ПОЛІМЕРИ: ІСТОРІЯ, ПОЛІМЕРИЗАЦІЯ, ТИПИ, ВЛАСТИВОСТІ - ХІМІЯ - 2025

Ці полімери являють собою молекулярні сполуки , які характеризуються наявністю високої молекулярною масою (від декількох тисяч до мільйонів) і складаються з великого числа одиниць, званих мономерами, які повторюються.

Оскільки вони мають характерні великі молекули, цих видів називають макромолекулами, що надає їм унікальних якостей, які сильно відрізняються від тих, що спостерігаються у менших, лише віднесених до цього типу речовин, таких як схильність, яку вони мають для формування скляних конструкцій.

Таким же чином, оскільки вони належать до дуже великої групи молекул, виникла потреба в наданні їм класифікації, за якою вони поділяються на два типи: полімери природного походження, такі як білки та нуклеїнові кислоти; і синтетичного виробництва, такого як нейлон або люцит (більш відомий як оргсклад).

Вчені розпочали дослідження науки, що стоїть на полімерах у 1920-х роках, коли з цікавістю та здивуванням спостерігали за тим, як поводяться речовини, такі як деревина або каучук. Тож вчені того часу почали аналізувати ці сполуки, настільки присутні в повсякденному житті.

Досягнувши певного рівня розуміння природи цих видів, можна було зрозуміти їх структуру та просунутися у створенні макромолекул, які могли б сприяти розвитку та вдосконаленню існуючих матеріалів, а також виробництву нових матеріалів.

Так само відомо, що численні значні полімери містять у своїй структурі атоми азоту або кисню, пов'язані з атомами вуглецю, що входять до складу головного ланцюга молекули.

Залежно від основних функціональних груп, що входять до складу мономерів, їм даватимуть свої назви; наприклад, якщо мономер утворений ефіром, створюється поліестер.

Історія полімерів

Історію полімерів слід підходити, починаючи з посилань на перші відомі полімери.

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

XIX століття

Всупереч тому, що можна подумати, склад полімерів був невідомим до пари століть тому, коли почали визначати, як утворюються ці речовини, і вони навіть прагнули встановити метод досягнення штучного виготовлення.

Вперше термін «полімери» був використаний у 1833 році завдяки шведському хіміку Йенсу Якобу Берцеліусу, який використовував його для позначення речовин органічного характеру, які мають однакову емпіричну формулу, але мають різну молярну масу.

Цей вчений також відповідав за введення інших термінів, таких як "ізомер" або "каталіз"; хоча слід зазначити, що в той час поняття цих виразів було зовсім іншим, ніж вони означають сьогодні.

Після деяких експериментів із отримання синтетичних полімерів від трансформації природних полімерних видів, вивчення цих сполук набувало більшої актуальності.

Метою цих досліджень було досягнення оптимізації вже відомих властивостей цих полімерів та отримання нових речовин, які могли б відповідати конкретним цілям у різних галузях науки.

Двадцяте століття

Зауважуючи, що каучук був розчинним у розчиннику органічної природи, а потім отриманий розчин демонстрував деякі незвичні характеристики, вчені стурбовані і не знали, як їх пояснити.

Завдяки цим спостереженням вони зробили висновок, що такі речовини проявляють зовсім іншу поведінку, ніж менші молекули, оскільки вони змогли спостерігати під час вивчення каучуку та його властивостей.

Вони зазначили, що досліджуваний розчин мав високу в'язкість, значне зниження температури замерзання та малий осмотичний тиск; З цього можна було б зробити висновок, що було декілька розчинних речовин з дуже високою молярною масою, але вчені відмовились вірити в цю можливість.

Ці явища, що проявлялися і в деяких речовинах, таких як желатин або бавовна, змусили вчених того часу думати, що ці типи речовин складаються з агрегатів малих молекулярних одиниць, таких як C ₅ H ₈ або C ₁₀ Н ₁₆ , пов'язана міжмолекулярними силами.

Хоча це неправильне мислення зберігалося протягом кількох років, визначення, яке зберігається і донині, було таким, яке йому дав німецький хімік і лауреат Нобелівської премії з хімії Герман Штадінгер.

XXI століття

Нинішнє визначення цих структур як макромолекулярних речовин, пов'язаних ковалентними зв'язками, було придумано в 1920 році Штадінгер, який наполягав на розробці та проведенні експериментів, поки не знайшов доказів цієї теорії протягом наступних десяти років.

Розробка так званої «полімерної хімії» розпочалася, і з тих пір вона лише захоплює інтерес дослідників усього світу, зараховуючи до сторінок своєї історії дуже важливих вчених, серед яких Джуліо Натта, Карл Циглер, Чарльз Гудір, серед інших, крім тих, що раніше були названі.

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

Звичайно, від природних полімерів, таких як поліізопрен, до таких синтетичного походження, як полістирол, вони використовуються дуже часто, не зменшуючи значення інших видів, таких як силікони, складені мономерами на основі кремнію.

Також значна частина цих сполук природного та синтетичного походження складається з двох або більше різних класів мономерів, цим полімерним видам присвоєно назву сополімерів.

Полімеризація

Щоб заглибитися в тему полімерів, ми повинні почати з розмови про походження слова полімер, що походить від грецьких термінів polys, що означає «багато»; і просто, що стосується "частин" чогось.

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

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

У цьому ключі термін полімеризація стосується лише синтетичних полімерів, точніше до процесів, що використовуються для отримання цього типу макромолекул.

Отже, полімеризацію можна визначити як хімічну реакцію, яка використовується в комбінації мономерів (один за одним) для отримання з них відповідних полімерів.

Таким чином, синтез полімерів здійснюється через два основні типи реакцій: реакції приєднання та реакції конденсації, які будуть детально описані нижче.

Полімеризація реакціями приєднання

Цей тип полімеризації бере участь ненасичених молекул, які мають у своїй структурі подвійні чи потрійні зв’язки, особливо вуглець-вуглець.

У цих реакціях мономери зазнають комбінацій один з одним без усунення жодного з їх атомів, де полімерні види, синтезовані розривом або відкриттям кільця, можуть бути отримані без утворення дрібних молекул.

З кінетичної точки зору ця полімеризація може розглядатися як тристадійна реакція: ініціація, розповсюдження та припинення.

По-перше, відбувається ініціація реакції, при якій нагрівання застосовується до молекули, що розглядається як ініціатор (позначається як R ₂ ), щоб генерувати два радикальних види наступним чином:

R ₂ → 2R ∙

Якщо виробництво поліетилену використовується як приклад, то наступним етапом є поширення, де реагуючий реактивний радикал справляється з молекулою етилену і утворюється новий вид радикалів таким чином:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Цей новий радикал згодом поєднується з іншою молекулою етилену, і цей процес триває послідовно, поки комбінація двох довголанцюгових радикалів нарешті не призведе до отримання поліетилену в реакції, відомій як припинення.

Полімеризація реакціями конденсації

У разі полімеризації через реакції конденсації зазвичай відбувається поєднання двох різних мономерів, крім послідовного виведення невеликої молекули, яка, як правило, є водою.

Аналогічно, полімери, що утворюються за допомогою цих реакцій, часто мають гетероатоми, такі як кисень або азот, як частина їх основи. Буває і так, що повторювана одиниця, яка представляє основу її ланцюга, не має всіх атомів, що знаходяться в мономері, до якого вона могла б бути деградована.

З іншого боку, існують методи, розроблені останнім часом, серед яких виділяється полімеризація плазми, характеристики якої не узгоджуються з жодним із видів, описаних вище.

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

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

Інші форми полімеризації

Крім цих методів синтезу штучного полімеру, існує також біологічний синтез, який визначається як область дослідження, що відповідає за дослідження біополімерів, які поділяються на три основні категорії: полінуклеотиди, поліпептиди та полісахариди.

У живих організмах синтез може здійснюватися природним шляхом шляхом процесів, які передбачають присутність каталізаторів, таких 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, що утворюються на основі амінокислот і які є важливими в переважній більшості біологічних процесів.

Крім біополімерних речовин, отриманих цими методами, існують і інші, що мають велике комерційне значення, такі як вулканізований каучук, який отримують нагріванням каучуку природного походження в присутності сірки.

Таким чином, серед методик, що застосовуються для синтезу полімерів за допомогою хімічної модифікації полімерів природного походження, є оздоблення, зшивання та окислення.

Види полімерів

Види полімерів можна класифікувати за різними характеристиками; наприклад, їх класифікують на термопласти, термореактори або еластомери за фізичною реакцією на нагрівання.

Крім того, залежно від типу мономерів, з яких вони утворюються, вони можуть бути гомополімерами або сополімерами.

Аналогічно, відповідно до типу полімеризації, за допомогою якого вони виробляються, вони можуть бути полімерами, що додають або конденсуються.

Так само природні або синтетичні полімери можуть бути отримані залежно від їх походження; або органічна або неорганічна залежно від її хімічного складу.

Властивості

- Найпомітнішою її характеристикою є повторювана ідентичність мономерів як основи її структури.

- Його електричні властивості змінюються залежно від призначення.

- Вони мають такі механічні властивості, як еластичність або стійкість до тяги, які визначають їх макроскопічну поведінку.

- Деякі полімери проявляють важливі оптичні властивості.

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

- Хімічні характеристики полімерів визначаються привабливими взаємодіями між ланцюгами, які їх утворюють.

- Його транспортні властивості відносно швидкості міжмолекулярного руху.

- Поведінка його агрегативних станів пов'язана з його морфологією.

Приклади полімерів

Серед великої кількості існуючих полімерів можна виділити такі:

Полістирол

Використовується в контейнерах різного типу, а також у контейнерах, які використовуються як теплоізолятори (для охолодження води або зберігання льоду) і навіть в іграшках.

Політетрафторетилен

Більш відомий як тефлон, його використовують як електричний ізолятор, також у виробництві валиків та для покриття кухонного начиння.

Полівініл хлорид

Цей полімер, комерційно відомий як ПВХ, використовується у виробництві настінних каналів, плитки, іграшок та труб.

Список літератури

1. Вікіпедія. (sf). Полімер. Відновлено з сайту en.wikipedia.or
2. Чанг, Р. (2007). Хімія, дев'яте видання. Мексика: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (sf). Вступ до полімерів. Отримано з chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG та Arrighi, V. (2007). Полімери: Хімія та фізика сучасних матеріалів, Третє видання. Відновлено з books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Полімер. Отримано з britannica.com
6. Моравець, Х. (2002). Полімери: походження та ріст науки. Відновлено з books.google.co.ve