresolekul..

Niisiis on loodusliku päritoluga polümeeride keemilise modifitseerimise kaudu polümeeride sünteesiks kasutatavate meetodite hulgas viimistlus, ristsidumine ja oksüdatsioon.

Polümeeride tüübid

Polümeeride tüüpe võib liigitada vastavalt erinevatele omadustele; Näiteks klassifitseeritakse need termoplastisteks, termorakendusteks või elastomeerideks vastavalt nende füüsilisele reaktsioonile soojenemise suhtes.

Lisaks võivad need sõltuvalt monomeeride tüübist, millest nad moodustuvad, olla homopolümeerid või kopolümeerid.

Samamoodi võivad nad vastavalt valmistatava polümerisatsiooni tüübile olla lisamis- või kondensatsioonipolümeerid.

Samuti võib sõltuvalt nende päritolust saada looduslikke või sünteetilisi polümeere; u orgaaniline või anorgaaniline sõltuvalt selle keemilisest koostisest.

Omadused

- Selle kõige olulisem tunnus on selle monomeeride korduv identiteet selle struktuuri aluseks.

- Selle elektrilised omadused varieeruvad vastavalt selle eesmärgile.

- Neil on mehaanilised omadused, nagu elastsus või tõmbetugevus, mis määravad nende makroskoopilise käitumise.

- Mõnedel polümeeridel on olulised optilised omadused.

- Nende mikrostruktuur mõjutab otseselt nende teisi omadusi.

- Polümeeride keemilisi omadusi määravad nende moodustavate ahelate vahelised atraktiivsed tüübivahetused.

- Selle transpordi omadused on seotud molekulidevahelise liikumise kiirusega.

- Selle agregeerumisolekute käitumine on seotud selle morfoloogiaga.

Polümeeride näited

Olemasolevate suurte polümeeride hulgast on järgmised:

Polüstüreen

Kasutatakse erinevat tüüpi mahutites, samuti konteinerites, mida kasutatakse soojusisolaatoritena (jahutada vett või hoida jääd) ja isegi mänguasjades.

Polütetrafluoroetüleen

Teflonina tuntum, seda kasutatakse elektriisolatsioonina ka rullide valmistamisel ja köögitarvete katmiseks.

Polüvinüülkloriid

Seda polümeeri kasutatakse seinte, plaatide, mänguasjade ja torude tootmiseks kaubanduslikult tuntud PVC-na.

Viited

1. Wikipedia. (s.f.). Polümeer Välja otsitud aadressilt en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Keemia, üheksas väljaanne. Mehhiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (s.f.). Polümeeride tutvustus. Välja otsitud kem.libretexts.org
4. Cowie, J. M. G. ja Arrighi, V. (2007). Polümeerid: kaasaegsete materjalide keemia ja füüsika, kolmas väljaanne. Välja otsitud aadressilt books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polümeer Välja otsitud britannica.com-st
6. Morawetz, H. (2002). Polümeerid: teaduse algus ja kasv. Välja otsitud aadressilt books.google.co.ve