История полимеров, полимеризация, типы, свойства и примеры

полимеры являются молекулярными соединениями, которые характеризуются высокой молекулярной массой (от тысяч до миллионов) и состоят из большого числа звеньев, называемых мономерами, которые повторяются.

Поскольку они характеризуются большими молекулами, эти виды называются макромолекулами, что придает им уникальные качества и сильно отличается от тех, которые наблюдаются у более мелких, только в связи с этим типом веществ, таких как склонность к формы стеклянных конструкций.

Точно так же, поскольку они принадлежат к очень большой группе молекул, возникла необходимость предоставить им классификацию, по этой причине они делятся на два типа: полимеры природного происхождения, такие как белки и нуклеиновые кислоты; и синтетического производства, такого как нейлон или люцит (более известный как оргстекло).

Ученые начали исследования науки, которая существует за полимерами в 1920-х годах, когда они с любопытством и недоумением наблюдали за тем, как некоторые вещества ведут себя как дерево или резина. Затем ученые того времени посвятили себя анализу этих соединений, присутствующих в повседневной жизни..

Достигнув определенного уровня понимания природы этих видов, мы могли бы понять их структуру и продвинуться в создании макромолекул, которые могли бы способствовать разработке и улучшению существующих материалов, а также производству новых материалов..

Также известно, что многочисленные значимые полимеры содержат в своей структуре атомы азота или кислорода, присоединенные к атомам углерода, образующим часть основной цепи молекулы.

В зависимости от основных функциональных групп, которые являются частью мономеров, они будут названы; например, если мономер образован сложным эфиром, образуется сложный полиэфир.

индекс

• 1 История полимеров
  • 1.1 19 век
  • 1.2 20-го века
  • 1.3 век XXI
• 2 Полимеризация
  • 2.1 Полимеризация реакциями присоединения
  • 2.2 Полимеризация по реакциям конденсации
  • 2.3 Другие формы полимеризации
• 3 Типа полимеров
• 4 свойства
• 5 Примеры полимеров
  • 5.1 Полистирол
  • 5.2 Политетрафторэтилен
  • 5.3 Поливинилхлорид
• 6 Ссылки

История полимеров

Историю полимеров следует рассматривать, начиная со ссылок на первые полимеры, о которых известно.

Таким образом, некоторые материалы природного происхождения, которые широко использовались с древних времен (например, целлюлоза или кожа), в основном состоят из полимеров.

19 век

Вопреки тому, что можно было бы подумать, состав полимеров был неизвестен до тех пор, пока пару веков назад они не начали определять, как образуются эти вещества, и даже не пытались создать какой-то метод искусственного производства..

Впервые термин «полимеры» был использован в 1833 году благодаря шведскому химику Йонсу Якобу Берцелиусу, который использовал его для обозначения веществ органической природы, которые имеют одинаковую эмпирическую формулу, но имеют разные молярные массы.

Этот ученый также отвечал за придумывание других терминов, таких как «изомер» или «катализ»; хотя следует отметить, что в то время концепция этих выражений полностью отличалась от того, что они в настоящее время означают.

После некоторых экспериментов по получению синтетических полимеров путем превращения природных полимерных частиц, исследование этих соединений становилось все более актуальным.

Цель этих исследований состояла в том, чтобы добиться оптимизации свойств, уже известных для этих полимеров, и получить новые вещества, которые могли бы выполнять конкретные задачи в различных областях науки..

20 век

Наблюдая, что каучук растворим в растворителе органической природы, а затем полученный раствор показал некоторые необычные характеристики, ученые были встревожены и не знали, как их объяснить..

Из этих наблюдений можно сделать вывод, что подобные вещества демонстрируют поведение, сильно отличающееся от меньших молекул, что они могли заметить при изучении каучука и его свойств..

Они отметили, что исследуемый раствор имел высокую вязкость, значительное снижение точки замерзания и осмотическое давление небольшой величины; из этого можно сделать вывод, что было несколько растворов с очень высокой молярной массой, но ученые отказывались верить в эту возможность.

Эти явления, которые также проявлялись в некоторых веществах, таких как желатин или хлопок, привели ученых того времени к мысли, что этот тип веществ состоит из агрегатов небольших молекулярных единиц, таких как C₅H₈ или C₁₀H₁₆, связаны межмолекулярными силами.

Хотя эта ошибочная мысль сохранялась в течение нескольких лет, определение, которое сохраняется до настоящего времени, было дано ей немецким химиком и лауреатом Нобелевской премии по химии Германом Штаудингером..

21 век

Нынешнее определение этих структур как макромолекулярных веществ, связанных ковалентными связями, было придумано в 1920 году Штаудингером, который настаивал на разработке и проведении экспериментов до тех пор, пока не обнаружит доказательства этой теории в течение следующих десяти лет..

Началось развитие так называемой «химии полимеров», и с тех пор она привлекла внимание исследователей всего мира, считая среди страниц своей истории очень важных ученых, среди которых выделяются Джулио Натта, Карл Циглер, Чарльз Гудиер, помимо прочего, в дополнение к ранее названным.

В настоящее время полимерные макромолекулы изучаются в различных научных областях, таких как наука о полимерах или биофизика, где исследуются полученные вещества, связывающие мономеры через ковалентные связи, с различными методами и целями..

Конечно, от природных полимеров, таких как полиизопрен, до синтетических полимеров, таких как полистирол, они используются очень часто, не отвлекаясь от других видов, таких как силиконы, состоящие из мономеров на основе кремния..

Кроме того, многие из этих соединений природного и синтетического происхождения состоят из двух или более разных классов мономеров, этим полимерным видам присвоено название сополимеров..

полимеризация

Чтобы углубиться в проблему полимеров, мы должны начать с разговора о происхождении слова полимер, которое происходит от греческих терминов. POLYS, что означает «много»; и окуни, что относится к "частям" чего-то.

Этот термин используется для обозначения молекулярных соединений, которые имеют структуру, состоящую из множества повторяющихся звеньев, это обусловливает свойство высокой относительной молекулярной массы и другие внутренние характеристики этих.

Таким образом, единицы, которые составляют полимеры, основаны на молекулярных разновидностях, которые имеют относительную молекулярную массу небольшой величины.

В этом порядке идей термин полимеризация применяется только к синтетическим полимерам, более конкретно к процессам, используемым для получения макромолекул этого типа..

Следовательно, полимеризацию можно определить как химическую реакцию, используемую в комбинации мономеров (по одному за раз) для получения из них соответствующих полимеров..

Таким образом, синтез полимеров осуществляется посредством двух основных реакций: реакции присоединения и реакции конденсации, которые будут подробно описаны ниже..

Полимеризация реакциями присоединения

В этом типе полимеризации участвуют ненасыщенные молекулы, которые имеют двойную или тройную связь в своей структуре, особенно углерод-углерод..

В этих реакциях мономеры подвергаются комбинациям друг с другом без удаления какого-либо из их атомов, где полимерные частицы, синтезированные путем разрыва или открытия кольца, могут быть получены без образования небольших молекул.

С кинетической точки зрения эту полимеризацию можно рассматривать как трехстадийную реакцию: инициирование, распространение и прекращение.

Сначала происходит начало реакции, при которой нагревание применяется к молекуле, рассматриваемой как инициатор (обозначается как R₂) создать два радикальных вида следующим образом:

R₂ → 2R ∙

Если в качестве примера используется производство полиэтилена, то следующим этапом является размножение, при котором образующийся реакционноспособный радикал приближается к молекуле этилена и образуется новый вид радикалов следующим образом:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-СН₂∙

Этот новый радикал впоследствии объединяется с другой молекулой этилена, и этот процесс продолжается последовательно до тех пор, пока комбинация двух длинноцепочечных радикалов не приведет к окончательному образованию полиэтилена в реакции, известной как терминация..

Полимеризация по реакциям конденсации

В случае полимеризации с помощью реакций конденсации обычно происходит сочетание двух разных мономеров в дополнение к последующему удалению небольшой молекулы, которой обычно является вода..

Точно так же полимеры, полученные этими реакциями, часто имеют гетероатомы, такие как кислород или азот, образуя часть их основной структуры. Также бывает, что повторяющаяся единица, представляющая основание своей цепи, не обладает совокупностью атомов, находящихся в мономере, до которого она может быть разложена.

С другой стороны, существуют методы, которые были разработаны совсем недавно, среди которых выделяется плазменная полимеризация, характеристики которых не полностью согласуются с любым из типов полимеризации, описанных выше..

Таким образом, реакции полимеризации синтетического происхождения, как присоединения, так и конденсации, могут происходить в отсутствие или в присутствии каталитических частиц..

Конденсационная полимеризация широко используется при производстве многих соединений, обычно присутствующих в повседневной жизни, таких как дакрон (более известный как полиэстер) или нейлон.

Другие формы полимеризации

В дополнение к этим методам синтеза искусственных полимеров существует также биологический синтез, который определяется как область исследования, которая отвечает за исследование биополимеров, которые делятся на три основные категории: полинуклеотиды, полипептиды и полисахариды.

В живых организмах синтез может осуществляться естественным путем посредством процессов, которые включают присутствие катализаторов, таких как фермент полимераза, в производстве полимеров, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)..

В других случаях большинство ферментов, используемых в биохимической полимеризации, представляют собой белки, представляющие собой полимеры, образованные с аминокислотами, которые необходимы в подавляющем большинстве биологических процессов..

Помимо биополимерных веществ, полученных этими способами, существуют и другие, имеющие большое коммерческое значение, такие как вулканизированный каучук, который получают путем нагревания каучука природного происхождения в присутствии серы..

Так, среди методов, используемых для синтеза полимеров путем химической модификации полимеров природного происхождения, являются чистовая обработка, сшивание и окисление..

Типы полимеров

Типы полимеров могут быть классифицированы в соответствии с различными характеристиками; Например, они классифицируются на термопласты, термореактивные или эластомеры в зависимости от их физической реакции на нагрев.

Кроме того, в зависимости от типа мономеров, из которых они образованы, они могут быть гомополимерами или сополимерами.

Таким же образом, в зависимости от вида полимеризации, с помощью которого они производятся, они могут быть аддитивными или конденсационными полимерами..

Кроме того, природные или синтетические полимеры могут быть получены в зависимости от их происхождения; органический или неорганический в зависимости от его химического состава.

свойства

- Его наиболее заметной особенностью является повторяющаяся идентичность его мономеров как основы его структуры..

- Его электрические свойства варьируются в зависимости от его назначения.

- Они имеют механические свойства, такие как упругость или предел прочности, которые определяют их макроскопическое поведение.

- Некоторые полимеры проявляют важные оптические свойства.

- Микроструктура, которой они обладают, напрямую влияет на их другие свойства.

- Химические характеристики полимеров определяются привлекательным типом взаимодействия между образующими их цепями..

- Его транспортные свойства связаны со скоростью межмолекулярного движения..

- Поведение его агрегатных состояний связано с его морфологией..

Примеры полимеров

Среди большого количества существующих полимеров есть следующие:

полистирол

Используется в контейнерах разных типов, а также в контейнерах, которые используются в качестве теплоизоляторов (для охлаждения воды или хранения льда) и даже в игрушках..

политетрафторэтилен

Более известный как тефлон, он используется в качестве электрического изолятора, также в производстве рулонов и для покрытия кухонной утвари.

Поливинилхлорид

Используемый в производстве каналов для стен, плитки, игрушек и труб, этот полимер коммерчески известен как ПВХ.

ссылки

1. Wikipedia. (Н.Д.). Polymer. Получено из en.wikipedia.or
2. Чанг, Р. (2007). Химия, девятое издание. Мексика: Макгроу-Хилл.
3. LibreTexts. (Н.Д.). Введение в полимеры. Получено с сайта chem.libretexts.org
4. Cowie, J.M.G. и Arrighi, V. (2007). Полимеры: химия и физика современных материалов, третье издание. Получено из books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polymer. Получено с сайта britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Полимеры: истоки и рост науки. Получено из books.google.co.ve