ПОЛИМЕРЫ: ИСТОРИЯ, ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ, ТИПЫ, СВОЙСТВА - ХИМИЯ - 2024

Эти полимеры представляют собой молекулярные соединения , характеризующиеся наличием высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до миллионов) и состоят из большого числа единиц, называемых мономерами, которые повторяются.

Поскольку они обладают характеристиками больших молекул, эти виды называются макромолекулами, что придает им уникальные качества, которые сильно отличаются от тех, которые наблюдаются у более мелких молекул, которые можно отнести только к этому типу веществ, например, их склонность к формирование стеклянных конструкций.

Таким же образом, поскольку они принадлежат к очень большой группе молекул, возникла необходимость предоставить им классификацию, по которой они делятся на два типа: полимеры природного происхождения, такие как белки и нуклеиновые кислоты; и синтетические, такие как нейлон или люцит (более известные как оргстекло).

Ученые начали свои исследования науки о полимерах в 1920-х годах, когда они с любопытством и недоумением наблюдали за поведением таких веществ, как дерево или резина. Поэтому ученые того времени начали анализировать эти соединения, присутствующие в повседневной жизни.

Достигнув определенного уровня понимания природы этих видов, стало возможным понять их структуру и продвинуться в создании макромолекул, которые могут облегчить разработку и улучшение существующих материалов, а также производство новых материалов.

Точно так же известно, что многие важные полимеры содержат в своей структуре атомы азота или кислорода, связанные с атомами углерода, составляющие часть основной цепи молекулы.

В зависимости от основных функциональных групп, входящих в состав мономеров, им будут даны их названия; например, если мономер образован сложным эфиром, образуется полиэфир.

История полимеров

К истории полимеров нужно подходить, начиная со ссылок на первые известные полимеры.

Таким образом, некоторые материалы природного происхождения, которые широко использовались с древних времен (например, целлюлоза или кожа), в основном состоят из полимеров.

XIX век

Вопреки тому, что можно было бы подумать, состав полимеров был неизвестен до тех пор, пока пару веков назад не начали определять, как эти вещества были образованы, и они даже попытались создать метод создания искусственного производства.

Впервые термин «полимеры» был использован в 1833 году благодаря шведскому химику Йонсу Якобу Берцелиусу, который использовал его для обозначения веществ органической природы, которые имеют одну и ту же эмпирическую формулу, но имеют разные молярные массы.

Этот ученый также отвечал за создание других терминов, таких как «изомер» или «катализ»; хотя следует отметить, что в то время понятие этих выражений полностью отличалось от того, что они означают сегодня.

После ряда экспериментов по получению синтетических полимеров в результате трансформации природных полимерных разновидностей изучение этих соединений приобретало все большую актуальность.

Целью этих исследований было достижение оптимизации уже известных свойств этих полимеров и получение новых веществ, которые могли бы служить конкретным целям в различных областях науки.

Двадцатый век

Заметив, что каучук растворим в растворителе органической природы, а затем полученный раствор проявляет некоторые необычные характеристики, ученые были обеспокоены и не знали, как их объяснить.

Посредством этих наблюдений они пришли к выводу, что подобные вещества демонстрируют совершенно иное поведение, чем более мелкие молекулы, что они могли наблюдать при изучении резины и ее свойств.

Они отметили, что исследуемый раствор имел высокую вязкость, значительное снижение температуры замерзания и небольшое осмотическое давление; Из этого можно было сделать вывод, что было несколько растворенных веществ с очень высокой молярной массой, но ученые отказались верить в эту возможность.

Эти явления, которые также проявлялись в некоторых веществах, таких как желатин или хлопок, заставили ученых того времени думать, что эти типы веществ состоят из агрегатов небольших молекулярных единиц, таких как C ₅ H ₈ или C _10. H ₁₆ , связанный межмолекулярными силами.

Хотя это неправильное мышление сохранялось в течение нескольких лет, определение, которое сохраняется до сих пор, было определением, данным ему немецким химиком и лауреатом Нобелевской премии по химии Германом Штаудингером.

XXI век

Текущее определение этих структур как макромолекулярных веществ, связанных ковалентными связями, было придумано в 1920 году Штаудингером, который настаивал на разработке и проведении экспериментов, пока он не нашел доказательства этой теории в течение следующих десяти лет.

Началось развитие так называемой «химии полимеров», и с тех пор она только привлекала интерес исследователей всего мира, причисляя к страницам своей истории очень важных ученых, включая Джулио Натта, Карла Циглера, Чарльз Гудиер, среди прочих, в дополнение к ранее названным.

В настоящее время полимерные макромолекулы изучаются в различных научных областях, таких как наука о полимерах или биофизика, где исследуются вещества, образующиеся в результате связывания мономеров ковалентными связями с различными методами и целями.

Конечно, от природных полимеров, таких как полиизопрен, до полимеров синтетического происхождения, таких как полистирол, они используются очень часто, не умаляя значения других разновидностей, таких как силиконы, состоящих из мономеров на основе кремния.

Кроме того, большая часть этих соединений природного и синтетического происхождения состоит из двух или более различных классов мономеров, эти полимерные разновидности получили название сополимеров.

Полимеризация

Чтобы углубиться в тему полимеров, мы должны начать с разговора о происхождении слова полимер, которое происходит от греческого слова polys, что означает «много»; и просто, что относится к «частям» чего-либо.

Этот термин используется для обозначения молекулярных соединений, которые имеют структуру, состоящую из множества повторяющихся единиц, что обуславливает свойство высокой относительной молекулярной массы и другие присущие им характеристики.

Таким образом, элементы, из которых состоят полимеры, основаны на молекулярных частицах, которые имеют относительно небольшую относительную молекулярную массу.

В этом смысле термин полимеризация применяется только к синтетическим полимерам, более конкретно к процессам, используемым для получения макромолекул этого типа.

Следовательно, полимеризация может быть определена как химическая реакция, которая используется в сочетании мономеров (по одному) для получения из них соответствующих полимеров.

Таким образом, синтез полимеров осуществляется посредством двух основных типов реакций: реакции присоединения и реакции конденсации, которые будут подробно описаны ниже.

Полимеризация реакциями присоединения

В этом типе полимеризации участвуют ненасыщенные молекулы, которые имеют двойные или тройные связи в своей структуре, особенно углерод-углерод.

В этих реакциях мономеры вступают в комбинации друг с другом без отщепления какого-либо из их атомов, где полимерные частицы, синтезированные путем разрыва или раскрытия кольца, могут быть получены без образования отщепления малых молекул.

С кинетической точки зрения эту полимеризацию можно рассматривать как трехстадийную реакцию: инициирование, распространение и прекращение.

Сначала происходит инициирование реакции, в которой нагревание применяется к молекуле, рассматриваемой как инициатор (обозначается как R ₂ ), для образования двух радикальных разновидностей, а именно:

R ₂ → 2R ∙

Если в качестве примера используется производство полиэтилена, то следующим этапом является распространение, где образовавшийся реактивный радикал вступает в реакцию с молекулой этилена, и образуются новые радикалы следующим образом:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Этот новый радикал впоследствии объединяется с другой молекулой этилена, и этот процесс продолжается последовательно до тех пор, пока комбинация двух длинноцепочечных радикалов, наконец, не приведет к полиэтилену в реакции, известной как обрыв.

Полимеризация реакциями конденсации

В случае полимеризации посредством реакций конденсации обычно происходит сочетание двух разных мономеров в дополнение к последующему удалению небольшой молекулы, которой обычно является вода.

Точно так же полимеры, полученные в результате этих реакций, часто имеют гетероатомы, такие как кислород или азот, как часть их основной цепи. Также бывает, что повторяющаяся единица, которая представляет собой основание его цепи, не имеет всех атомов, которые находятся в мономере, до которых он мог бы разложиться.

С другой стороны, есть методы, которые были разработаны в последнее время, среди которых выделяется плазменная полимеризация, характеристики которых не полностью согласуются ни с одним из типов полимеризации, описанных ранее.

Таким образом, реакции полимеризации синтетического происхождения, как реакции присоединения, так и конденсации, могут происходить в отсутствие или в присутствии разновидностей катализатора.

Конденсационная полимеризация широко используется при производстве многих соединений, обычно используемых в повседневной жизни, таких как дакрон (более известный как полиэфир) или нейлон.

Другие формы полимеризации

В дополнение к этим искусственным методам синтеза полимеров существует также биологический синтез, который определяется как область исследования, отвечающая за исследование биополимеров, которые делятся на три основные категории: полинуклеотиды, полипептиды и полисахариды.

В живых организмах синтез может осуществляться естественным путем с помощью процессов, которые включают присутствие катализаторов, таких как фермент полимераза, в производстве полимеров, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

В других случаях большинство ферментов, используемых в биохимической полимеризации, представляют собой белки, которые представляют собой полимеры, образованные на основе аминокислот и которые необходимы в подавляющем большинстве биологических процессов.

В дополнение к биополимерным веществам, полученным этими способами, существуют и другие, имеющие большое коммерческое значение, такие как вулканизированный каучук, который получают путем нагревания каучука природного происхождения в присутствии серы.

Таким образом, к методам, используемым для синтеза полимеров посредством химической модификации полимеров природного происхождения, относятся чистовая обработка, сшивание и окисление.

Типы полимеров

Типы полимеров можно классифицировать по разным характеристикам; например, они подразделяются на термопласты, реактопласты или эластомеры в зависимости от их физического отклика на нагрев.

Кроме того, в зависимости от типа мономеров, из которых они образованы, они могут быть гомополимерами или сополимерами.

Точно так же, в зависимости от типа полимеризации, с помощью которой они получают, они могут быть аддитивными или конденсационными полимерами.

Таким же образом можно получить природные или синтетические полимеры в зависимости от их происхождения; или органический или неорганический в зависимости от его химического состава.

Свойства

- Его наиболее примечательной особенностью является повторяющаяся идентичность его мономеров как основы его структуры.

- Его электрические свойства меняются в зависимости от назначения.

- Они обладают механическими свойствами, такими как эластичность или сопротивление растяжению, которые определяют их макроскопическое поведение.

- Некоторые полимеры обладают важными оптическими свойствами.

- Их микроструктура напрямую влияет на другие их свойства.

- Химические характеристики полимеров определяются притягивающими взаимодействиями между цепями, которые их образуют.

- Его транспортные свойства связаны со скоростью межмолекулярного движения.

- Поведение его агрегатных состояний связано с его морфологией.

Примеры полимеров

Среди большого количества существующих полимеров можно выделить следующие:

Полистирол

Используется в контейнерах разного типа, а также в контейнерах, которые используются в качестве теплоизоляторов (для охлаждения воды или хранения льда) и даже в игрушках.

Политетрафторэтилен

Более известный как тефлон, он используется как электрический изолятор, а также при производстве роликов и для покрытия кухонной утвари.

Поливинил хлорид

Этот полимер, используемый в производстве стеновых каналов, плитки, игрушек и труб, коммерчески известен как ПВХ.

Ссылки

1. Wikipedia. (SF). Полимер. Восстановлено с en.wikipedia.or
2. Чанг, Р. (2007). Химия, Девятое издание. Мексика: Макгроу-Хилл.
3. LibreTexts. (SF). Введение в полимеры. Получено с сайта chem.libretexts.org
4. Коуи, Дж.М.Г., и Арриги, В. (2007). Полимеры: химия и физика современных материалов, третье издание. Восстановлено с books.google.co.ve
5. Британника, Э. (nd). Полимер. Получено с britannica.com
6. Моравец, Х. (2002). Полимеры: истоки и рост науки. Восстановлено с books.google.co.ve