POLYMERY: HISTORIE, POLYMERACE, TYPY, VLASTNOSTI - CHEMIE - 2025

Tyto polymery jsou molekulární sloučeniny, charakterizované tím, že mají vysokou molekulovou hmotností (v rozmezí od tisíce až miliony) a skládají se z velkého počtu jednotek, nazývaných monomery, které se opakují.

Protože mají charakteristiku velkých molekul, nazývají se tyto druhy makromolekulami, což jim dává jedinečné vlastnosti, které se velmi liší od vlastností pozorovaných v menších, které lze připsat pouze tomuto typu látek, jako je sklon k tvarování skleněných struktur.

Stejně tak, protože patří do velmi velké skupiny molekul, vznikla potřeba klasifikace, pro kterou jsou rozděleny do dvou typů: polymery přírodního původu, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny; a syntetické výroby, jako je nylon nebo lucit (lépe známý jako plexisklo).

Učenci začali zkoumat vědu za polymery ve dvacátých letech, kdy se zvědavostí a zmatením pozorovali, jak se chují látky jako dřevo nebo guma. Vědci té doby začali analyzovat tyto sloučeniny tak přítomné v každodenním životě.

Dosažením určité úrovně porozumění o povaze těchto druhů bylo možné pochopit jejich strukturu a pokročit ve vytváření makromolekul, které by mohly usnadnit vývoj a zlepšení stávajících materiálů, jakož i výrobu nových materiálů.

Podobně je známo, že četné významné polymery obsahují ve své struktuře atomy dusíku nebo kyslíku, které jsou spojeny s atomy uhlíku a tvoří část hlavního řetězce molekuly.

V závislosti na hlavních funkčních skupinách, které jsou součástí monomerů, dostanou jejich jména; například pokud je monomer tvořen esterem, vytvoří se polyester.

Historie polymerů

K historii polymerů je třeba přistupovat počínaje odkazy na první známé polymery.

Tímto způsobem jsou některé materiály přírodního původu, které se od starověku hojně používají (například celulóza nebo kůže), převážně vyrobeny z polymerů.

XIX století

Na rozdíl od toho, co si člověk může myslet, bylo složení polymerů neznámé až před několika stoletími, kdy začalo určovat, jak se tyto látky vytvářely, a dokonce se snažili vytvořit metodu pro dosažení umělé výroby.

Poprvé byl termín „polymery“ použit v roce 1833, a to díky švédskému chemikovi Jönsovi Jacobovi Berzeliusovi, který jej používal k označení látek organické povahy, které mají stejný empirický vzorec, ale mají odlišné molární hmotnosti.

Tento vědec měl také na starosti ražení jiných termínů, jako je „izomer“ nebo „katalýza“; třebaže je třeba poznamenat, že v té době byl pojem těchto výrazů zcela odlišný od toho, co dnes znamenají.

Po několika pokusech získat syntetické polymery z transformace přírodních polymerních druhů získalo studium těchto sloučenin větší význam.

Účelem těchto výzkumů bylo dosáhnout optimalizace již známých vlastností těchto polymerů a získání nových látek, které by mohly plnit specifické účely v různých vědních oborech.

Dvacáté století

Vědci byli znepokojeni a nevěděli, jak je vysvětlit, protože guma byla rozpustná v rozpouštědle organické povahy a výsledné řešení mělo neobvyklé vlastnosti.

Prostřednictvím těchto pozorování usoudili, že takovéto látky vykazují velmi odlišné chování než menší molekuly, protože byly schopny pozorovat při studiu gumy a jejích vlastností.

Zjistili, že studované řešení mělo vysokou viskozitu, významné snížení teploty tuhnutí a malý osmotický tlak; Z toho lze odvodit, že existuje několik solutů s velmi vysokou molární hmotou, ale vědci odmítli věřit v tuto možnost.

Tyto jevy, které také projevují některých látek, jako je želatina nebo bavlny, z vědců času si, že tyto druhy látek byly tvořeny agregáty malých molekulárních jednotek, jako jsou například C ₅ H ₈ nebo C ₁₀ H ₁₆, vázán mezimolekulárními silami.

Ačkoli toto nesprávné myšlení přetrvávalo několik let, definice, která přetrvává dodnes, byla definována německým chemikem a nositelem Nobelovy ceny za chemii Hermannem Staudingerem.

XXI století

Současnou definici těchto struktur jako makromolekulárních látek spojených kovalentními vazbami vytvořil v roce 1920 Staudinger, který trval na vymýšlení a provádění experimentů, dokud nenajde důkazy pro tuto teorii v příštích deseti letech.

Začal se vývoj takzvané „polymerní chemie“ a od té doby zachycuje pouze zájem vědců z celého světa a mezi stránky své historie patří velmi důležití vědci, mezi něž patří Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, mimo jiné, kromě těch dříve jmenovaných.

V současnosti jsou polymerní makromolekuly studovány v různých vědeckých oblastech, jako je věda o polymerech nebo biofyzika, kde se zkoumají látky vzniklé spojením monomerů prostřednictvím kovalentních vazeb s různými metodami a účely.

Od přírodních polymerů, jako je polyisopren, až po polymery syntetického původu, jako je polystyren, se tyto látky používají velmi často, aniž by se snižoval význam jiných druhů, jako jsou silikony, tvořených monomery na bázi křemíku.

Také velká část těchto sloučenin přírodního a syntetického původu je tvořena dvěma nebo více různými třídami monomerů, přičemž tyto polymerní druhy byly pojmenovány kopolymery.

Polymerizace

Abychom se ponořili do předmětu polymerů, musíme začít mluvením o původu slova polymer, který pochází z řeckých termínů polys, což znamená „hodně“; a pouhý, který odkazuje na „části“ něčeho.

Tento termín se používá k označení molekulárních sloučenin, které mají strukturu tvořenou mnoha opakujícími se jednotkami, což způsobuje vlastnost vysoké relativní molekulové hmotnosti a další jejich vnitřní vlastnosti.

Jednotky, které tvoří polymery, jsou tedy založeny na molekulárních druzích, které mají relativně malou relativní molekulovou hmotnost.

V tomto smyslu se termín polymerizace vztahuje pouze na syntetické polymery, konkrétněji na procesy používané k získání tohoto typu makromolekul.

Polymeraci lze tedy definovat jako chemickou reakci, která se používá v kombinaci monomerů (jeden po druhém), z nichž se z nich vytvoří odpovídající polymery.

Syntéza polymerů se tedy provádí dvěma hlavními typy reakcí: adičními a kondenzačními reakcemi, které budou podrobněji popsány níže.

Polymerace adičními reakcemi

Tento typ polymerace má účast nenasycených molekul, které mají ve své struktuře dvojné nebo trojné vazby, zejména vazby uhlík-uhlík.

V těchto reakcích monomery procházejí vzájemnými kombinacemi bez eliminace jakéhokoli ze svých atomů, přičemž polymerní druhy syntetizované štěpením nebo otevřením kruhu mohou být získány bez generování eliminace malých molekul.

Z kinetického hlediska lze tuto polymeraci považovat za tříkrokovou reakci: iniciace, množení a ukončení.

Za prvé, iniciace reakce dojde, ve kterém je topný aplikuje na molekulu považován jako iniciátor (označované jako R ₂) ke generování dvou radikální druhy takto:

R ₂ → 2R ∙

Je-li jako příklad uvedena produkce polyethylenu, je dalším krokem propagace, kde vzniklý reaktivní radikál oslovuje molekulu ethylenu a vzniká nový radikálový druh:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ -CH ₂ ∙

Tento nový radikál je následně kombinován s další molekulou ethylenu a tento proces pokračuje postupně až do kombinace dvou radikálů s dlouhým řetězcem, aby konečně vznikl polyethylen, v reakci známé jako ukončení.

Polymerace kondenzačními reakcemi

V případě polymerace kondenzačními reakcemi obvykle dochází ke kombinaci dvou různých monomerů, kromě následného odstranění malé molekuly, což je obvykle voda.

Podobně polymery produkované těmito reakcemi často obsahují heteroatomy, jako je kyslík nebo dusík, jako součást jejich páteře. Stává se také, že opakující se jednotka, která představuje základ jeho řetězce, nemá všechny atomy, které jsou v monomeru, na který by mohla být degradována.

Na druhé straně existují metody, které byly vyvinuty v poslední době, mezi nimiž vyniká plazmová polymerace, jejíž vlastnosti nesouhlasí s žádným z výše popsaných typů polymerace.

Tímto způsobem mohou polymerační reakce syntetického původu, a to jak adiční, tak kondenzační, probíhat v nepřítomnosti nebo v přítomnosti katalyzátoru.

Kondenzační polymerace se široce používá při výrobě mnoha sloučenin běžně vyskytujících se v každodenním životě, jako je dacron (lépe známý jako polyester) nebo nylon.

Jiné formy polymerace

Kromě těchto metod umělé syntézy polymerů existuje také biologická syntéza, která je definována jako oblast studie odpovědná za výzkum biopolymerů, které jsou rozděleny do tří hlavních kategorií: polynukleotidy, polypeptidy a polysacharidy.

V živých organismech může být syntéza prováděna přirozeně prostřednictvím procesů, které zahrnují přítomnost katalyzátorů, jako je polymerázový enzym, při výrobě polymerů, jako je kyselina deoxyribonukleová (DNA).

V jiných případech je většina enzymů používaných v biochemické polymeraci proteiny, což jsou polymery vytvořené na základě aminokyselin a které jsou nezbytné ve velké většině biologických procesů.

Kromě biopolymerních látek získaných těmito způsoby existují ještě další komerční význam, jako je vulkanizovaný kaučuk, který se vyrábí zahříváním kaučuku přírodního původu v přítomnosti síry.

Mezi techniky používané pro syntézu polymerů chemickou modifikací polymerů přírodního původu patří tedy úprava, zesítění a oxidace.

Druhy polymerů

Typy polymerů lze klasifikovat podle různých charakteristik; například jsou klasifikovány do termoplastů, termosetů nebo elastomerů podle své fyzické odezvy na zahřívání.

Dále, v závislosti na typu monomerů, ze kterých jsou vytvořeny, mohou to být homopolymery nebo kopolymery.

Podobně, podle druhu polymerace, kterou se vyrábějí, mohou to být adiční nebo kondenzační polymery.

Podobně lze získat přírodní nebo syntetické polymery v závislosti na jejich původu; nebo organické nebo anorganické v závislosti na svém chemickém složení.

Vlastnosti

- Jeho nejvýznamnější charakteristikou je opakující se identita monomerů jako základ její struktury.

- Jeho elektrické vlastnosti se liší podle účelu.

- Vykazují mechanické vlastnosti, jako je elasticita nebo odolnost proti tahu, které definují jejich makroskopické chování.

- Některé polymery vykazují důležité optické vlastnosti.

- Mikrostruktura, kterou přímo ovlivňují jejich další vlastnosti.

- Chemické vlastnosti polymerů jsou určeny atraktivní interakcí mezi řetězci, které je tvoří.

- Jeho transportní vlastnosti jsou relativní k rychlosti intermolekulárního pohybu.

- Chování stavů agregace souvisí s jeho morfologií.

Příklady polymerů

Mezi velké množství existujících polymerů patří:

Polystyren

Používá se v nádobách různých typů a také v nádobách, které se používají jako tepelné izolátory (pro chlazení vody nebo skladování ledu), a dokonce i v hračkách.

Polytetrafluorethylen

Better, lépe známý jako teflon, se používá jako elektrický izolátor, také při výrobě válečků a při natírání kuchyňského náčiní.

Polyvinyl chlorid

Tento polymer, který se používá při výrobě nástěnných kanálů, dlaždic, hraček a trubek, je komerčně známý jako PVC.

Reference

1. Wikipedia. (sf). Polymer. Obnoveno z en.wikipedia.nebo
2. Chang, R. (2007). Chemie, deváté vydání. Mexiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (sf). Úvod do polymerů. Citováno z Chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG a Arrighi, V. (2007). Polymery: Chemie a fyzika moderních materiálů, 3. vydání. Obnoveno z books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polymer. Citováno z britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymery: Počátky a růst vědy. Obnoveno z books.google.co.ve