Historie polymerů, polymerace, typy, vlastnosti

4136
Abraham McLaughlin
Historie polymerů, polymerace, typy, vlastnosti

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

Protože se vyznačují tím, že jsou velkými molekulami, tyto druhy se nazývají makromolekuly, což jim dává jedinečné vlastnosti, které se velmi liší od vlastností pozorovaných u menších, které lze přičíst pouze tomuto druhu látek, jako je sklon k tvarování skleněných struktur..

Stejným způsobem, protože patří do velmi četné skupiny molekul, vyvstala potřeba udělit jim klasifikaci, a proto se dělí na dva typy: polymery přírodního původu, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny; a ty ze syntetické výroby, jako je nylon nebo lucit (známější jako plexisklo).

Vědci začali vyšetřovat vědu, která stojí za polymery, ve 20. letech 20. století, když se zvědavostí a zmatením sledovali, jak se chovají látky jako dřevo nebo guma. Vědci té doby se tedy věnovali analýze těchto sloučenin přítomných v každodenním životě.

Po dosažení určité úrovně porozumění povaze těchto druhů bylo možné pochopit jejich strukturu a pokročit v tvorbě makromolekul, které by mohly usnadnit vývoj a zdokonalování stávajících materiálů i výrobu nových materiálů..

Podobně je známo, že mnoho významných polymerů obsahuje ve své struktuře atomy dusíku nebo kyslíku, připojené k atomům uhlíku, tvořící část hlavního řetězce molekuly..

V závislosti na hlavních funkčních skupinách, které jsou součástí monomerů, dostanou své jméno; například pokud je monomer tvořen esterem, vytvoří se polyester.

Rejstřík článků

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

Historie polymerů

K historii polymerů je třeba přistupovat počínaje odkazy na první známé polymery..

Tímto způsobem jsou některé materiály přírodního původu, které se od starověku široce používají (jako je celulóza nebo kůže), převážně vyrobeny z polymerů..

XIX století

Na rozdíl od toho, co by si někdo myslel, bylo složení polymerů neznámé až před pár staletími, kdy začalo určovat, jak tyto látky vznikají, a dokonce se snažili zavést metodu k dosažení umělé výroby.

Poprvé byl termín „polymery“ použit v roce 1833, a to díky švédskému chemikovi Jönsovi Jacobovi Berzeliusovi, který jej použil k označení látek organické povahy, které mají stejný empirický vzorec, ale mají různé molární hmotnosti..

Tento vědec měl také na starosti vytváření dalších termínů, jako „izomer“ nebo „katalýza“; i když je třeba poznamenat, že v té době byl koncept těchto výrazů zcela odlišný od toho, co znamenají dnes.

Po několika experimentech k získání syntetických polymerů z transformace přírodních polymerních druhů získává studium těchto sloučenin větší význam.

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

Dvacáté století

Vědci zjistili, že kaučuk byl rozpustný v rozpouštědle organické povahy, a poté výsledné řešení vykazovalo neobvyklé vlastnosti..

Prostřednictvím těchto pozorování dospěli k závěru, že takové látky vykazují velmi odlišné chování od menších molekul, jak viděli při studiu kaučuku a jeho vlastností..

Poznamenali, že studované řešení mělo vysokou viskozitu, výrazné snížení bodu tuhnutí a malý osmotický tlak; Z toho by se dalo odvodit, že tam bylo několik rozpuštěných látek s velmi vysokou molární hmotou, ale vědci odmítli věřit v tuto možnost..

Tyto jevy, které se také projevily u některých látek, jako je želatina nebo bavlna, přiměly vědce té doby si myslet, že tyto typy látek byly tvořeny agregáty malých molekulárních jednotek, jako je C5H8 nebo C.10H16, vázán mezimolekulárními silami.

Ačkoli toto špatné myšlení přetrvávalo několik let, definice, která přetrvává dodnes, byla ta, kterou mu dal německý chemik a nositel Nobelovy ceny za chemii Hermann Staudinger..

XXI století

Současnou definici těchto struktur jako makromolekulárních látek spojených kovalentními vazbami vytvořil v roce 1920 Staudinger, který trval na vymýšlení a provádění experimentů, dokud během následujících deseti let nenašel důkazy o této teorii..

Vývoj takzvané „polymerní chemie“ začal a od té doby upoutává pozornost pouze vědců z celého světa, přičemž mezi stránky její historie patří velmi významní vědci, mezi nimiž jsou Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear , mimo jiné, kromě dříve jmenovaných.

V současné době jsou polymerní makromolekuly studovány v různých vědeckých oblastech, jako je polymerní věda nebo biofyzika, kde jsou zkoumány látky vznikající spojením monomerů kovalentními vazbami různými metodami a účely..

Jistě, od přírodních polymerů, jako je polyisopren, po polymery syntetického původu, jako je polystyren, se používají velmi často, aniž by se snížil význam jiných druhů, jako jsou silikony, vyrobené z monomerů na bázi křemíku..

Podobně velká část těchto sloučenin přírodního a syntetického původu je tvořena dvěma nebo více různými třídami monomerů, tyto polymerní druhy dostaly název kopolymery.

Polymerizace

Abychom se ponořili do tématu polymerů, musíme začít tím, že mluvíme o původu slova polymer, které pochází z řeckých výrazů polys, což znamená „hodně“; Y pouhý, který odkazuje na „části“ něčeho.

Tento termín se používá k označení molekulárních sloučenin, které mají strukturu složenou z mnoha opakujících se jednotek, což způsobuje vlastnost vysoké relativní molekulové hmotnosti a další vnitřní charakteristiky těchto látek.

Takže jednotky tvořící polymery jsou založeny na molekulárních druzích, které mají relativní molekulovou hmotnost malé velikosti..

V tomto smyslu se termín polymerace vztahuje pouze na syntetické polymery, konkrétněji na procesy používané k získání tohoto typu makromolekul..

Polymeraci lze proto definovat jako chemickou reakci, která se používá v kombinaci monomerů (jeden po druhém) k výrobě odpovídajících polymerů.

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

Polymerace adičními reakcemi

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

V těchto reakcích monomery procházejí vzájemnými kombinacemi bez eliminace kteréhokoli ze svých atomů, kde lze získat polymerní druhy syntetizované rozbitím nebo otevřením kruhu bez generování eliminace malých molekul..

Z kinetického hlediska lze na tuto polymeraci pohlížet jako na tříkrokovou reakci: iniciaci, šíření a ukončení..

Nejprve nastane iniciace reakce, při které se zahřívá molekula považovaná za iniciátor (označená jako Rdva) generovat dva kořenové druhy následujícím způsobem:

Rdva → 2R ∙

Pokud je jako příklad uvedena výroba polyethylenu, pak dalším krokem je šíření, kdy vzniklý reaktivní radikál naráží na molekulu ethylenu a nový radikál se vytvoří následujícím způsobem:

R ∙ + CHdva= CHdva → R-CHdva-CHdva

Tento nový radikál je následně kombinován s jinou molekulou ethylenu a tento proces pokračuje postupně až do kombinace dvou radikálů s dlouhým řetězcem, aby konečně vznikl polyethylen, v reakci známé jako ukončení..

Polymerace kondenzačními reakcemi

V případě polymerace prostřednictvím kondenzačních reakcí obecně dochází ke kombinaci dvou různých monomerů, kromě následné eliminace malé molekuly, kterou je obvykle voda..

Podobně polymery produkované těmito reakcemi mají často jako součást páteře heteroatomy, jako je kyslík nebo dusík. Stává se také, že opakující se jednotka, která představuje základ jeho řetězce, nemá všechny atomy v monomeru, na který by se mohla degradovat..

Na druhou stranu existují metody, které byly vyvinuty v poslední době, mezi nimiž vyniká plazmová polymerace, jejichž vlastnosti zcela nesouhlasí s žádným z výše popsaných typů polymerace..

Tímto způsobem mohou polymerační reakce syntetického původu, jak adiční, tak kondenzační, probíhat v nepřítomnosti nebo v přítomnosti katalyzátoru..

Kondenzační polymerace se široce používá při výrobě mnoha sloučenin běžně vyskytujících se v každodenním životě, jako je dacron (lépe známý jako polyester) nebo nylon..

Jiné formy polymerace

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

U živých organismů 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 je většina enzymů používaných při biochemické polymeraci bílkoviny, které jsou polymery na bázi aminokyselin a jsou nezbytné v naprosté většině biologických procesů..

Kromě biopolymerních látek získaných těmito způsoby existují ještě další, které mají velký komerční význam, 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 tedy konečná úprava, zesíťování a oxidace..

Typy polymerů

Typy polymerů lze klasifikovat podle různých charakteristik; například se klasifikují na termoplasty, termosety nebo elastomery podle jejich fyzické reakce na zahřívání.

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

Podobně, podle druhu polymerace, při které se vyrábějí, to mohou být adiční nebo kondenzační polymery..

Podobně lze získat přírodní nebo syntetické polymery v závislosti na jejich původu; nebo organické nebo anorganické v závislosti na jeho chemickém složení.

Vlastnosti

- Jeho nejpozoruhodnější charakteristikou je opakující se identita jeho monomerů jako základu jeho struktury..

- Jeho elektrické vlastnosti se liší podle účelu.

- Představují mechanické vlastnosti, jako je 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 atraktivními interakcemi mezi řetězci, které je tvoří..

- Jeho transportní vlastnosti jsou relativní k rychlosti mezimolekulárního pohybu.

- Chování jeho stavů agregace 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 (k chlazení vody nebo skladování ledu) a dokonce i v hračkách.

Polytetrafluorethylen

Teflon, lépe známý jako teflon, se používá jako elektrický izolátor, také při výrobě válečků a k potahování kuchyňského náčiní..

Polyvinyl chlorid

Tento polymer, který se používá při výrobě stěnových kanálků, dlaždic, hraček a trubek, je komerčně známý jako PVC.

Reference

  1. Wikipedia. (s.f.). Polymer. Obnoveno z en.wikipedia.or
  2. Chang, R. (2007). Chemistry, deváté vydání. Mexiko: McGraw-Hill.
  3. LibreTexts. (s.f.). Úvod do polymerů. Obnoveno z chem.libretexts.org
  4. Cowie, J. M. G. a Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, Third Edition. Obnoveno z books.google.co.ve
  5. Britannica, E. (s.f.). Polymer. Obnoveno z britannica.com
  6. Morawetz, H. (2002). Polymery: Počátky a růst vědy. Obnoveno z books.google.co.ve

Zatím žádné komentáře