Historie polymerů, polymerace, typy, vlastnosti a příklady



polymerů jsou molekulární sloučeniny, které se vyznačují vysokou molekulovou hmotností (v rozmezí od tisíců do milionů) a které jsou tvořeny velkým počtem jednotek, nazývaných monomery, které se opakují..

Vzhledem k tomu, že mají charakter velkých molekul, nazývají se tyto druhy makromolekulami, které jim dávají jedinečné vlastnosti a jsou velmi odlišné od těch, které byly pozorovány u menších, které lze připsat tomuto typu látek, jako je sklon, který mají k dispozici. tvar skleněných konstrukcí.

Stejným způsobem, protože patří do velmi velké skupiny molekul, vznikla potřeba poskytnout jim klasifikaci, z toho důvodu jsou rozděleny do dvou typů: polymery přírodního původu, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny; a syntetické výroby, jako je nylon nebo lucit (lépe známý jako plexiglas).

Učenci začali vyšetřování vědy, která existuje za polymery ve dvacátých létech, když oni sledovali se zvědavostí a zmatkem jak některé substance se chovají jako dřevo nebo guma. Vědci té doby se pak věnovali analýze těchto sloučenin tak přítomných v každodenním životě.

Dosažením určité úrovně porozumění povaze těchto druhů bychom mohli pochopit jejich strukturu a postup při tvorbě makromolekul, které by mohly usnadnit vývoj a zlepšování stávajících materiálů, stejně jako výrobu nových materiálů..

Je také známo, že mnoho významných polymerů obsahuje ve své struktuře atomy dusíku nebo kyslíku, připojené k atomům uhlíku, které tvoří součást hlavního řetězce molekuly..

V závislosti na hlavních funkčních skupinách, které jsou součástí monomerů, budou jmenovány; pokud je například monomer tvořen esterem, vzniká polyester.

Index

  • 1 Historie polymerů
    • 1.1 19. století
    • 1.2 20. století
    • 1.3 století XXI
  • 2 Polymerizace
    • 2.1 Polymerace adičními reakcemi
    • 2.2 Polymerace kondenzačními reakcemi
    • 2.3 Další formy polymerace
  • 3 Typy polymerů
  • 4 Vlastnosti
  • 5 Příklady polymerů
    • 5.1 Polystyren
    • 5.2 Polytetrafluorethylen
    • 5.3 Polyvinylchlorid
  • 6 Odkazy

Historie polymerů

Historie polymerů by měla být řešena počínaje odkazy na první polymery, o nichž je známo.

Tímto způsobem jsou některé materiály přírodního původu, které byly široce používány od starověku (např. Celulóza nebo kůže), převážně tvořeny polymery..

19. století

Na rozdíl od toho, co by se mohlo zdát, bylo složení polymerů neznámé, než bylo odhaleno až před pár stoletími, kdy začaly určovat, jak byly tyto látky vytvořeny, a dokonce se snažily zavést nějakou metodu, jak uměle dosáhnout výroby..

Poprvé byl termín "polymery" použit v roce 1833, díky švédskému chemikovi Jöns Jacob Berzelius, který ho používal k označení látek organické povahy, které mají stejný empirický vzorec, ale mají různé molární hmotnosti..

Tento vědec měl také na starosti další výrazy, jako například "izomer" nebo "katalýza"; i když je třeba poznamenat, že v té době byl pojem těchto výrazů zcela odlišný od toho, co v současné době znamená.

Po některých experimentech k získání syntetických polymerů z transformace přírodních polymerních druhů se studie těchto sloučenin stala relevantnější.

Účelem těchto výzkumů bylo dosáhnout optimalizace již známých vlastností těchto polymerů a získání nových látek, které by mohly splňovat specifické účely v různých oblastech věd..

20. století

Při pozorování, že kaučuk je rozpustný v rozpouštědle organického charakteru a výsledný roztok vykazuje některé neobvyklé vlastnosti, byli vědci narušeni a nevěděli, jak je vysvětlit..

Prostřednictvím těchto pozorování vyvodit, že látky, jako je tato, vykazují chování velmi odlišné od menších molekul, jak si mohli všimnout při studiu kaučuku a jeho vlastností.

Poznamenali, že studovaný roztok měl vysokou viskozitu, významný pokles bodu tuhnutí a osmotický tlak malé velikosti; tím by se dalo usuzovat, že existuje několik solutů s velmi vysokou molární hmotností, ale učenci odmítli věřit v tuto možnost.

Tyto jevy, které se také projevily v určitých látkách, jako je želatina nebo bavlna, vedly vědce k tomu, aby si mysleli, že tento typ látek je tvořen agregáty malých molekulárních jednotek, jako je C5H8 nebo C10H16, intermolekulárními silami.

Ačkoli tato chybná myšlenka zůstala po několik let, definice, která přetrvává až do současnosti, byla ta, která mu byla udělena německým chemikem a vítězem Nobelovy ceny za chemii Hermannem Staudingerem..

21. století

Současná definice těchto struktur jako makromolekulární látky spojené kovalentními vazbami byla vytvořena v roce 1920 Staudingerem, který trval na navrhování a provádění experimentů, dokud nenalezl důkaz o této teorii během následujících deseti let..

Začal se vývoj takzvané "polymerní chemie" a od té doby jen zajímal zájem výzkumných pracovníků po celém světě, počítá se mezi stránkami své historie velmi důležitými vědci, mezi nimiž vyniká Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, mimo jiné, kromě těch dříve jmenovaných.

V současné době jsou polymerní makromolekuly studovány v různých vědeckých oblastech, jako je věda o polymerech nebo biofyzika, kde jsou zkoumány výsledné látky spojující monomery prostřednictvím kovalentních vazeb s různými metodami a účely..

Samozřejmě, z přírodních polymerů, jako je polyisopren, k syntetickým původům, jako je polystyren, se používají velmi často, aniž by to mělo vliv na jiné druhy, jako jsou silikony, tvořené monomery na bázi křemíku..

Také mnoho z těchto sloučenin přírodního a syntetického původu je tvořeno dvěma nebo více různými skupinami monomerů, přičemž tyto polymerní druhy mají název kopolymerů..

Polymerizace

Abychom se ponořili do problematiky polymerů, musíme začít tím, že budeme hovořit o původu slova polymer, který pochází z řeckých termínů. polysacharidů, což znamená "hodně"; a jen, který odkazuje na "části" něčeho.

Tento termín se používá k označení molekulárních sloučenin, které mají strukturu skládající se z mnoha opakujících se jednotek, což způsobuje vlastnost vysoké relativní molekulové hmotnosti a dalších vnitřních charakteristik těchto látek..

Jednotky, které tvoří polymery, jsou tedy založeny na molekulárních druzích, které mají relativní molekulovou hmotnost malé velikosti.

V tomto pořadí myšlenek se termín polymerizace vztahuje pouze na syntetické polymery, konkrétněji na procesy používané k získání tohoto typu makromolekul..

Proto může být polymerace definována jako chemická reakce používaná v kombinaci monomerů (jeden po druhém) k výrobě odpovídajících polymerů z nich..

Tímto způsobem se syntéza polymerů provádí pomocí dvou typů hlavních reakcí: adiční reakce a kondenzační reakce, které budou podrobně popsány níže..

Polymerace adičními reakcemi

Tento typ polymerizace má účast nenasycených molekul, které mají ve své struktuře dvojné nebo trojné vazby, zejména uhlík-uhlík.

V těchto reakcích monomery procházejí vzájemnými kombinacemi bez eliminace kteréhokoliv ze svých atomů, kde polymerní druhy syntetizované rozbitím nebo otevřením kruhu mohou být získány bez vytvoření eliminace malých molekul..

Z kinetického hlediska lze tuto polymeraci považovat za třístupňovou reakci: iniciaci, šíření a ukončení.

Nejprve nastane začátek reakce, při které se zahřívání aplikuje na molekulu považovanou za iniciátor (označenou jako R.)2) vytvořit dva radikálové druhy následujícím způsobem:

R2 → 2R ∙

Pokud se jako příklad použije výroba polyethylenu, pak dalším krokem je propagace, při které se reaktivní radikál tvoří k molekule ethylenu a vzniká nový radikálový druh:

R '+ CH2= CH2 → R-CH2-CH2∙

Tento nový radikál je následně kombinován s jinou molekulou ethylenu a tento postup pokračuje postupně, dokud kombinace dvou radikálů s dlouhým řetězcem nakonec nevyvolá polyethylen, v reakci známé jako ukončení..

Polymerace kondenzačními reakcemi

V případě polymerace kondenzačními reakcemi se obvykle vyskytuje kombinace dvou různých monomerů, kromě následné eliminace malé molekuly, kterou je obvykle voda..

Podobně, polymery vyrobené těmito reakcemi mají často heteroatomy, jako je kyslík nebo dusík, které tvoří součást jejich hlavní struktury. Také se stává, že repetitivní jednotka, která představuje základnu svého řetězce, nemá celek atomů, které jsou v monomeru, ke kterému by mohla být degradována..

Na druhé straně existují způsoby, které byly vyvinuty v poslední době, mezi nimiž vyniká plazmová polymerace, jejíž vlastnosti neodpovídají dokonale některému z výše popsaných typů polymerace..

Tímto způsobem se mohou polymerizační reakce syntetického původu, jak adice, tak kondenzace, vyskytovat v nepřítomnosti nebo v přítomnosti katalyzátorového druhu..

Kondenzační polymerace je široce používána při výrobě mnoha sloučenin běžně přítomných v každodenním životě, jako je dakron (lépe známý jako polyester) nebo nylon.

Další formy polymerace

Kromě těchto metod syntézy umělých polymerů existuje také biologická syntéza, která je definována jako oblast studia, která je zodpovědná za výzkum biopolymerů, které jsou rozděleny do tří hlavních kategorií: polynukleotidy, polypeptidy a polysacharidy.

V živých organismech může být syntéza prováděna přirozeně, prostřednictvím procesů, které zahrnují přítomnost katalyzátorů, jako je polymerázový enzym, při výrobě polymerů, jako je deoxyribonukleová kyselina (DNA)..

V jiných případech většina enzymů používaných v biochemické polymeraci jsou proteiny, které jsou polymery tvořené aminokyselinami a jsou nezbytné v převážné většině biologických procesů..

Kromě biopolymerních látek získaných těmito metodami existují i ​​další látky s velkým komerčním významem, jako je vulkanizovaný kaučuk, který se vyrábí zahříváním kaučuku přírodního původu v přítomnosti síry..

Mezi techniky používané pro syntézu polymerů chemickou modifikací polymerů přírodního původu patří konečná úprava, zesítění a oxidace.

Typy polymerů

Typy polymerů mohou být klasifikovány podle různých charakteristik; Například se klasifikují na termoplasty, termosety nebo elastomery podle jejich fyzické odezvy na ohřev.

Kromě toho, v závislosti na typu monomerů, ze kterých jsou vytvořeny, mohou být homopolymery nebo kopolymery.

Stejným způsobem mohou být podle typu polymerace, kterou jsou vyrobeny, polymery s přídavkem nebo kondenzací.

Také mohou být získány přírodní nebo syntetické polymery v závislosti na jejich původu; u organické nebo anorganické v závislosti na jeho chemickém složení.

Vlastnosti

- Jeho nejpozoruhodnější rys je opakovaná identita jeho monomerů jako východisko pro jeho strukturu.

- Jeho elektrické vlastnosti se liší podle účelu.

- Mají mechanické vlastnosti jako pružnost nebo pevnost v tahu, které definují jejich makroskopické chování.

- Některé polymery vykazují důležité optické vlastnosti.

- Mikrostruktura, kterou mají, přímo ovlivňuje jejich další vlastnosti.

- Chemické vlastnosti polymerů jsou určeny atraktivním typem interakcí mezi řetězci, které je tvoří.

- Její transportní vlastnosti se vztahují k rychlosti intermolekulárního pohybu.

- Chování jeho agregačních stavů souvisí s jeho morfologií.

Příklady polymerů

Mezi velké množství polymerů, které existují, patří:

Polystyren

Používá se v nádobách různých typů, stejně jako v nádobách, které se používají jako tepelné izolátory (pro chlazení vody nebo pro skladování ledu) a dokonce i v hračkách..

Polytetrafluorethylen

Je lépe známý jako teflon, používá se jako elektrický izolátor, také při výrobě rolí a pro potahování kuchyňských potřeb..

Polyvinylchlorid

Tento polymer se používá při výrobě kanálů pro stěny, dlaždice, hračky a trubky a je komerčně známý jako PVC.

Odkazy

  1. Wikipedia. (s.f.). Polymer Zdroj: en.wikipedia.or
  2. Chang, R. (2007). Chemie, deváté vydání. Mexiko: McGraw-Hill.
  3. LibreTexts. (s.f.). Úvod do polymerů. Zdroj: chem.libretexts.org
  4. Cowie, J. M. G., a Arrighi, V. (2007). Polymery: Chemie a fyzika moderních materiálů, 3. vydání. Citováno z knih.google.co.ve
  5. Britannica, E. (s.f.). Polymer Získáno z britannica.com
  6. Morawetz, H. (2002). Polymery: Počátky a růst vědy. Citováno z knih.google.co.ve