Polymeren Geschiedenis, Polymerisatie, Types, Eigenschappen en Voorbeelden

de polymeren zijn de moleculaire verbindingen die worden gekenmerkt door een hoge molecuulmassa (variërend van duizenden tot miljoenen) en die bestaan ​​uit een groot aantal eenheden, monomeren genaamd, die worden herhaald.

Omdat ze de eigenschap hebben grote moleculen te zijn, worden deze soorten macromoleculen genoemd, waardoor ze unieke eigenschappen hebben en heel anders zijn dan die welke in de kleinere worden waargenomen, alleen toe te schrijven aan dit soort stoffen, zoals de neiging die ze hebben voor vorm glasstructuren.

Op dezelfde manier, omdat ze tot een zeer grote groep moleculen behoren, ontstond de behoefte om ze een classificatie te geven, en daarom zijn ze onderverdeeld in twee soorten: polymeren van natuurlijke oorsprong, zoals eiwitten en nucleïnezuren; en die van synthetische vervaardiging, zoals nylon of lucite (beter bekend als plexiglas).

De geleerden begonnen met het onderzoeken van de wetenschap die achter polymeren bestaat in de jaren 1920, toen ze met nieuwsgierigheid en verbijstering observeerden hoe sommige stoffen zich gedragen als hout of rubber. Vervolgens wijdden de wetenschappers van die tijd zich aan het analyseren van deze verbindingen die zo aanwezig zijn in het dagelijks leven.

Door een bepaald niveau van begrip te bereiken over de aard van deze soorten, konden we hun structuur en vooruitgang begrijpen in de creatie van macromoleculen die de ontwikkeling en verbetering van bestaande materialen zouden kunnen vergemakkelijken, evenals de productie van nieuwe materialen..

Ook is het bekend dat talrijke significante polymeren in hun structuur stikstof- of zuurstofatomen bevatten, vastgemaakt aan de koolstofatomen, en deel uitmaken van de hoofdketen van het molecuul.

Afhankelijk van de belangrijkste functionele groepen die deel uitmaken van de monomeren, zullen ze worden genoemd; bijvoorbeeld, als het monomeer wordt gevormd door een ester, is er een polyester ontstaan.

index

• 1 Geschiedenis van polymeren
  • 1.1 19e eeuw
  • 1.2 20e eeuw
  • 1.3 eeuw XXI
• 2 Polymerisatie
  • 2.1 Polymerisatie door additiereacties
  • 2.2 Polymerisatie door condensatiereacties
  • 2.3 Andere vormen van polymerisatie
• 3 soorten polymeren
• 4 Eigenschappen
• 5 Voorbeelden van polymeren
  • 5.1 Polystyreen
  • 5.2 Polytetrafluorethyleen
  • 5.3 Polyvinylchloride
• 6 Referenties

Geschiedenis van polymeren

De geschiedenis van polymeren moet worden aangepakt, te beginnen met de verwijzingen naar de eerste polymeren waarvan men zich bewust is.

Op deze manier zijn bepaalde materialen van natuurlijke oorsprong die al sinds de oudheid worden gebruikt (zoals cellulose of leer) voornamelijk samengesteld uit polymeren.

19e eeuw

In tegenstelling tot wat men zou denken, was de samenstelling van de polymeren een onbekende om te onthullen tot een paar eeuwen geleden, toen ze begonnen te bepalen hoe deze stoffen werden gevormd, en zelfs een methode probeerden te vinden om kunstmatig te produceren..

De eerste keer dat de term "polymeren" werd gebruikt was in 1833, dankzij de Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius, die het gebruikte om te verwijzen naar stoffen van organische aard die dezelfde empirische formule hebben maar verschillende molmassa's hebben.

Deze wetenschapper was ook verantwoordelijk voor het bedenken van andere termen, zoals "isomeer" of "katalyse"; hoewel het moet worden opgemerkt dat op dat moment het concept van deze uitdrukkingen compleet anders was dan wat ze op dit moment betekenen.

Na enkele experimenten om synthetische polymeren te verkrijgen uit de transformatie van natuurlijke polymere soorten, werd de studie van deze verbindingen relevanter.

Het doel van deze onderzoeken was om de al bekende eigenschappen van deze polymeren te optimaliseren en om nieuwe stoffen te verkrijgen die specifieke doelen op verschillende gebieden van de wetenschappen kunnen vervullen..

20e eeuw

Bij het waarnemen dat het rubber oplosbaar was in een oplosmiddel van organische aard en vervolgens de resulterende oplossing enkele ongebruikelijke kenmerken vertoonde, waren de wetenschappers gestoord en wisten ze niet hoe ze moesten worden uitgelegd.

Door deze observaties werd afgeleid dat stoffen zoals deze een gedrag vertonen dat zeer verschilt van de kleinere moleculen, zoals ze konden opmerken tijdens het bestuderen van het rubber en zijn eigenschappen.

Ze merkten op dat de onderzochte oplossing een hoge viscositeit, een aanzienlijke afname van het vriespunt en een osmotische druk van geringe omvang had; hierdoor kon worden afgeleid dat er verschillende opgeloste stoffen waren met een zeer hoge molaire massa, maar de geleerden weigerden te geloven in deze mogelijkheid.

Deze verschijnselen, die zich ook manifesteerden in bepaalde stoffen zoals gelatine of katoen, brachten wetenschappers destijds ertoe te denken dat dit soort stoffen bestond uit aggregaten van kleine moleculaire eenheden, zoals C₅H₈ of C₁₀H₁₆, verbonden door intermoleculaire krachten.

Hoewel deze foutieve gedachte enkele jaren bleef bestaan, was de definitie die tot op heden blijft bestaan ​​die van de Duitse chemicus en winnaar van de Nobelprijs voor de Scheikunde, Hermann Staudinger..

21e eeuw

De huidige definitie van deze structuren als macromoleculaire substanties verbonden door covalente bindingen werd in 1920 bedacht door Staudinger, die erop stond om experimenten te bedenken en uit te voeren totdat hij bewijs vond van deze theorie gedurende de volgende tien jaar.

De ontwikkeling van de zogenaamde "polymeerchemie" begon en sindsdien heeft het alleen de interesse van onderzoekers over de hele wereld veroverd, met inbegrip van de pagina's van zijn geschiedenis, zeer belangrijke wetenschappers, waaronder Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, naast anderen, die eerder zijn genoemd.

Op dit moment worden polymere macromoleculen bestudeerd in verschillende wetenschappelijke gebieden, zoals polymeerwetenschap of biofysica, waar de resulterende stoffen van het verbinden van monomeren door covalente bindingen met verschillende methoden en doeleinden worden onderzocht..

Zeker, van natuurlijke polymeren zoals polyisopreen tot die van synthetische oorsprong zoals polystyreen, worden ze heel vaak gebruikt, zonder afbreuk te doen aan andere soorten zoals siliconen, bestaande uit monomeren op basis van silicium..

Ook bestaan ​​veel van deze verbindingen van natuurlijke en synthetische oorsprong uit twee of meer verschillende klassen van monomeren, deze polymeersoorten hebben de naam van copolymeren gekregen.

polymerisatie

Om ons te verdiepen in de kwestie van polymeren, moeten we beginnen met praten over de oorsprong van het woord polymeer, dat komt van de Griekse termen polys, wat "veel" betekent; en baarzen, wat verwijst naar de "delen" van iets.

Deze term wordt gebruikt om moleculaire verbindingen aan te duiden die een structuur hebben die bestaat uit vele zich herhalende eenheden, dit veroorzaakt de eigenschap van een hoge relatieve moleculaire massa en andere intrinsieke kenmerken van deze.

Dus de eenheden waaruit de polymeren bestaan, zijn gebaseerd op moleculaire soorten die een relatieve moleculaire massa van kleine omvang hebben.

In deze volgorde van ideeën is de term polymerisatie alleen van toepassing op synthetische polymeren, meer in het bijzonder op de processen die worden gebruikt om dit type macromoleculen te verkrijgen.

Daarom kan polymerisatie worden gedefinieerd als de chemische reactie die wordt gebruikt in de combinatie van monomeren (één tegelijk) om de overeenkomstige polymeren daaruit te produceren.

Op deze manier wordt de synthese van polymeren uitgevoerd door twee soorten hoofdreacties: additiereacties en condensatiereacties, die hieronder in detail zullen worden beschreven.

Polymerisatie door additiereacties

Dit type polymerisaties heeft de deelname van onverzadigde moleculen die dubbele of driedubbele bindingen hebben in hun structuur, in het bijzonder die koolstof-koolstof.

In deze reacties ondergaan de monomeren combinaties met elkaar zonder de eliminatie van elk van hun atomen, waarbij de polymeersoort gesynthetiseerd door het breken of openen van de ring kan worden verkregen zonder de eliminatie van kleine moleculen te genereren..

Vanuit het kinetische oogpunt kan deze polymerisatie worden gezien als een driestapsreactie: initiatie, voortplanting en terminatie.

Eerst vindt de start van de reactie plaats, waarbij verwarming wordt toegepast op een molecuul dat als een initiator wordt beschouwd (aangeduid als R₂) om twee radicale soorten op de volgende manier te genereren:

R₂ → 2R ∙

Als de productie van polyethyleen als een voorbeeld wordt gebruikt, dan is de volgende stap voortplanting, waarbij het gevormde reactieve radicaal een ethyleenmolecuul nadert en een nieuw radicaalspecies wordt gevormd als volgt:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Deze nieuwe radicaal wordt vervolgens gecombineerd met een ander ethyleenmolecuul en dit proces gaat successievelijk door tot de combinatie van twee langketenige radicalen om uiteindelijk het polyethyleen te vormen, in de reactie die bekend staat als terminatie..

Polymerisatie door condensatiereacties

In het geval van polymerisatie door condensatiereacties vindt de combinatie van twee verschillende monomeren gewoonlijk plaats, naast de daaruit volgende eliminatie van een klein molecuul, dat gewoonlijk water is..

Evenzo hebben polymeren geproduceerd door deze reacties vaak heteroatomen, zoals zuurstof of stikstof, die deel uitmaken van hun hoofdstructuur. Het komt ook voor dat de repetitieve eenheid die de basis van de keten vertegenwoordigt, niet de totaliteit van de atomen heeft die zich in het monomeer bevinden waaraan het kan worden afgebroken.

Aan de andere kant zijn er recentelijk ontwikkelde methoden, waaronder de plasmapolymerisatie opvalt, waarvan de karakteristieken niet perfect overeenstemmen met een van de hierboven toegelichte soorten polymerisatie..

Op deze manier kunnen polymerisatiereacties van synthetische oorsprong, zowel toevoeging als condensatie, optreden in de afwezigheid of in de aanwezigheid van een katalysatorspecies..

Condensatiepolymerisatie wordt veel gebruikt bij de vervaardiging van veel verbindingen die gewoonlijk in het dagelijks leven voorkomen, zoals dacron (beter bekend als polyester) of nylon.

Andere vormen van polymerisatie

Naast deze synthesemethoden van kunstmatige polymeren is er ook een biologische synthese, die wordt gedefinieerd als het onderzoeksgebied dat verantwoordelijk is voor het onderzoek van biopolymeren, die zijn onderverdeeld in drie hoofdcategorieën: polynucleotiden, polypeptiden en polysacchariden.

In levende organismen kan de synthese op natuurlijke wijze worden uitgevoerd, door processen waarbij de aanwezigheid van katalysatoren zoals het polymerase-enzym bij de productie van polymeren zoals deoxyribonucleïnezuur (DNA) betrokken is..

In andere gevallen zijn de meeste enzymen die worden gebruikt bij biochemische polymerisatie eiwitten, die polymeren zijn die zijn gevormd met aminozuren en essentieel zijn in de overgrote meerderheid van biologische processen..

Naast de biopolymeerstoffen die met deze methoden zijn verkregen, zijn er andere van grote commerciële relevantie, zoals gevulcaniseerde rubber die wordt geproduceerd door de verwarming van rubber van natuurlijke oorsprong in de aanwezigheid van zwavel..

Dus, onder de technieken die worden gebruikt voor polymeersynthese door de chemische modificatie van polymeren van natuurlijke oorsprong zijn de afwerking, verknoping en oxidatie.

Typen polymeren

De soorten polymeren kunnen worden geclassificeerd op basis van verschillende kenmerken; Ze worden bijvoorbeeld geclassificeerd in thermoplasten, thermoharders of elastomeren afhankelijk van hun fysieke reactie op opwarming.

Afhankelijk van het type monomeren waaruit zij worden gevormd, kunnen zij bovendien homopolymeren of copolymeren zijn.

Op dezelfde manier kunnen ze, afhankelijk van het soort polymerisatie waardoor ze worden geproduceerd, additie- of condensatiepolymeren zijn.

Ook kunnen natuurlijke of synthetische polymeren worden verkregen afhankelijk van de oorsprong ervan; u organisch of anorganisch afhankelijk van de chemische samenstelling.

eigenschappen

- Het meest opvallende kenmerk is de repetitieve identiteit van zijn monomeren als basis van zijn structuur.

- De elektrische eigenschappen variëren afhankelijk van het doel.

- Ze hebben mechanische eigenschappen zoals elasticiteit of treksterkte, die hun macroscopisch gedrag bepalen.

- Sommige polymeren vertonen belangrijke optische eigenschappen.

- De microstructuur die ze bezitten beïnvloedt rechtstreeks hun andere eigenschappen.

- De chemische eigenschappen van polymeren worden bepaald door de aantrekkelijke interacties tussen de ketens die ze vormen.

- De transporteigenschappen zijn gerelateerd aan de snelheid van intermoleculaire beweging.

- Het gedrag van de aggregatietoestanden is gerelateerd aan de morfologie.

Voorbeelden van polymeren

Onder het grote aantal polymeren dat bestaat, zijn de volgende:

polystyreen

Gebruikt in containers van verschillende types, evenals in containers die worden gebruikt als thermische isolatoren (om water te koelen of ijs te bewaren) en zelfs in speelgoed.

polytetrafluorethyleen

Beter bekend als Teflon, wordt het gebruikt als een elektrische isolator, ook bij de vervaardiging van rollen en voor het coaten van keukengerei.

Polyvinylchloride

Gebruikt in de productie van kanalen voor muren, tegels, speelgoed en pijpen, is dit polymeer in de handel bekend als PVC.

referenties

1. Wikipedia. (N.D.). Polymeer. Opgehaald van en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chemie, negende editie. Mexico: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (N.D.). Inleiding tot polymeren. Opgehaald in chem.libretexts.org
4. Cowie, J. M. G. en Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, derde editie. Opgehaald uit books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polymeer. Opgehaald van britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymeren: The Origins and Growth of a Science. Opgehaald uit books.google.co.ve