Polimēru vēsture, polimerizācija, veidi, īpašības un piemēri



The polimēri ir molekulārie savienojumi, kam raksturīga augsta molārā masa (sākot no tūkstošiem līdz miljoniem) un kas sastāv no liela skaita vienību, ko sauc par monomēriem, kas tiek atkārtoti.

Tā kā šīm sugām ir raksturīgas lielas molekulas, šīs sugas sauc par makromolekulām, kas tām piešķir unikālas īpašības un ļoti atšķiras no tām, kas novērotas mazākajās, tikai attiecināmas uz šāda veida vielām, piemēram, par to, ka tām ir tendence veidot stikla konstrukcijas.

Tādā pašā veidā, tā kā tās pieder pie ļoti lielas molekulu grupas, radās vajadzība piešķirt tām klasifikāciju, tāpēc tās iedala divos veidos: dabiskas izcelsmes polimēri, piemēram, olbaltumvielas un nukleīnskābes; un sintētiskās ražošanas izstrādājumi, piemēram, neilons vai lucīts (labāk pazīstams kā plexiglas).

Zinātnieki sāka pētījumus par zinātni, kas pastāv aiz polimēriem 20. gs. 20. gados, kad viņi ar ziņkārību un apjukumu novēroja, kā dažas vielas darbojas kā koksne vai gumija. Tad šī laika zinātnieki veltīja sevi, lai analizētu šos savienojumus tā, lai tie būtu ikdienas dzīvē.

Sasniedzot zināmu izpratni par šo sugu dabu, mēs varējām saprast to struktūru un virzīties uz makromolekulu izveidi, kas varētu veicināt esošo materiālu attīstību un uzlabošanu, kā arī jaunu materiālu ražošanu..

Tāpat ir zināms, ka daudzi nozīmīgi polimēri satur to struktūrā slāpekļa vai skābekļa atomus, kas piesaistīti oglekļa atomiem un veido daļu no molekulas galvenās ķēdes..

Atkarībā no galvenajām funkcionālajām grupām, kas ir monomēru daļa, tās tiks nosauktas; piemēram, ja monomēru veido esteris, rodas poliesters.

Indekss

  • 1 Polimēru vēsture
    • 1.1 19. gadsimtā
    • 1.2 20. gadsimtā
    • 1.3 gadsimtā XXI
  • 2 Polimerizācija
    • 2.1. Polimerizācija ar pievienošanas reakcijām
    • 2.2 Polimerizācija ar kondensācijas reakcijām
    • 2.3. Citas polimerizācijas formas
  • 3 Polimēru veidi
  • 4 Rekvizīti
  • 5 Polimēru piemēri
    • 5.1. Polistirols
    • 5.2. Politetrafluoretilēns
    • 5.3. Polivinilhlorīds
  • 6 Atsauces

Polimēru vēsture

Polimēru vēsture ir jārisina, sākot ar atsaucēm uz pirmajiem polimēriem, no kuriem viens ir zināms.

Šādā veidā dažus dabīgas izcelsmes materiālus, kas kopš seniem laikiem ir plaši izmantoti (piemēram, celuloze vai āda), galvenokārt veido polimēri..

19. gadsimtā

Pretēji tam, ko varētu domāt, polimēru sastāvs bija zināms, lai to atklātu līdz pāris gadsimtiem atpakaļ, kad viņi sāka noteikt, kā šīs vielas veidojas, un pat mēģināja noteikt kādu metodi, lai panāktu mākslīgu ražošanu..

Pirmo reizi termins "polimēri" tika izmantots 1833. gadā, pateicoties Zviedrijas ķīmiķim Jūnam Jēkabam Berzeliusam, kurš to izmantoja, lai atsauktos uz organiskas dabas vielām, kurām ir tāda pati empīriskā formula, taču tām ir atšķirīgas mola masas..

Šis zinātnieks bija atbildīgs arī par citu terminu, piemēram, "izomēra" vai "katalīzes", radīšanu; lai gan jāatzīmē, ka tajā laikā šo izteiksmju jēdziens bija pilnīgi atšķirīgs no tā, ko tie pašlaik nozīmē.

Pēc dažiem eksperimentiem, lai iegūtu dabiskos polimērus no sintētiskiem polimēriem, šo savienojumu pētījums kļuva nozīmīgāks.

Šo pētījumu mērķis bija sasniegt jau zināmo šo polimēru īpašību optimizāciju un jaunu vielu iegūšanu, kas varētu sasniegt konkrētus mērķus dažādās zinātnes jomās..

20. gadsimtā

Novērojot, ka gumija šķīst organiska rakstura šķīdinātājā, un pēc tam iegūtais šķīdums parādīja neparastas īpašības, zinātnieki tika traucēti un nezināja, kā tos izskaidrot.

Ar šiem novērojumiem tika secināts, ka šādām vielām piemīt ļoti atšķirīga uzvedība salīdzinājumā ar mazākajām molekulām, jo ​​tās var pamanīt, pētot gumiju un tās īpašības..

Viņi atzīmēja, ka pētītajam šķīdumam bija augsta viskozitāte, ievērojams sasalšanas temperatūras samazinājums un neliela mēroga osmotiskais spiediens; līdz ar to var secināt, ka bija vairāki ļoti augsta molārā masa, bet zinātnieki atteicās ticēt šai iespējai.

Šīs parādības, kas izpaužas arī dažās vielās, piemēram, želatīnā vai kokvilnā, noveda zinātniekus uz laiku domāt, ka šāda veida vielas veidoja mazu molekulāro vienību, piemēram, C, agregāti.5H8 vai C10H16, starpmolekulārie spēki.

Lai gan šī kļūdainā doma palika vairākus gadus, definīcija, kas saglabājas līdz pat šim laikam, bija tā, ko tai piešķīra vācu ķīmiķis un Nobela prēmijas laureāts ķīmijā Hermans Staudinger..

21. gadsimtā

Pašreizējā šo struktūru definīcija kā makromolekulāras vielas, kas saistītas ar kovalentām saitēm, tika radīta 1920. gadā Staudinger, kurš uzstāja uz eksperimentu izstrādi un veikšanu, līdz nākamo desmit gadu laikā atradīs šīs teorijas pierādījumus.

Uzsākās tā saukto "polimēru ķīmijas" attīstība, un kopš tā laika tā ir tikai apņēmusies zinātnieku intereses visā pasaulē, skaitot starp tās vēstures lapām ļoti svarīgus zinātniekus, starp kuriem izceļas Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, cita starpā, papildus iepriekš nosauktajiem.

Pašlaik tiek pētītas polimēru makromolekulas dažādās zinātniskās jomās, piemēram, polimēru zinātnē vai biofizikā, kur tiek pētītas monomēru saistītās vielas ar kovalentām saitēm ar dažādām metodēm un mērķiem..

Protams, no dabīgiem polimēriem, piemēram, poliizoprēna, līdz tādiem, kas ir sintētiski, piemēram, polistirols, tos ļoti bieži lieto, neietekmējot citas sugas, piemēram, silikonus, kas sastāv no monomēriem, kuru pamatā ir silīcijs..

Arī daudzi no šiem dabīgās un sintētiskās izcelsmes savienojumiem sastāv no divām vai vairākām dažādām monomēru klasēm, un šīm polimēru sugām ir piešķirts kopolimēru nosaukums.

Polimerizācija

Lai iekļūtu polimēru jautājumā, mums jāsāk runāt par vārdu "polimērs", kas nāk no grieķu valodas vārdiem. polys, kas nozīmē "daudz"; un tikai, kas attiecas uz kaut ko.

Šo terminu lieto, lai apzīmētu molekulāros savienojumus, kuru struktūra sastāv no daudzām atkārtojošām vienībām, kas izraisa augstu relatīvo molekulmasu un citas raksturīgās īpašības..

Tātad vienības, kas veido polimērus, ir balstītas uz molekulārām sugām, kuru relatīvā molekulārā masa ir neliela.

Šajā ideju secībā termins "polimerizācija" attiecas tikai uz sintētiskajiem polimēriem, konkrētāk uz procesiem, ko izmanto šāda veida makromolekulu iegūšanai..

Tāpēc polimerizāciju var definēt kā ķīmisko reakciju, ko izmanto monomēru kombinācijā (pa vienam), lai iegūtu no tiem atbilstošus polimērus..

Tādā veidā polimēru sintēze tiek veikta, izmantojot divu veidu galvenās reakcijas: pievienošanas reakcijas un kondensācijas reakcijas, kas sīkāk aprakstītas turpmāk..

Polimerizācija ar pievienošanas reakcijām

Šāda veida polimerizācijās piedalās nepiesātinātās molekulas, kurām savā struktūrā ir divkāršas vai trīskāršas saites, īpaši oglekļa-oglekļa savienojumi.

Šajās reakcijās monomēri tiek kombinēti viens ar otru bez jebkādu atomu likvidēšanas, ja polimēru sugas, kas sintezētas, atdalot vai atverot gredzenu, var iegūt, neradot mazu molekulu izvadīšanu..

No kinētiskā viedokļa šo polimerizāciju var uzskatīt par trīspakāpju reakciju: uzsākšanu, izplatīšanos un izbeigšanu.

Pirmkārt, notiek reakcijas sākums, kurā karsēšanu piemēro molekulai, ko uzskata par iniciatoru (apzīmēts ar R2) radītu divas radikālas sugas šādā veidā:

R2 → 2R ∙

Ja piemērs tiek izmantots polietilēna ražošana, tad nākamais solis ir pavairošana, kur veidojas reaktīvais radikāls ar etilēna molekulu un veidojas jauna radikāļu grupa:

R ∙ + CH2= CH2 → R-CH2-CH2∙

Pēc tam šis jaunais radikāls tiek apvienots ar citu etilēna molekulu, un šis process turpinās pēc kārtas, līdz divu garu ķēžu radikāļu kombinācija, lai beidzot radītu polietilēnu, reakcijā, kas pazīstama kā izbeigšana..

Polimerizācija ar kondensācijas reakcijām

Polimerizācijas gadījumā, izmantojot kondensācijas reakcijas, parasti rodas divu dažādu monomēru kombinācija, kas seko mazajai molekulai, kas parasti ir ūdens..

Līdzīgi šo reakciju radītajiem polimēriem bieži ir heteroatomi, piemēram, skābeklis vai slāpeklis, kas veido daļu no to galvenās struktūras. Notiek arī tas, ka atkārtojas vienība, kas pārstāv tās ķēdes bāzi, nesatur to atomu kopumu, kas atrodas monomerā, kuram tas varētu būt bojāts.

No otras puses, ir izstrādātas metodes, kas nesen izstrādātas, starp kurām izceļas plazmas polimerizācija, kuras īpašības nepiekrīt nevienam no iepriekš paskaidrotajiem polimerizācijas veidiem..

Šādā veidā var rasties sintētiskas izcelsmes polimerizācijas reakcijas gan kā pievienošana, gan kondensācija, ja nav katalizatora sugas vai tās ir klāt..

Kondensācijas polimerizāciju plaši izmanto daudzu savienojumu ražošanā, kas parasti ir ikdienas dzīvē, piemēram, dacron (labāk pazīstams kā poliesters) vai neilons..

Citas polimerizācijas formas

Papildus šīm mākslīgo polimēru sintēzes metodēm ir arī bioloģiskā sintēze, kas tiek definēta kā studiju joma, kas ir atbildīga par biopolimēru izpēti, kas ir sadalīta trīs galvenajās kategorijās: polinukleotīdi, polipeptīdi un polisaharīdi..

Dzīvos organismos sintēzi var veikt dabiski, izmantojot procesus, kas ietver tādu katalizatoru klātbūtni kā polimerāzes enzīms tādu polimēru ražošanā kā dezoksiribonukleīnskābe (DNS)..

Citos gadījumos lielākā daļa no bioķīmiskajā polimerizācijā izmantotajiem fermentiem ir olbaltumvielas, kas ir polimēri, kas veidojas ar aminoskābēm un ir būtiski lielākajā daļā bioloģisko procesu..

Papildus biopolimēru vielām, kas iegūtas ar šīm metodēm, ir arī citas komerciālas nozīmes citas vielas, piemēram, vulkanizēta gumija, ko iegūst, karsējot dabiskas izcelsmes gumiju sēra klātbūtnē..

Tātad, starp paņēmieniem, ko izmanto polimēru sintēzei, ķīmiski modificējot dabīgā izcelsmes polimērus, ir apdare, šķērssaistīšana un oksidēšanās..

Polimēru veidi

Polimēru veidus var klasificēt pēc dažādām īpašībām; Piemēram, pēc to fiziskās reakcijas uz sasilšanu tās tiek klasificētas termoplastos, termosetos vai elastomēros.

Turklāt, atkarībā no monomēru veida, no kura tie veidojas, tie var būt homopolimēri vai kopolimēri.

Tādā pašā veidā, saskaņā ar polimerizācijas veidu, ar kādu tās tiek ražotas, tās var būt pievienošanas vai kondensācijas polimēri.

Atkarībā no to izcelsmes var iegūt arī dabiskus vai sintētiskus polimērus; u organiski vai neorganiski, atkarībā no tā ķīmiskā sastāva.

Rekvizīti

- Tās visnozīmīgākā iezīme ir tās monomēru atkārtota identitāte kā tās struktūras pamats.

- Tās elektriskās īpašības atšķiras atkarībā no tā mērķa.

- Tām ir mehāniskas īpašības, piemēram, elastība vai stiepes izturība, kas nosaka to makroskopisko uzvedību.

- Dažiem polimēriem ir svarīgas optiskās īpašības.

- To mikrostruktūra tieši ietekmē to citas īpašības.

- Polimēru ķīmiskās īpašības nosaka pievilcīgā tipa mijiedarbība starp ķēdēm, kas veido tās.

- Tās transporta īpašības ir saistītas ar starpmolekulārās kustības ātrumu.

- Tās agregācijas stāvokļu uzvedība ir saistīta ar tās morfoloģiju.

Polimēru piemēri

Starp lielo skaitu polimēru ir šādi:

Polistirols

Izmanto dažādos konteineros, kā arī konteineros, kas tiek izmantoti kā siltumizolatori (vēsam ūdenim vai ledus uzglabāšanai) un pat rotaļlietās.

Politetrafluoretilēns

Labāk pazīstams kā teflons, to izmanto kā elektrisko izolatoru, arī ruļļu ražošanā un virtuves piederumu pārklāšanā..

Polivinilhlorīds

Šo polimēru izmanto, lai ražotu kanālus sienām, flīzēm, rotaļlietām un caurulēm.

Atsauces

  1. Vikipēdija. (s.f.). Polimērs Izgūti no en.wikipedia.or
  2. Chang, R. (2007). Ķīmija, devītais izdevums. Meksika: McGraw-Hill.
  3. LibreTexts. (s.f.). Ievads polimēros. Izgūti no chem.libretexts.org
  4. Cowie, J. M. G. un Arrighi, V. (2007). Polimēri: mūsdienu materiālu ķīmija un fizika, trešais izdevums. Izgūti no books.google.co.ve
  5. Britannica, E. (s.f.). Polimērs Izgūti no britannica.com
  6. Morawetz, H. (2002). Polimēri: zinātnes izcelsme un augšana. Izgūti no books.google.co.ve