ПОЛИМЕРИ: ИСТОРИЯ, ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ, ВИДОВЕ, СВОЙСТВА - ХИМИЯ - 2025

В полимерите са молекулни съединения, характеризиращи се с висока молекулна маса (от хиляди милиони) и се състоят от голям брой единици, наречени мономери, които се повтарят.

Тъй като имат характеристиката да са големи молекули, тези видове се наричат ​​макромолекули, което им придава уникални качества, които са много различни от наблюдаваните при по-малките, приписващи се само на този вид вещества, като склонността, която имат за оформяне на стъклени конструкции.

По същия начин, тъй като те принадлежат към много голяма група молекули, възникна необходимостта да им се даде класификация, за която те са разделени на два вида: полимери с естествен произход, като протеини и нуклеинови киселини; и тези от синтетично производство, като найлон или луцит (по-известен като плексиглас).

Учените започват изследванията си на науката зад полимерите през 20-те години, когато с любопитство и недоумение наблюдават как се държат вещества като дърво или каучук. Така учените от онова време започнаха да анализират тези съединения, така присъстващи в ежедневието.

Достигайки определено ниво на разбиране за същността на тези видове, беше възможно да се разбере тяхната структура и да се напредне в създаването на макромолекули, които биха могли да улеснят развитието и усъвършенстването на съществуващите материали, както и производството на нови материали.

По същия начин е известно, че многобройни значими полимери съдържат азотни или кислородни атоми в своята структура, свързани с въглеродни атоми, образуващи част от основната верига на молекулата.

В зависимост от основните функционални групи, които са част от мономерите, ще им бъдат дадени имената; например, ако мономерът се образува от естер, се създава полиестер.

История на полимерите

Историята на полимерите трябва да се подхожда, като се започне с препратките към първите известни полимери.

По този начин някои материали с естествен произход, които са били широко използвани от древни времена (като целулоза или кожа), са съставени главно от полимери.

XIX век

Противно на това, което може да се мисли, съставът на полимерите е бил неизвестен допреди няколко века, когато започва да определя как се образуват тези вещества и дори се стремят да установят метод за постигане на изкуствено производство.

Първият път, когато терминът "полимери" е използван, е през 1833 г., благодарение на шведския химик Йонс Якоб Берцелиус, който го използва за означаване на вещества от органично естество, които имат същата емпирична формула, но имат различна моларна маса.

Този учен отговаряше и за въвеждането на други термини, като „изомер“ или „катализа“; въпреки че трябва да се отбележи, че по онова време понятието на тези изрази беше напълно различно от това, което означават днес.

След някои експерименти за получаване на синтетични полимери от трансформацията на естествени полимерни видове, изследването на тези съединения придобива по-голямо значение.

Целта на тези изследвания е да се постигне оптимизиране на вече известните свойства на тези полимери и получаване на нови вещества, които биха могли да изпълнят конкретни цели в различни области на науката.

Двадесети век

Отбелязвайки, че каучукът е разтворим в разтворител с органичен характер и след това полученият разтвор проявява някои необичайни характеристики, учените бяха загрижени и не знаеха как да ги обяснят.

Чрез тези наблюдения те стигат до извода, че вещества като това проявяват много по-различно поведение от по-малките молекули, тъй като те са били в състояние да наблюдават, докато изучават каучук и неговите свойства.

Те отбелязват, че изследваният разтвор има висок вискозитет, значително понижение на точката на замръзване и малко осмотично налягане; От това може да се заключи, че има няколко разтвори в много висока моларна маса, но учените отказаха да повярват в тази възможност.

Тези явления, които се проявяват и в някои вещества като желатин или памук, карат учените от времето да мислят, че тези видове вещества са съставени от агрегати от малки молекулни единици, като C ₅ H ₈ или C ₁₀ Н ₁₆, обвързан от междумолекулни сили.

Въпреки че това погрешно мислене се запазва за няколко години, определението, което се запазва и до днес, е това, което му е дадено от немския химик и носител на Нобеловата награда за химия Херман Стаудингер.

XXI век

Настоящото определение на тези структури като макромолекулярни вещества, свързани чрез ковалентни връзки, е монетирано през 1920 г. от Стаудингер, който настоява да се създаде и проведе експерименти, докато не намери доказателства за тази теория през следващите десет години.

Започва разработването на така наречената „полимерна химия“ и оттогава тя само привлича интереса на изследователи по целия свят, преброявайки сред страниците на своята история много важни учени, включително Джулио Ната, Карл Циглер, Чарлз Гудиер, наред с други, в допълнение към посочените по-рано.

Понастоящем полимерните макромолекули се изучават в различни научни области, като например полимерна наука или биофизика, където се изследват вещества, получени от свързване на мономери чрез ковалентни връзки с различни методи и цели.

Със сигурност от естествени полимери като полиизопрен до тези от синтетичен произход като полистирол те се използват много често, без да намаляват значението на други видове като силикони, съставени от мономери на базата на силиций.

Също така, голяма част от тези съединения от естествен и синтетичен произход са съставени от два или повече различни класа мономери, като тези полимерни видове са получили името на кополимери.

полимеризация

За да се задълбочим в темата за полимерите, трябва да започнем, като говорим за произхода на думата полимер, която идва от гръцките термини polys, което означава "много"; и просто, което се отнася до "частите" на нещо.

Този термин се използва за обозначаване на молекулни съединения, които имат структура, съставена от много повтарящи се единици, това причинява свойството на висока относителна молекулна маса и други присъщи характеристики на тях.

Така единиците, които съставят полимери, се основават на молекулярни видове, които имат относително малка относителна молекулна маса.

В този смисъл терминът полимеризация се отнася само за синтетични полимери, по-специално за процесите, използвани за получаване на този тип макромолекули.

Следователно, полимеризацията може да бъде определена като химическа реакция, която се използва в комбинация от мономери (един по един), за да се получат от тях съответните полимери.

По този начин синтезът на полимери се осъществява чрез два основни типа реакции: реакции на добавяне и реакции на кондензация, които ще бъдат описани подробно по-долу.

Полимеризация чрез реакции на добавяне

Този тип полимеризация има участието на ненаситени молекули, които имат двойна или тройна връзка в структурата си, особено тези от въглерод-въглерод.

В тези реакции мономерите се подлагат на комбинации помежду си без елиминиране на който и да е от техните атоми, при което полимерните видове, синтезирани чрез разрушаване или отваряне на пръстена, могат да бъдат получени, без да генерират елиминирането на малки молекули.

От кинетична гледна точка тази полимеризация може да се разглежда като реакция в три стъпки: иницииране, размножаване и прекратяване.

Първо, започването на реакцията протича, в която се прилага нагряване до молекула разглежда като инициатор (означен като R ₂) за генериране на два радикални видове както следва:

R ₂ → 2R ∙

Ако производството на полиетилен се използва като пример, следващият етап е разпространението, при което образуваният реактивен радикал се справя с молекулата на етилен и се образува нов радикален вид, както следва:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - СН ₂ -СН ₂ ∙

Този нов радикал впоследствие се комбинира с друга молекула етилен и този процес продължава последователно, докато комбинацията от два радикала с дълги вериги най-накрая породи полиетилен в реакцията, известна като прекратяване.

Полимеризация чрез реакции на кондензация

В случай на полимеризация чрез реакции на кондензация обикновено се получава комбинацията от два различни мономера, в допълнение към последващото елиминиране на малка молекула, която обикновено е вода.

По подобен начин полимерите, получени от тези реакции, често имат хетероатоми, като кислород или азот, като част от гръбнака им. Случва се също така, че повтарящата се единица, която представлява основата на нейната верига, няма всички атоми, които са в мономера, до който би могъл да бъде разграден.

От друга страна, съществуват методи, които са разработени наскоро, сред които се откроява плазмената полимеризация, чиито характеристики не съответстват идеално на нито един от видовете полимеризация, обяснени по-горе.

По този начин реакциите на полимеризация със синтетичен произход, както при добавянето, така и при кондензацията, могат да възникнат в отсъствие или в присъствие на вид катализатор.

Кондензационната полимеризация се използва широко при производството на много съединения, които обикновено се срещат в ежедневието, като дакрон (по-известен като полиестер) или найлон.

Други форми на полимеризация

В допълнение към тези методи за изкуствен полимерен синтез има и биологичен синтез, който се определя като областта на изследване, която е отговорна за изследването на биополимерите, които са разделени на три основни категории: полинуклеотиди, полипептиди и полизахариди.

В живите организми синтезът може да се извърши по естествен път чрез процеси, които включват присъствието на катализатори като ензима полимераза в производството на полимери като дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК).

В други случаи повечето от ензимите, използвани в биохимичната полимеризация, са протеини, които са полимери, образувани на базата на аминокиселини и които са от съществено значение в огромната част от биологичните процеси.

В допълнение към биополимерните вещества, получени по тези методи, има и други с голямо търговско значение, като например вулканизиран каучук, който се получава при нагряване на каучук с естествен произход в присъствието на сяра.

Така сред техниките, използвани за синтеза на полимери чрез химическа модификация на полимери с естествен произход са довършителни, омрежващи и окислителни.

Видове полимери

Видовете полимери могат да бъдат класифицирани според различни характеристики; например, те се класифицират в термопластици, терморезисти или еластомери според физическата им реакция на нагряване.

Освен това, в зависимост от вида на мономерите, от които са образувани, те могат да бъдат хомополимери или съполимери.

По същия начин, според вида на полимеризацията, чрез която те се получават, те могат да бъдат добавъчни или кондензационни полимери.

По същия начин, естествени или синтетични полимери могат да бъдат получени в зависимост от техния произход; или органични или неорганични в зависимост от неговия химичен състав.

Имоти

- Най-забележителната му характеристика е повтарящата се идентичност на нейните мономери като основа на нейната структура.

- Електрическите му свойства варират в зависимост от предназначението му.

- Те представят механични свойства като еластичност или устойчивост на сцепление, които определят тяхното макроскопско поведение.

- Някои полимери проявяват важни оптични свойства.

- Микроструктурата, която имат пряко влияе върху другите им свойства.

- Химичните характеристики на полимерите се определят от атрактивните взаимодействия между веригите, които ги образуват.

- Неговите транспортни свойства са относителни към скоростта на междумолекулно движение.

- Поведението на агрегираните му състояния е свързано с неговата морфология.

Примери за полимери

Сред големия брой съществуващи полимери са следните:

Стиропорът

Използва се в контейнери от различни видове, както и в контейнери, които се използват като топлоизолатори (за охлаждане на вода или съхраняване на лед) и дори в играчки.

Политетрафлуоретиленът

По-известен като тефлон, той се използва като електрически изолатор, също и в производството на ролки и за покриване на кухненски прибори.

Поливинил хлорид

Използван при производството на стенни канали, плочки, играчки и тръби, този полимер е известен в търговската мрежа като PVC.

Препратки

1. Wikipedia. (SF). Полимерни. Възстановено от en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Химия, Девето издание. Мексико: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (SF). Въведение в полимерите. Извлечено от chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG и Arrighi, V. (2007). Полимери: Химия и физика на съвременните материали, трето издание. Възстановени от books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Полимерни. Извлечено от britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Полимери: Произходът и растежът на една наука. Възстановени от books.google.co.ve