POLYMERER: HISTORIA, POLYMERISATION, TYPER, EGENSKAPER - KEMI - 2026

De polymerer är molekylära föreningar som kännetecknas av att de har en hög molmassa (varierande från tusentals till miljontals) och består av ett stort antal enheter, som kallas monomerer, som upprepas.

Eftersom de har kännetecknet av att vara stora molekyler, kallas dessa arter makromolekyler, vilket ger dem unika egenskaper som skiljer sig mycket från de som observeras hos mindre, bara hänförliga till denna typ av ämnen, till exempel benägenheten de har för formning av glasstrukturer.

På samma sätt, eftersom de tillhör en mycket stor grupp molekyler, uppstod behovet av att ge dem en klassificering, för vilken de är indelade i två typer: polymerer av naturligt ursprung, såsom proteiner och nukleinsyror; och de av syntetisk tillverkning, såsom nylon eller lucit (bättre känd som Plexiglas).

Forskare började undersöka vetenskapen bakom polymerer på 1920-talet, när de med nyfikenhet och förvirring observerade hur ämnen som trä eller gummi uppför sig. Så forskare av tiden började analysera dessa föreningar så närvarande i vardagen.

Genom att uppnå en viss nivå av förståelse för arten av dessa arter, var det möjligt att förstå deras struktur och gå vidare i skapandet av makromolekyler som kunde underlätta utveckling och förbättring av befintliga material, samt produktion av nya material.

På samma sätt är det känt att många betydande polymerer innehåller kväve- eller syreatomer i deras struktur, kopplade till kolatomer, som utgör en del av molekylens huvudkedja.

Beroende på de viktigaste funktionella grupperna som är en del av monomererna kommer de att få sina namn; till exempel, om monomeren bildas av en ester, skapas en polyester.

Polymerhistoria

Polymerernas historia måste närmas med början med hänvisningar till de första kända polymererna.

På detta sätt består vissa material av naturligt ursprung som har använts sedan antiken (till exempel cellulosa eller läder) huvudsakligen av polymerer.

XIX-talet

Till skillnad från vad man kanske tror, ​​var sammansättningen av polymerer en okänd förrän för ett par århundraden sedan, då det började bestämma hur dessa ämnen bildades, och de försökte till och med etablera en metod för att uppnå konstgjord tillverkning.

Första gången termen "polymerer" användes var 1833, tack vare den svenska kemisten Jöns Jacob Berzelius, som använde den för att referera till ämnen av en organisk natur som har samma empiriska formel men har olika molära massor.

Denna forskare var också ansvarig för att sammanfatta andra termer, såsom "isomer" eller "katalys"; även om det bör noteras att vid den tiden begreppet dessa uttryck var helt annorlunda än vad de menar idag.

Efter några experiment för att erhålla syntetiska polymerer från transformationen av naturliga polymera arter, fick studien av dessa föreningar större relevans.

Syftet med dessa undersökningar var att uppnå optimering av de redan kända egenskaperna hos dessa polymerer och att få nya ämnen som kunde uppfylla specifika syften inom olika vetenskapsområden.

Det tjugonde århundradet

Iakttagande av att gummit var lösligt i ett lösningsmedel av organisk natur och sedan den resulterande lösningen uppvisade några ovanliga egenskaper, var forskarna bekymrade och visste inte hur de skulle förklara dem.

Genom dessa observationer utsåg de att ämnen som detta uppvisar ett mycket annat beteende än mindre molekyler, eftersom de kunde observera när de studerade gummi och dess egenskaper.

De noterade att den studerade lösningen hade hög viskositet, en signifikant minskning av fryspunkten och ett litet osmotiskt tryck; Av detta kunde man dra slutsatsen att det fanns flera lösta ämnen med mycket hög molmassa, men forskare vägrade att tro på denna möjlighet.

Dessa fenomen, som också manifesterades i vissa ämnen som gelatin eller bomull, fick tidens forskare att tro att dessa typer av ämnen var uppbyggda av aggregat av små molekylära enheter, såsom C ₅ H ₈ eller C ₁₀ H ₁₆ , bunden av intermolekylära krafter.

Även om detta felaktiga tänkande kvarstod under några år, var definitionen som kvarstår till denna dag den som den tyska kemisten och vinnaren av Nobelpriset i kemi, Hermann Staudinger, gav.

XXI-talet

Den nuvarande definitionen av dessa strukturer som makromolekylära substanser kopplade till kovalenta bindningar myntades 1920 av Staudinger, som insisterade på att utforma och genomföra experiment tills han hittade bevis för denna teori under de kommande tio åren.

Utvecklingen av den så kallade ”polymerkemi” började och sedan dess har den bara fångat forskarnas intresse över hela världen och räknade bland sidorna i dess historia mycket viktiga forskare, inklusive Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, bland annat förutom de tidigare nämnda.

För närvarande studeras polymera makromolekyler inom olika vetenskapliga områden, såsom polymervetenskap eller biofysik, där ämnen som härrör från koppling av monomerer genom kovalenta bindningar med olika metoder och syften undersöks.

Visst, från naturliga polymerer såsom polyisopren till sådana av syntetiskt ursprung såsom polystyren, används de mycket ofta, utan att minska vikten av andra arter, såsom silikoner, som består av monomerer baserade på kisel.

Dessutom består en stor del av dessa föreningar av naturligt och syntetiskt ursprung av två eller flera olika klasser av monomerer, dessa polymera arter har fått namnet på sampolymerer.

Polymerisation

För att fördjupa ämnet av polymerer måste vi börja med att tala om ursprunget till ordet polymer, som kommer från de grekiska termerna polys, som betyder "mycket"; och rent, som hänvisar till "delar" av något.

Denna term används för att beteckna molekylära föreningar som har en struktur som består av många upprepande enheter, detta orsakar egenskapen av en hög relativ molekylmassa och andra inneboende egenskaper hos dessa.

Således är enheterna som utgör polymerer baserade på molekylära arter som har en relativt liten relativ molekylmassa.

I den här åren gäller termen polymerisation endast syntetiska polymerer, mer specifikt för de processer som används för att erhålla denna typ av makromolekyler.

Därför kan polymerisation definieras som den kemiska reaktionen som används i kombinationen av monomerer (en i taget) för att från dessa producera motsvarande polymerer.

Således utförs syntesen av polymerer genom två huvudtyper av reaktioner: tillsatsreaktioner och kondensationsreaktioner, som kommer att beskrivas i detalj nedan.

Polymerisation genom tillsatsreaktioner

Denna typ av polymerisation har deltagande av omättade molekyler som har dubbel- eller trippelbindningar i deras struktur, särskilt kol-kol.

I dessa reaktioner genomgår monomererna kombinationer med varandra utan eliminering av någon av deras atomer, där de polymera arterna som syntetiseras genom att bryta eller öppna ringen kan erhållas utan att generera eliminering av små molekyler.

Ur kinetisk synvinkel kan denna polymerisation ses som en trestegsreaktion: initiering, förökning och avslutning.

Först, initiering av reaktionen sker, i vilken uppvärmning anbringas på en molekyl anses som en initiator (betecknad som R ₂ ) för att generera två radikalspecies som följer:

R ₂ → 2R ∙

Om produktionen av polyeten används som ett exempel är nästa steg förökning, där den bildade reaktiva radikalen tacklar en etenmolekyl och en ny radikal art bildas enligt följande:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Denna nya radikal kombineras därefter med en annan etenmolekyl, och denna process fortsätter successivt tills kombinationen av två långkedjiga radikaler för att äntligen ge upphov till polyeten, i reaktionen känd som avslutning.

Polymerisation genom kondensationsreaktioner

I fallet med polymerisation genom kondensationsreaktioner inträffar i allmänhet kombinationen av två olika monomerer, utöver den följd eliminerande av en liten molekyl, som i allmänhet är vatten.

På liknande sätt har polymerer som produceras genom dessa reaktioner ofta heteroatomer, såsom syre eller kväve, som en del av deras ryggraden. Det händer också att den upprepande enheten som representerar basen i dess kedja inte har alla atomer som finns i monomeren till vilken den skulle kunna brytas ned.

Å andra sidan finns det metoder som har utvecklats mer nyligen, bland vilka plasmapolymerisation skiljer sig ut, vars egenskaper inte överensstämmer perfekt med någon av de typer av polymerisation som förklaras ovan.

På detta sätt kan polymerisationsreaktioner av syntetiskt ursprung, både de av tillsats och kondensation, inträffa i frånvaro eller i närvaro av en katalysatorart.

Kondensationspolymerisation används ofta vid tillverkning av många föreningar som vanligtvis finns i vardagen, till exempel dacron (bättre känd som polyester) eller nylon.

Andra former av polymerisation

Förutom dessa artificiella polymersyntesmetoder finns det också biologisk syntes, som definieras som det studieområde som ansvarar för forskningen av biopolymerer, som är indelade i tre huvudkategorier: polynukleotider, polypeptider och polysackarider.

I levande organismer kan syntes genomföras naturligt genom processer som involverar närvaron av katalysatorer såsom polymerasenzym vid framställning av polymerer, såsom deoxiribonukleinsyra (DNA).

I andra fall är de flesta enzymer som används i biokemisk polymerisation proteiner, som är polymerer bildade på basis av aminosyror och som är väsentliga i det stora flertalet biologiska processer.

Förutom de biopolymera substanserna som erhålls med dessa metoder finns det andra av stor kommersiell relevans, såsom vulkaniserat gummi som produceras genom att värma gummi av naturligt ursprung i närvaro av svavel.

Bland de tekniker som används för polymersyntes genom kemisk modifiering av polymerer av naturligt ursprung är således slutbehandling, tvärbindning och oxidation.

Typer av polymerer

Polymertyperna kan klassificeras enligt olika egenskaper; till exempel klassificeras de i termoplaster, värmehärdar eller elastomerer beroende på deras fysiska svar på uppvärmning.

Beroende på typen av monomerer från vilka de bildas kan de dessutom vara homopolymerer eller sampolymerer.

På liknande sätt kan de vara beroende på den typ av polymerisation genom vilken de produceras, vara tillsats- eller kondensationspolymerer.

På samma sätt kan naturliga eller syntetiska polymerer erhållas beroende på deras ursprung; eller organisk eller oorganisk beroende på dess kemiska sammansättning.

Egenskaper

- Den mest anmärkningsvärda egenskapen är den repeterande identiteten hos dess monomerer som grund för dess struktur.

- Dess elektriska egenskaper varierar beroende på dess syfte.

- De presenterar mekaniska egenskaper som elasticitet eller motstånd mot dragkraft, som definierar deras makroskopiska beteende.

- Vissa polymerer uppvisar viktiga optiska egenskaper.

- Den mikrostruktur som de har direkt påverkar deras andra egenskaper.

- De kemiska egenskaperna hos polymerer bestäms av de attraktiva växelverkningarna mellan kedjorna som bildar dem.

- Dess transportegenskaper är i förhållande till hastigheten för intermolekylär rörelse.

- Uppförandet av dess aggregeringstillstånd är relaterat till dess morfologi.

Exempel på polymerer

Bland det stora antalet polymerer som finns finns följande:

Polystyren

Används i behållare av olika slag, liksom i behållare som används som värmeisolatorer (för att kyla vatten eller lagra is) och till och med i leksaker.

polytetrafluoretylen

Bättre känd som Teflon, den används som en elektrisk isolator, även för tillverkning av rullar och för att belägga köksredskap.

Polyvinylklorid

Denna polymer används i tillverkningen av väggkanaler, plattor, leksaker och rör, kommersiellt känd som PVC.

referenser

1. Wikipedia. (Sf). Polymer. Återställs från en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Kemi, nionde upplagan. Mexiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (Sf). Introduktion till polymerer. Hämtad från chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG och Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, Third Edition. Återställs från books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polymer. Hämtad från britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymerer: en vetenskapens ursprung och tillväxt. Återställs från books.google.co.ve