POLIMEREK: TÖRTÉNELEM, POLIMERIZÁCIÓ, TÍPUSOK, TULAJDONSÁGOK - KÉMIA - 2026

A polimerek olyan molekuláris vegyületek, amelyek nagy moláris tömegűek (ezer és millió között változnak), és nagyszámú egységből állnak, úgynevezett monomerekből, amelyek ismétlődnek.

Mivel ezeknek a fajoknak a jellemzője, hogy nagy molekulák, ezeket a fajokat makromolekuláknak nevezik, amelyek egyedi tulajdonságokat adnak számukra, amelyek nagyon különböznek a kisebbekben megfigyeltől, csak az ilyen típusú anyagoknak tulajdoníthatók, mint például a hajlamuk üvegszerkezetek alakítása.

Ugyanígy, mivel ezek a molekulák nagyon nagy csoportjába tartoznak, felmerült a szükség arra, hogy osztályozzuk őket, amelyekre két típusba sorolhatók: természetes eredetű polimerek, például fehérjék és nukleinsavak; és a szintetikusan előállított termékek, például a nejlon vagy a Lucit (más néven Plexilas).

A tudósok a polimerek mögött meghúzódó tudomány kutatását az 1920-as években kezdték meg, amikor kíváncsian és zavartan figyelték meg, hogyan viselkednek az anyagok, például a fa vagy a gumi. A korabeli tudósok tehát elkezdték elemezni ezeket a mindennapi életben jelen levő vegyületeket.

A fajok természetének bizonyos szintű megértésével megérthető volt a szerkezetük és előrehaladtunk a makromolekulák létrehozásában, amelyek megkönnyíthetik a meglévő anyagok fejlesztését és fejlesztését, valamint új anyagok előállítását.

Hasonlóképpen ismert, hogy számos jelentős polimer szerkezetében nitrogén- vagy oxigénatomokat tartalmaz, szénatomokhoz kapcsolódva, és a molekula fő láncának részét képezik.

A monomerek részét képező fő funkciós csoportoktól függően megkapják a nevüket; például ha a monomert észter képezi, akkor poliészter képződik.

A polimerek története

A polimerek történetét az első ismert polimerekre való hivatkozással kell megközelíteni.

Ilyen módon bizonyos természetes eredetű anyagok, amelyeket az ókorban széles körben használtak (például cellulóz vagy bőr), főleg polimerekből állnak.

Században

Annak ellenére, amire gondolnánk, a polimerek összetétele néhány évszázaddal ezelőtt volt ismeretlen, amikor megkezdték annak meghatározását, hogy ezek az anyagok hogyan alakulnak ki, sőt még egy módszert is megkíséreltek kidolgozni a mesterséges előállítás elérésére.

A „polimerek” kifejezés első alkalommal 1833-ban került felhasználásra, köszönhetően Jöns Jacob Berzelius svéd vegyésznek, aki szerves természetű anyagokra utalt, amelyek ugyanolyan empirikus képlettel rendelkeznek, de eltérő moláris tömeggel rendelkeznek.

Ez a tudós a többi kifejezés, például az "izomer" vagy a "katalízis" kialakításáért is felelős volt; bár meg kell jegyezni, hogy akkoriban ezeknek a kifejezéseknek a fogalma teljesen különbözött azoktól, amelyeket ma értettek.

Néhány kísérlet után a szintetikus polimerek előállításához a természetes polimer fajok átalakításából ezeknek a vegyületeknek a vizsgálata nagyobb jelentőségűvé vált.

E vizsgálatok célja az volt, hogy optimalizálják e polimerek már ismert tulajdonságait, és új anyagokat nyerjenek, amelyek különféle célokat tudnak elérni a tudomány különféle területein.

Huszadik század

Figyelembe véve, hogy a gumi oldódik szerves oldószerben, majd a kapott oldat szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik, a tudósok aggódtak, és nem tudták, hogyan kell ezeket magyarázni.

Ezekkel a megfigyelésekkel arra a következtetésre jutottak, hogy az ilyen anyagok nagyon eltérő viselkedést mutatnak, mint a kisebb molekulák, mivel meg tudták figyelni a gumi és annak tulajdonságainak tanulmányozása során.

Megfigyelték, hogy a vizsgált oldat nagy viszkozitással rendelkezik, jelentősen csökken a fagypont és alacsony ozmotikus nyomás; Ebből arra lehet következtetni, hogy számos oldott anyag létezik nagyon magas moláris tömeggel, de a tudósok nem hajlandóak hinni ebben a lehetőségben.

Ezek a jelenségek, amelyek bizonyos anyagokban, például a zselatinban vagy a gyapotban is megnyilvánultak, arra hívták a korabeli tudósokat, hogy az ilyen típusú anyagok kis molekuláris egységek aggregátumaiból állnak, mint például C ₅ H ₈ vagy C ₁₀ H ₁₆, intermolekuláris erők köti meg.

Noha ez a téves gondolkodás néhány évig megmaradt, a mai napig fennálló definíciót a német vegyész és a kémiai Nobel-díjas Hermann Staudinger adott neki.

XXI. Század

E struktúrák kovalens kötésekkel összekapcsolt makromolekuláris anyagokként történő meghatározását Staudinger 1920-ban fogalmazta meg, aki ragaszkodott a kísérletek kidolgozásához és elvégzéséhez, amíg bizonyítékokat nem talál az ezen elméletre a következő tíz évben.

Az úgynevezett „polimer kémia” kifejlesztése megkezdődött, és azóta csak a kutatók érdeklődését vonzza fel a világ minden tájáról, és a történelem oldalain nagyon fontos tudósokat számol be, köztük Giulio Natta, Karl Ziegler, A korábban nevezteken kívül többek között Charles Goodyear.

Jelenleg a polimer makromolekulákat különféle tudományos területeken, például polimer tudományban vagy biofizikában tanulmányozzák, ahol megvizsgálják azokat az anyagokat, amelyek a monomerek kovalens kötések útján történő összekapcsolásából származnak, különböző módszerekkel és célokkal.

Természetesen a természetes polimerektől, például a poliizopréntől a szintetikus eredetű polisztiroléig, ezeket nagyon gyakran használják, anélkül, hogy csökkentenék más fajok, például a szilikon alapú monomerekből álló szilikon fontosságát.

Ezen túlmenően a természetes és szintetikus eredetű vegyületek nagy része kettő vagy több különféle monomer osztályból áll, ezeknek a polimer fajoknak kopolimerek nevet kaptak.

Polimerizáció

Annak érdekében, hogy belemerüljünk a polimerek témájába, meg kell kezdenünk a polimer szó eredetéről beszélni, amely a görög polys kifejezésből származik, ami „sokat” jelent; és puszta, ami valami "részei" -re utal.

Ezt a kifejezést olyan molekuláris vegyületek megjelölésére használják, amelyek szerkezete sok ismétlődő egységből áll, ez a nagy relatív molekulatömeg tulajdonságait és ezek egyéb belső tulajdonságait eredményezi.

Tehát a polimereket alkotó egységek molekuláris fajokon alapulnak, amelyek viszonylag kis relatív molekulatömeggel rendelkeznek.

Ebben az értelemben a polimerizáció kifejezés csak a szintetikus polimerekre vonatkozik, pontosabban az ilyen típusú makromolekulák előállítására alkalmazott eljárásokra.

Ezért a polimerizáció úgy definiálható, mint a kémiai reakció, amelyet a monomerek kombinációjában (egyenként) alkalmaznak, hogy ezekből a megfelelő polimereket kapják.

Így a polimerek szintézisét két fő típusú reakción keresztül hajtják végre: addíciós reakciók és kondenzációs reakciók, amelyeket az alábbiakban részletesebben ismertetünk.

Polimerizáció addíciós reakciók útján

Az ilyen típusú polimerizációban olyan telítetlen molekulák vesznek részt, amelyek szerkezetében kettős vagy hármas kötések vannak, különösen a szén-szénatomokban.

Ezekben a reakciókban a monomerek kombinációikon mennek keresztül atomok eltávolítása nélkül, ahol a gyűrű törésével vagy kinyitásával szintetizált polimer fajok kis molekulák eltávolítása nélkül állíthatók elő.

Kinetikai szempontból ez a polimerizáció háromlépéses reakciónak tekinthető: iniciálás, terjedés és befejezés.

Először is, a megindítását a reakció lejátszódik, amelyben melegítést alkalmazunk, hogy egy olyan molekula, tekinteni iniciátor (jelöljük R ₂), hogy két gyökök az alábbiak:

R ₂ → 2R ∙

Ha a polietilén előállítását példaként mutatjuk be, akkor a következő lépés a szaporítás, ahol a képződött reakcióképes gyök etilén molekulára irányul, és egy új gyökfaj képződik az alábbiak szerint:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Ezt az új gyököt később egy másik etilén molekulával kombinálják, és ez a folyamat egymás után folytatódik, amíg a két hosszú láncú gyök kombinációja végül polietilént eredményez, a reakció végső néven ismert.

Polimerizáció kondenzációs reakciók révén

Kondenzációs reakciókon keresztüli polimerizáció esetén általában két különböző monomer kombinációja következik be, egy kis molekula következményeinek kiküszöbölése mellett, amely általában víz.

Hasonlóképpen, az ezekkel a reakciókkal előállított polimerek a gerincük részeként gyakran heteroatomokat tartalmaznak, például oxigént vagy nitrogént. Az is előfordul, hogy a lánca alapját képező ismétlődő egységben nem található meg az összes atom, amely abban a monomerben van, amelyre lebontható lenne.

Másrészt vannak olyan módszerek, amelyeket a közelmúltban fejlesztettek ki, amelyek közül kiemelkedik a plazma polimerizáció, amelyek tulajdonságai nem egyeznek tökéletesen a korábban kifejtett polimerizáció egyik típusával sem.

Ilyen módon a szintetikus eredetű polimerizációs reakciók, akár az addíciós, mind a kondenzációs reakciók, katalizátorcsoport hiányában vagy jelenlétében fordulhatnak elő.

A kondenzációs polimerizációt széles körben használják számos, a mindennapi életben gyakran előforduló vegyület, például dakron (más néven poliészter néven ismert) vagy nejlon előállításánál.

Polimerizáció egyéb formái

Ezen mesterséges polimer szintézis módszereken túlmenően létezik biológiai szintézis is, amelyet a biopolimerek kutatásáért felelős kutatási területként határoznak meg. Ezek három fő kategóriába sorolhatók: polinukleotidok, polipeptidek és poliszacharidok.

Az élő szervezetekben a szintézist természetes módon hajthatjuk végre olyan folyamatok útján, amelyekben katalizátorok, például polimeráz enzim jelenléte szerepel olyan polimerek, mint a dezoxiribonukleinsav (DNS) előállításában.

Más esetekben a biokémiai polimerizációban használt enzimek nagy része fehérjék, amelyek aminosavak alapján képződött polimerek, és amelyek a biológiai folyamatok túlnyomó részében nélkülözhetetlenek.

Az ezekkel az eljárásokkal előállított biopolimer anyagokon kívül vannak még nagy jelentősége a kereskedelemben, például vulkanizált gumi, amelyet természetes eredetű gumi kén jelenlétében történő hevítésével állítanak elő.

Így a természetes eredetű polimerek kémiai módosítása révén a polimer szintéziséhez alkalmazott eljárások között szerepel a kikészítés, térhálósítás és oxidáció.

Polimerek típusai

A polimerek típusait különféle jellemzők szerint lehet osztályozni; így például hőre lágyuló műanyagokba, hőszigetekbe vagy elasztomerekbe lehet besorolni őket a hevítés fizikai reakciója alapján.

Ezenkívül, attól függően, hogy milyen monomereket képeznek, ezekből homopolimerek vagy kopolimerek lehetnek.

Hasonlóképpen, a polimerizáció fajtája szerint, amely általuk előállíthatók, ezek lehetnek addíciós vagy kondenzációs polimerek.

Hasonlóképpen, természetes vagy szintetikus polimerek származásuktól függően is előállíthatók; vagy szerves vagy szervetlen, kémiai összetételétől függően.

Tulajdonságok

- Legfigyelemreméltóbb jellemzője a monomerek ismétlődő azonosítása, mint a szerkezetük alapja.

- Elektromos tulajdonságai rendeltetésük szerint változnak.

- Olyan mechanikai tulajdonságokat mutatnak, mint például a rugalmasság vagy a tapadási ellenállás, amelyek meghatározzák makroszkopikus viselkedésüket.

- Néhány polimer fontos optikai tulajdonságokkal rendelkezik.

- A mikroszerkezetük közvetlenül befolyásolja egyéb tulajdonságaikat.

- A polimerek kémiai jellemzőit az őket alkotó láncok vonzó kölcsönhatása határozza meg.

- Transzport tulajdonságai az intermolekuláris mozgás sebességéhez viszonyítva.

- Az aggregációs állapotok viselkedése morfológiájához kapcsolódik.

Példák polimerekre

A létező számos polimer közül a következők találhatók:

Polisztirol

Különböző típusú tartályokban, valamint hőszigetelőként (a víz hűtésére vagy a jég tárolására), valamint a játékokban használt tartályokban használják.

politetrafluoretilén

Teflon néven ismert elektromos szigetelőként, hengerek gyártásához és konyhai eszközök bevonásához is használják.

Polivinil-klorid

Fali csatornák, csempék, játékok és csövek gyártásában használják ezt a polimert kereskedelmi néven PVC-ként.

Irodalom

1. Wikipedia. (Sf). Polimer. Helyreállítva az en.wikipedia.or webhelyről
2. Chang, R. (2007). Kémia, kilencedik kiadás. Mexikó: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (Sf). Bevezetés a polimerekbe. A (z) chem.libretexts.org webhelyből származik
4. Cowie, JMG és Arrighi, V. (2007). Polimerek: A modern anyagok kémiája és fizikája, harmadik kiadás. Helyreállítva a books.google.co.ve webhelyről
5. Britannica, E. (második). Polimer. Visszakeresve a britannica.com webhelyről
6. Morawetz, H. (2002). Polimerek: A tudomány eredete és növekedése. Helyreállítva a books.google.co.ve webhelyről