POLIMĒRI: VĒSTURE, POLIMERIZĀCIJA, VEIDI, ĪPAŠĪBAS - ĶĪMIJA - 2025

The polimēri ir molekulārie savienojumi raksturīga ar augstu molārā masa (sākot no tūkstošiem miljoniem) un sastāv no liela vienību skaita, ko sauc par monomēriem, kas tiek atkārtoti.

Tā kā šīm sugām ir raksturīgas lielās molekulas, tās sauc par makromolekulām, kas tām piešķir unikālas īpašības, kas ļoti atšķiras no tām, kas novērotas mazākās, kuras ir attiecināmas tikai uz šāda veida vielām, piemēram, tieksme uz tām stikla konstrukciju veidošana.

Tādā pašā veidā, tā kā tie pieder ļoti daudzām molekulu grupām, radās vajadzība tos klasificēt, tāpēc tos iedala divos veidos: dabiskas izcelsmes polimēri, piemēram, olbaltumvielas un nukleīnskābes; un sintētiskās ražošanas, piemēram, neilons vai Lucīts (labāk pazīstams kā Plexiglas).

Pētnieki sāka pētīt polimēru zinātni 1920. gados, kad viņi ar zinātkāri un apjukumu novēroja, kā uzvedas tādas vielas kā koks vai gumija. Tā laika zinātnieki sāka analizēt šos ikdienas dzīvē esošos savienojumus.

Sasniedzot noteiktu izpratnes līmeni par šo sugu būtību, bija iespējams izprast to struktūru un virzīties uz priekšu, veidojot makromolekulas, kas varētu atvieglot esošo materiālu attīstību un uzlabošanu, kā arī jaunu materiālu ražošanu.

Tāpat ir zināms, ka daudzu nozīmīgu polimēru struktūrā ir slāpekļa vai skābekļa atomi, kas saistīti ar oglekļa atomiem, veidojot daļu no molekulas galvenās ķēdes.

Atkarībā no galvenajām funkcionālajām grupām, kas ietilpst monomēros, tām tiks doti nosaukumi; piemēram, ja monomēru veido esteris, tiek izveidots poliesters.

Polimēru vēsture

Polimēru vēsture ir jāskata, sākot ar atsaucēm uz pirmajiem zināmajiem polimēriem.

Tādā veidā daži dabiskas izcelsmes materiāli, kas kopš seniem laikiem tiek plaši izmantoti (piemēram, celuloze vai āda), galvenokārt sastāv no polimēriem.

XIX gadsimts

Pretēji tam, ko varētu domāt, polimēru sastāvs nebija zināms vēl pirms pāris gadsimtiem, kad sāka noteikt, kā veidojas šīs vielas, un viņi pat mēģināja izveidot metodi mākslīgas ražošanas iegūšanai.

Pirmoreiz terminu “polimēri” lietoja 1833. gadā, pateicoties zviedru ķīmiķim Jēnsam Jēkabam Berzeliusam, kurš to lietoja, lai apzīmētu organiskas dabas vielas, kurām ir tāda pati empīriskā formula, bet kurām ir atšķirīga molārā masa.

Šis zinātnieks bija atbildīgs arī par citu terminu, piemēram, "izomērs" vai "katalīze", izveidošanu; kaut arī jāatzīmē, ka tajā laikā šo izteicienu jēdziens bija pilnīgi atšķirīgs no tā, ko tie nozīmē šodien.

Pēc dažiem eksperimentiem, lai iegūtu sintētiskos polimērus dabisko polimēru sugu pārveidē, šo savienojumu izpēte ieguva lielāku nozīmi.

Šo pētījumu mērķis bija panākt šo polimēru jau zināmo īpašību optimizāciju un jaunu vielu iegūšanu, kuras varētu sasniegt īpašus mērķus dažādās zinātnes jomās.

Divdesmitais gadsimts

Novērojot, ka gumija šķīst organiska rakstura šķīdinātājā, un pēc tam iegūtajam šķīdumam bija dažas neparastas īpašības, zinātnieki bija nobažījušies un nezināja, kā tos izskaidrot.

Izmantojot šos novērojumus, viņi secināja, ka tādām vielām kā šī ir ļoti atšķirīga izturēšanās nekā mazākām molekulām, jo ​​tās varēja novērot, pētot gumiju un tās īpašības.

Viņi atzīmēja, ka pētītajam šķīdumam bija augsta viskozitāte, ievērojams sasalšanas punkta samazinājums un mazs osmotiskais spiediens; No tā varēja secināt, ka bija vairākas izšķīdinātas vielas ar ļoti lielu molāro masu, taču zinātnieki atteicās ticēt šai iespējai.

Šīs parādības, kas izpaudās arī dažās vielās, piemēram, želatīnā vai kokvilnā, tā laika zinātniekiem lika domāt, ka šāda veida vielas veido mazu molekulu vienību agregāti, piemēram, C ₅ H ₈ vai C ₁₀ H ₁₆ , ko saista starpmolekulārie spēki.

Lai arī šī kļūdainā domāšana saglabājās dažus gadus, līdz mūsdienām pastāvošā definīcija bija tāda, kādu tai deva vācu ķīmiķis un Nobela prēmijas ķīmijā laureāts Hermans Staudingers.

XXI gadsimts

Pašreizējo šo struktūru definīciju kā makromolekulāras vielas, kas saistītas ar kovalentām saitēm, 1920. gadā izveidoja Staudingers, kurš uzstāja uz eksperimentu izstrādi un veikšanu, līdz nākamajos desmit gados viņš atrada pierādījumus šai teorijai.

Tā saucamās “polimēru ķīmijas” izstrāde sākās, un kopš tā laika tā ir tikai piesaistījusi pētnieku interesi visā pasaulē, tās vēstures lappusēs iekļaujot ļoti nozīmīgus zinātniekus, tostarp Giulio Natta, Karl Ziegler, Čārlzs Gudvards, starp citu, papildus jau nosauktajiem.

Pašlaik polimēru makromolekulas tiek pētītas dažādās zinātnes jomās, piemēram, polimēru zinātnē vai biofizikā, kur tiek pētītas vielas, kas rodas, monomērus saistot ar kovalentajām saitēm ar dažādām metodēm un mērķiem.

Protams, sākot no dabīgiem polimēriem, piemēram, poliizoprēna, līdz sintētiskas izcelsmes kā polistirolam, tie tiek izmantoti ļoti bieži, nemazinot citu sugu, piemēram, silikonu, nozīmi, ko veido monomēri, kuru pamatā ir silīcijs.

Arī lielu daļu no šiem dabiskās un sintētiskās izcelsmes savienojumiem veido divas vai vairākas dažādas monomēru klases, šīm polimēru sugām ir piešķirts kopolimēru nosaukums.

Polimerizācija

Lai iedziļinātos polimēru tēmā, mums jāsāk ar runu par vārda polimērs izcelsmi, kas cēlies no grieķu valodas terminiem polys, kas nozīmē “daudz”; un vienkārši, kas attiecas uz kaut kā "daļām".

Šis termins tiek izmantots, lai apzīmētu molekulārus savienojumus, kuru struktūra sastāv no daudzām atkārtojošām vienībām. Tas izraisa augstas relatīvās molekulmasas īpašības un citas šo raksturīgās īpašības.

Tādējādi vienības, kas veido polimērus, balstās uz molekulārām sugām, kurām ir salīdzinoši maza relatīvā molekulmasa.

Šajā aspektā termins polimerizācija attiecas tikai uz sintētiskiem polimēriem, precīzāk uz procesiem, kurus izmanto šāda veida makromolekulu iegūšanai.

Tāpēc polimerizāciju var definēt kā ķīmisku reakciju, ko izmanto monomēru kombinācijā (pa vienam), lai no tiem iegūtu atbilstošos polimērus.

Tādējādi polimēru sintēzi veic, izmantojot divus galvenos reakciju veidus: pievienošanas reakcijas un kondensācijas reakcijas, kuras sīkāk tiks aprakstītas turpmāk.

Polimerizācija pievienošanas reakcijās

Šāda veida polimerizācijā piedalās nepiesātinātas molekulas, kurām ir divkāršas vai trīskāršas saites, jo īpaši oglekļa-oglekļa struktūras.

Šajās reakcijās monomēri tiek savstarpēji kombinēti, neizdalot nevienu no atomiem, kur polimēru veidus, kas sintezēti, sadalot vai atverot gredzenu, var iegūt, neradot mazu molekulu izvadīšanu.

No kinētiskā viedokļa šo polimerizāciju var uzskatīt par trīspakāpju reakciju: ierosināšanu, izplatīšanos un izbeigšanu.

Pirmkārt, uzsākšana reakcijas notiek, kurās apkure tiek piemērots molekulu uzskatīts kā ierosinātājs (apzīmē kā R ₂ ), lai radītu divus radikālus sugas šādi:

R ₂ → 2R ∙

Ja kā piemērs ir dota polietilēna ražošana, tad nākamais solis ir pavairošana, kurā izveidotais reaktīvais radikālis uzrunā etilēna molekulu un tiek izveidots jauns radikāļu veids:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ CH ₂ ∙

Pēc tam šo jauno radikāli apvieno ar citu etilēna molekulu, un šis process notiek secīgi, līdz divu garu ķēžu radikāļu apvienojums beidzot iegūst polietilēnu, reakcijā, kas pazīstama kā termināls.

Polimerizācija ar kondensācijas reakcijām

Polimerizācijas gadījumā, izmantojot kondensācijas reakcijas, papildus sekojošai mazas molekulas, kas parasti ir ūdens, atdalīšanai, parasti notiek divu dažādu monomēru apvienojums.

Tāpat polimēros, kas iegūti šajās reakcijās, mugurkaula daļā bieži ir heteroatomi, piemēram, skābeklis vai slāpeklis. Gadās arī, ka atkārtojošajā vienībā, kas attēlo tās ķēdes pamatni, nav visu atomu, kas atrodas monomērā, līdz kuram to varētu sadalīt.

No otras puses, ir metodes, kas izstrādātas nesen, starp kurām izceļas plazmas polimerizācija, kuru raksturlielumi pilnībā neatbilst nevienam no iepriekš izskaidrotajiem polimerizācijas veidiem.

Tādā veidā sintētiskas izcelsmes polimerizācijas reakcijas, gan pievienošanas, gan kondensācijas reakcijas, var notikt bez katalizatora veida vai klātbūtnes gadījumā.

Kondensācijas polimerizācija tiek plaši izmantota daudzu ikdienā bieži sastopamu savienojumu, piemēram, dakrona (labāk pazīstams kā poliesteris) vai neilona, ​​ražošanā.

Citas polimerizācijas formas

Papildus šīm mākslīgajām polimēru sintēzes metodēm pastāv arī bioloģiskā sintēze, kas tiek definēta kā pētījumu joma, kas atbild par biopolimēru izpēti, un tos iedala trīs galvenajās kategorijās: polinukleotīdi, polipeptīdi un polisaharīdi.

Dzīvos organismos sintēzi var veikt dabiski, izmantojot procesus, kas ietver tādu katalizatoru kā enzīma polimerāze klātbūtni tādu polimēru kā dezoksiribonukleīnskābe (DNS) ražošanā.

Citos gadījumos vairums bioķīmiskajā polimerizācijā izmantoto fermentu ir olbaltumvielas, kas ir polimēri, kas veidojas uz aminoskābju pamata un kuri ir nepieciešami lielākajā daļā bioloģisko procesu.

Papildus biopolimēru vielām, kas iegūtas ar šīm metodēm, ir arī citas, ar lielu komerciālu nozīmi, piemēram, vulkanizēta gumija, kas tiek iegūta, karsējot dabiskas izcelsmes gumiju sēra klātbūtnē.

Tādējādi starp paņēmieniem, ko izmanto polimēru sintēzē ar dabiskas izcelsmes polimēru ķīmisku modifikāciju, ir apdare, šķērssavienojumi un oksidēšana.

Polimēru veidi

Polimēru veidus var klasificēt pēc dažādām īpašībām; piemēram, pēc fizikālās reakcijas uz karsēšanu tos klasificē termoplastikā, termosekstā vai elastomērā.

Turklāt atkarībā no monomēru veida, no kā tie veidojas, tie var būt homopolimēri vai kopolimēri.

Līdzīgi, atkarībā no polimerizācijas veida, kādā tie tiek ražoti, tie var būt pievienošanas vai kondensācijas polimēri.

Tāpat dabiskos vai sintētiskos polimērus var iegūt atkarībā no to izcelsmes; vai organisks vai neorganisks atkarībā no tā ķīmiskā sastāva.

Īpašības

- Tā visievērojamākā īpašība ir monomēru atkārtotā identitāte kā struktūras pamats.

- Tā elektriskās īpašības mainās atkarībā no mērķa.

- tiem piemīt mehāniskās īpašības, piemēram, elastība vai izturība pret vilkmi, kas nosaka to makroskopisko izturēšanos.

- Dažiem polimēriem piemīt svarīgas optiskās īpašības.

- To mikrostruktūra tieši ietekmē viņu citas īpašības.

- Polimēru ķīmiskās īpašības nosaka pievilcīgā mijiedarbība starp ķēdēm, kas tos veido.

- Tās transportēšanas īpašības ir saistītas ar starpmolekulāro kustību ātrumu.

- Tā agregācijas stāvokļu uzvedība ir saistīta ar tā morfoloģiju.

Polimēru piemēri

Starp lielo skaitu polimēru, kas pastāv, ir šādi:

Polistirols

Izmanto dažādu veidu konteineros, kā arī konteineros, kurus izmanto kā siltumizolatorus (ūdens atdzesēšanai vai ledus uzglabāšanai) un pat rotaļlietās.

Politetrafluoretilēns

Labāk pazīstams kā teflons, to izmanto kā elektrisko izolatoru arī ruļļu ražošanā un virtuves piederumu pārklāšanai.

Polivinilhlorīds

Šis polimērs, ko izmanto sienas kanālu, flīžu, rotaļlietu un cauruļu ražošanā, ir komerciāli pazīstams kā PVC.

Atsauces

1. Wikipedia. (sf). Polimērs. Atgūts no vietnes en.wikipedia.or
2. Čans, R. (2007). Ķīmija, devītais izdevums. Meksika: Makgreivs.
3. LibreTexts. (sf). Ievads polimēros. Saturs iegūts no chem.libretexts.org
4. Kovijs, JMG, un Arrighi, V. (2007). Polimēri: mūsdienu materiālu ķīmija un fizika, trešais izdevums. Atkopts no books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polimērs. Izgūts no britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polimēri: zinātnes izcelsme un izaugsme. Atkopts no books.google.co.ve