Історія полімерів, полімеризація, типи, властивості та приклади

The полімерів це молекулярні сполуки, які характеризуються високою молярною масою (від тисячі до мільйонів) і складаються з великої кількості одиниць, званих мономерами, які повторюються.

Оскільки вони мають властивість бути великими молекулами, ці види називаються макромолекулами, що дає їм унікальні якості і дуже відрізняється від тих, що спостерігаються в більш дрібних, тільки в зв'язку з цим типом речовин, таких як схильність до них формують скляні конструкції.

Так само, оскільки вони належать до дуже великої групи молекул, виникла потреба дати їм класифікацію, тому вони поділяються на два типи: полімери природного походження, такі як білки і нуклеїнові кислоти; і синтетичного виробництва, такого як нейлон або люцит (більш відомий як оргскла).

Учені почали дослідження науки, яка існує за полімерами в 1920-х роках, коли вони з цікавістю і здивування спостерігали, як деякі речовини поводяться як дерево або гума. Тоді вчені свого часу присвятили себе аналізу цих сполук, так присутні в повсякденному житті.

Досягнувши певного рівня розуміння природи цих видів, ми могли б зрозуміти їхню структуру і розвинути макромолекули, які могли б сприяти розвитку та вдосконаленню існуючих матеріалів, а також виробництву нових матеріалів..

Також відомо, що численні значущі полімери містять у своїй структурі атоми азоту або кисню, приєднані до атомів вуглецю, що утворюють частину основного ланцюга молекули \ t.

Залежно від основних функціональних груп, які входять до складу мономерів, вони будуть названі; наприклад, якщо мономер утворений складним ефіром, то виходить поліестер.

Індекс

• 1 Історія полімерів
  • 1.1 ХІХ ст
  • 1.2 ХХ століття
  • 1.3 Ст. XXI
• 2 Полімеризація
  • 2.1 Полімеризація реакціями приєднання
  • 2.2 Полімеризація реакціями конденсації
  • 2.3 Інші форми полімеризації
• 3 Види полімерів
• 4 Властивості
• 5 Приклади полімерів
  • 5.1 Полістирол
  • 5.2. Політетрафторетилен
  • 5.3 Полівінілхлорид
• 6 Посилання

Історія полімерів

Історія полімерів слід розглядати, починаючи з посилання на перші полімери, про які відомо.

Таким чином, деякі матеріали природного походження, які широко використовуються з найдавніших часів (наприклад, целюлоза або шкіра), в основному складаються з полімерів.

19 століття

Всупереч тому, що можна було б подумати, склад полімерів був невідомим для того, щоб розкрити його ще кілька століть тому, коли вони почали визначати, як ці речовини формувалися, і навіть прагнули встановити якийсь спосіб досягнення виробництва штучно.

Вперше термін "полімери" був використаний в 1833 році, завдяки шведському хіміку Йонсу Якобу Берцеліусу, який використовував його для позначення речовин органічної природи, які мають однакову емпіричну формулу, але мають різні молярні маси.

Цей вчений також відповідав за вигадування інших термінів, таких як «ізомер» або «каталіз»; хоча слід зазначити, що на той час концепція цих виразів була абсолютно відмінною від того, що вони в даний час означають.

Після деяких експериментів з отримання синтетичних полімерів з трансформації природних полімерних видів дослідження цих сполук ставали більш актуальними.

Метою цих досліджень було досягнення оптимізації вже відомих властивостей цих полімерів та отримання нових речовин, які могли б виконувати конкретні цілі в різних областях науки..

20-го століття

При спостереженні, що каучук розчинний у розчиннику органічної природи, а потім отриманий розчин виявив деякі незвичайні характеристики, вчені були порушені і не знали, як їх пояснити..

Через ці спостереження висновок, що речовини, подібні до цього, виявляють поведінку, дуже відрізняється від менших молекул, як вони могли помітити під час вивчення каучуку та його властивостей..

Вони зазначили, що досліджуваний розчин має високу в'язкість, значне зниження точки замерзання і осмотичний тиск невеликої величини; при цьому можна зробити висновок, що існувало кілька розчинених речовин дуже високої молярної маси, але вчені відмовилися вірити в цю можливість.

Ці явища, які також проявлялися в деяких речовинах, таких як желатин або бавовна, наштовхнули вчених того часу на думку, що цей тип речовин складається з агрегатів невеликих молекулярних одиниць, таких як C₅H₈ або C₁₀H₁₆, пов'язані міжмолекулярними силами.

Хоча ця помилкова думка зберігалася протягом декількох років, визначення, яке зберігається до теперішнього часу, було визнане німецьким хіміком і лауреатом Нобелівської премії з хімії Герман Штаудінгер..

21 століття

Нинішнє визначення цих структур як макромолекулярних речовин, пов'язаних ковалентними зв'язками, було введено в 1920 році Штаудінгером, який наполягав на розробці та проведенні експериментів до отримання доказу цієї теорії протягом наступних десяти років.

Розробка так званої "полімерної хімії" почалася і з тих пір вона тільки захопила інтерес дослідників по всьому світу, вважаючи серед сторінок її історії дуже важливих вчених, серед яких виділяються Джуліо Натта, Карл Циглер, Charles Goodyear, серед інших, на додаток до раніше названих.

В даний час полімерні макромолекули вивчаються в різних наукових областях, таких як полімерна наука або біофізика, де досліджуються отримані речовини зв'язування мономерів через ковалентні зв'язки з різними методами і цілями..

Звичайно, від природних полімерів, таких як поліізопрен, до синтетичних, таких як полістирол, вони використовуються дуже часто, не відволікаючись від інших видів, таких як силікони, що складаються з мономерів на основі кремнію..

Крім того, багато з цих сполук природного і синтетичного походження складаються з двох або більше різних класів мономерів, ці полімерні види отримали назву кополімерів.

Полімеризація

Для того, щоб заглибитися в питання полімерів, ми повинні почати з розмови про походження слова полімер, який походить від грецьких термінів. polys, що означає "багато"; і просто, що відноситься до "частин" чогось.

Цей термін використовується для позначення молекулярних сполук, що мають структуру, що складається з безлічі повторюваних одиниць, це викликає властивість високої відносної молекулярної маси та інших внутрішніх характеристик цих.

Таким чином, одиниці, що складають полімери, засновані на молекулярних видах, які мають відносну молекулярну масу невеликої величини.

У цьому порядку ідей термін полімеризація застосовується тільки до синтетичних полімерів, більш конкретно до процесів, що використовуються для отримання цього типу макромолекул.

Отже, полімеризація може бути визначена як хімічна реакція, що використовується в комбінації мономерів (по одному разу) для отримання відповідних полімерів з них..

Таким чином, синтез полімерів здійснюється за допомогою двох типів основних реакцій: реакцій приєднання і реакцій конденсації, які будуть докладно описані нижче.

Полімеризація реакціями приєднання

Цей тип полімеризацій має участь ненасичених молекул, які мають подвійну або потрійну зв'язок у своїй структурі, особливо тих вуглець-вуглець.

У цих реакціях мономери піддаються комбінації один з одним без усунення будь-якого з їх атомів, де полімерні види, синтезовані шляхом розриву або розкриття кільця, можуть бути отримані без генерування елімінації малих молекул.

З кінетичної точки зору цю полімеризацію можна розглядати як триступеневу реакцію: ініціювання, поширення і припинення.

По-перше, починається реакція, в якій нагрівання подається на молекулу, що розглядається як ініціатор (позначена як R₂генерувати два радикальні види наступним чином:

R₂ → 2R ∙

Якщо в якості прикладу використовують виробництво поліетилену, то наступним кроком є ​​розмноження, при якому реактивно утворений радикал наближається до молекули етилену, і новий радикал утворюється наступним чином:

R '+ CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Цей новий радикал згодом з'єднується з іншою молекулою етилену, і цей процес продовжується послідовно, поки комбінація двох довголанцюгових радикалів остаточно не породжує поліетилен, в реакції, відомій як припинення..

Полімеризація реакціями конденсації

У разі полімеризації шляхом реакцій конденсації, як правило, відбувається комбінація двох різних мономерів, крім того, що призводить до усунення невеликої молекули, яка зазвичай є водою..

Подібним чином, полімери, одержані цими реакціями, часто мають гетероатоми, такі як кисень або азот, що входять до складу їх основної структури. Буває також, що повторювана одиниця, що представляє основу її ланцюга, не має сукупності атомів, які знаходяться в мономері, до якого вона може бути деградована..

З іншого боку, існують методи, які були розроблені ще недавно, серед яких виділяється плазмова полімеризація, характеристики якої не збігаються з будь-яким з описаних вище типів полімеризації..

Таким чином, реакції полімеризації синтетичного походження, як додавання, так і конденсації, можуть відбуватися у відсутності або в присутності видів каталізатора..

Конденсаційна полімеризація широко застосовується у виробництві багатьох сполук, які зазвичай присутні в повсякденному житті, таких як дакрон (більш відомий як поліестер) або нейлон.

Інші форми полімеризації

Крім цих методів синтезу штучних полімерів існує також біологічний синтез, який визначається як область дослідження, що відповідає за дослідження біополімерів, які поділяються на три основні категорії: полінуклеотиди, поліпептиди і полісахариди \ t.

У живих організмах синтез можна проводити природно, за допомогою процесів, які передбачають наявність таких каталізаторів, як фермент полімерази у виробництві полімерів, таких як дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК)..

В інших випадках більшість ферментів, що використовуються в біохімічній полімеризації, є білками, які є полімерами, утвореними з амінокислотами, і є істотними в переважній більшості біологічних процесів..

Крім біополімерних речовин, отриманих цими способами, є й інші, що мають велике комерційне значення, такі як вулканізований каучук, який виробляється шляхом нагрівання каучуку природного походження в присутності сірки \ t.

Отже, серед методів, що використовуються для синтезу полімерів шляхом хімічної модифікації полімерів природного походження, є обробка, зшивання і окислення.

Види полімерів

Типи полімерів можна класифікувати за різними характеристиками; Наприклад, вони класифікуються на термопласти, термореактивні або еластомери відповідно до їх фізичної реакції на нагрівання.

Крім того, в залежності від типу мономерів, з яких вони утворюються, вони можуть бути гомополимерами або сополімерами.

Таким же чином, відповідно до виду полімеризації, за допомогою якого вони виробляються, вони можуть бути добавками або конденсаційними полімерами.

Також можуть бути отримані природні або синтетичні полімери в залежності від їх походження; u органічних або неорганічних залежно від його хімічного складу.

Властивості

- Найбільш помітною його особливістю є повторюваність ідентичності її мономерів як основи її структури.

- Його електричні властивості змінюються залежно від її призначення.

- Вони мають механічні властивості, такі як пружність або міцність при розтягуванні, які визначають їх макроскопічну поведінку.

- Деякі полімери мають важливі оптичні властивості.

- Мікроструктура, яку вони мають, безпосередньо впливає на їхні інші властивості.

- Хімічні характеристики полімерів визначаються взаємодією привабливого типу між ланцюгами, що їх утворюють.

- Її транспортні властивості пов'язані зі швидкістю міжмолекулярного руху.

- Поведінка її агрегаційних станів пов'язана з його морфологією.

Приклади полімерів

Серед великої кількості полімерів, які існують, є наступні:

Полістирол

Використовується в контейнерах різних типів, а також у контейнерах, які використовуються як теплоізолятори (для охолодження води або зберігання льоду) і навіть у іграшки.

Політетрафторетилен

Краще відомий як тефлон, він використовується як електричний ізолятор, також у виробництві рулонів і для нанесення покриттів на кухонне начиння.

Полівінілхлорид

Використовується у виробництві каналів для стін, плитки, іграшок і труб, цей полімер комерційно відомий як ПВХ.

Список літератури

1. Вікіпедія. (s.f.). Полімер Отримано з en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Хімія, дев'яте видання. Мексика: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (s.f.). Вступ до полімерів. Отримано з chem.libretexts.org
4. Cowie, J. М. G., і Arrighi, V. (2007). Полімери: хімія та фізика сучасних матеріалів, третє видання. Отримано з books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Полімер Отримано з britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Полімери: витоки і зростання науки. Отримано з books.google.co.ve