Storia dei polimeri, polimerizzazione, tipi, proprietà ed esempi

il polimeri sono i composti molecolari che sono caratterizzati dall'avere una massa molare elevata (che varia da migliaia a milioni) e che sono costituiti da un gran numero di unità, chiamate monomeri, che si ripetono.

Poiché hanno la caratteristica di essere grandi molecole, queste specie sono chiamate macromolecole, che conferiscono loro qualità uniche e molto diverse da quelle osservate nei più piccoli, attribuibili solo a questo tipo di sostanze, come la propensione che hanno per conformare le strutture di vetro.

Allo stesso modo, poiché appartengono a un gruppo molto ampio di molecole, è nata l'esigenza di concedere loro una classificazione, per cui sono divise in due tipi: polimeri di origine naturale, come proteine ​​e acidi nucleici; e quelli di produzione sintetica, come nylon o lucite (meglio noto come plexiglas).

Gli studiosi hanno iniziato le indagini sulla scienza che esiste dietro ai polimeri negli anni Venti, quando hanno osservato con curiosità e sconcerto come si comportano certe sostanze come il legno o la gomma. Quindi, gli scienziati del tempo si sono dedicati ad analizzare questi composti così presenti nella vita di tutti i giorni.

Raggiungendo un certo livello di comprensione della natura di queste specie, possiamo comprendere la loro struttura e avanzare nella creazione di macromolecole che potrebbero facilitare lo sviluppo e il miglioramento dei materiali esistenti, nonché la produzione di nuovi materiali.

Allo stesso modo, è noto che numerosi polimeri significativi contengono nella loro struttura azoto o atomi di ossigeno, attaccati agli atomi di carbonio, formando parte della catena principale della molecola.

A seconda dei principali gruppi funzionali che fanno parte dei monomeri, saranno nominati; per esempio, se il monomero è formato da un estere, viene prodotto un poliestere.

indice

• 1 Storia di polimeri
  • 1.1 19 ° secolo
  • 1.2 XX secolo
  • 1.3 Secolo XXI
• 2 Polimerizzazione
  • 2.1 Polimerizzazione mediante reazioni di addizione
  • 2.2 Polimerizzazione per reazioni di condensazione
  • 2.3 Altre forme di polimerizzazione
• 3 tipi di polimeri
• 4 proprietà
• 5 esempi di polimeri
  • 5.1 Polistirolo
  • 5.2 Politetrafluoroetilene
  • 5.3 Polivinilcloruro
• 6 riferimenti

Storia dei polimeri

La storia dei polimeri deve essere affrontata a partire dai riferimenti ai primi polimeri noti.

In questo modo, alcuni materiali di origine naturale ampiamente utilizzati fin dall'antichità (come la cellulosa o la pelle) sono costituiti principalmente da polimeri.

19 ° secolo

Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, la composizione dei polimeri era sconosciuta fino a un paio di secoli fa, quando iniziarono a determinare come si formavano queste sostanze, e cercò persino di stabilire un metodo per ottenere la fabbricazione artificiale.

La prima volta che il termine "polimeri" fu usato fu nel 1833, grazie al chimico svedese Jöns Jacob Berzelius, che lo usò per riferirsi a sostanze di natura organica che hanno la stessa formula empirica ma hanno diverse masse molari.

Questo scienziato era anche incaricato di coniare altri termini, come "isomero" o "catalisi"; sebbene sia degno di nota il fatto che in quel momento il concetto di queste espressioni fosse completamente diverso da quello che significano al momento.

Dopo alcuni esperimenti per ottenere polimeri sintetici dalla trasformazione di specie polimeriche naturali, lo studio di questi composti stava diventando più rilevante.

Lo scopo di queste indagini era quello di ottenere l'ottimizzazione delle proprietà già note di questi polimeri e l'ottenimento di nuove sostanze che potrebbero soddisfare scopi specifici in diverse aree delle scienze.

20 ° secolo

Osservando che la gomma era solubile in un solvente di natura organica e quindi la soluzione risultante mostrava caratteristiche insolite, gli scienziati erano disturbati e non sapevano come spiegarli.

Attraverso queste osservazioni, hanno dedotto che sostanze come questa mostrano un comportamento molto diverso dalle molecole più piccole, come potrebbero notare studiando la gomma e le sue proprietà.

Hanno notato che la soluzione studiata aveva un'alta viscosità, una significativa diminuzione del punto di congelamento e una pressione osmotica di piccola magnitudine; da ciò si potrebbe dedurre che vi erano parecchi soluti di massa molare molto alta, ma gli studiosi rifiutarono di credere in questa possibilità.

Questi fenomeni, che si manifestavano anche in alcune sostanze come la gelatina o il cotone, facevano pensare agli scienziati che il tempo in cui questo tipo di sostanze era costituito da aggregati di piccole unità molecolari, come C₅H₈ o C₁₀H₁₆, collegato da forze intermolecolari.

Anche se questo pensiero errato è rimasto per alcuni anni, la definizione che persiste fino ad oggi è stata quella concessa dal chimico tedesco e vincitore del premio Nobel per la chimica, Hermann Staudinger.

21 ° secolo

L'attuale definizione di queste strutture come sostanze macromolecolari legate da legami covalenti fu coniata nel 1920 da Staudinger, che insistette a ideare e condurre esperimenti fino a trovare prove di questa teoria durante i successivi dieci anni.

Inizia lo sviluppo della cosiddetta "chimica dei polimeri" e da allora ha catturato l'interesse dei ricercatori di tutto il mondo, contando tra le pagine della sua storia scienziati molto importanti, tra cui spiccano Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, tra gli altri, oltre a quelli precedentemente nominati.

Allo stato attuale, le macromolecole polimeriche vengono studiate in diverse aree scientifiche, come la scienza dei polimeri o la biofisica, in cui vengono studiate le sostanze risultanti dai monomeri di collegamento attraverso legami covalenti con metodi e scopi diversi.

Certamente, dai polimeri naturali come il poliisoprene a quelli di origine sintetica come il polistirolo, vengono usati molto frequentemente, senza nulla togliere ad altre specie come i siliconi, costituiti da monomeri a base di silicio.

Inoltre, molti di questi composti di origine naturale e sintetica sono costituiti da due o più classi differenti di monomeri, a queste specie polimeriche è stato dato il nome di copolimeri.

polimerizzazione

Per approfondire l'argomento dei polimeri, dobbiamo iniziare parlando dell'origine della parola polimero, che deriva dai termini greci polys, che significa "molto"; e cernie, che si riferisce alle "parti" di qualcosa.

Questo termine è usato per designare i composti molecolari che hanno una struttura composta da molte unità ripetitive, questo causa la proprietà di una massa molecolare relativa elevata e di altre caratteristiche intrinseche di questi.

Pertanto, le unità che compongono i polimeri sono basate su specie molecolari che hanno una massa molecolare relativa relativamente piccola.

In questo ordine di idee, il termine polimerizzazione si applica solo ai polimeri sintetici, più specificamente ai processi utilizzati per ottenere questo tipo di macromolecole.

Pertanto, la polimerizzazione può essere definita come la reazione chimica che viene utilizzata nella combinazione di monomeri (uno alla volta) per produrre da essi i corrispondenti polimeri.

In questo modo, la sintesi dei polimeri viene effettuata attraverso due tipi di reazioni principali: reazioni di addizione e reazioni di condensazione, che saranno descritte in dettaglio di seguito.

Polimerizzazione mediante reazioni di addizione

Questo tipo di polimerizzazione ha la partecipazione di molecole insature che hanno legami doppi o tripli, specialmente carbonio-carbonio.

In queste reazioni, i monomeri subiscono combinazioni l'uno con l'altro senza l'eliminazione di nessuno dei loro atomi, dove le specie polimeriche sintetizzate rompendo o aprendo l'anello possono essere ottenute senza generare l'eliminazione di piccole molecole.

Dal punto di vista cinetico, questa polimerizzazione può essere vista come una reazione in tre fasi: iniziazione, propagazione e terminazione.

Innanzitutto, si verifica l'inizio della reazione, in cui il riscaldamento viene applicato a una molecola considerata come iniziatore (indicata come R₂) per generare due specie radicali nel modo seguente:

R₂ → 2R ∙

Se la produzione di polietilene è usata come esempio, il passo successivo è la propagazione, in cui il radicale reattivo formato si avvicina a una molecola di etilene e una nuova specie radicale si forma come segue:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Questo nuovo radicale è successivamente combinato con un'altra molecola di etilene, e questo processo continua successivamente fino alla combinazione di due radicali a catena lunga per originare finalmente il polietilene, nella reazione nota come terminazione.

Polimerizzazione per reazioni di condensazione

Nel caso della polimerizzazione per reazione di condensazione, di solito si verifica la combinazione di due diversi monomeri, oltre alla conseguente eliminazione di una piccola molecola, che è generalmente acqua.

Allo stesso modo, i polimeri prodotti da queste reazioni hanno spesso eteroatomi, come ossigeno o azoto, che formano parte della loro struttura principale. Succede anche che l'unità ripetitiva che rappresenta la base della sua catena non possieda la totalità degli atomi che sono nel monomero a cui potrebbe essere degradata.

D'altra parte, ci sono metodi che sono stati sviluppati più recentemente, tra cui spicca la polimerizzazione al plasma, le cui caratteristiche non concordano perfettamente con nessuno dei tipi di polimerizzazione spiegati sopra.

In questo modo, le reazioni di polimerizzazione di origine sintetica, sia di addizione che di condensazione, possono verificarsi in assenza o in presenza di una specie di catalizzatore.

La polimerizzazione a condensazione è ampiamente utilizzata nella produzione di molti composti comunemente presenti nella vita quotidiana, come il dacron (meglio conosciuto come poliestere) o il nylon.

Altre forme di polimerizzazione

Oltre a questi metodi di sintesi di polimeri artificiali esiste anche la sintesi biologica, che è definita come l'area di studio che è responsabile dell'indagine sui biopolimeri, che sono suddivisi in tre categorie principali: polinucleotidi, polipeptidi e polisaccaridi.

Negli organismi viventi, la sintesi può essere effettuata naturalmente, attraverso processi che implicano la presenza di catalizzatori come l'enzima polimerasi nella produzione di polimeri come l'acido desossiribonucleico (DNA).

In altri casi, la maggior parte degli enzimi utilizzati nella polimerizzazione biochimica sono proteine, che sono polimeri formati con aminoacidi e sono essenziali nella stragrande maggioranza dei processi biologici.

Oltre alle sostanze biopolimeriche ottenute con questi metodi, ce ne sono altre di grande rilevanza commerciale, come la gomma vulcanizzata prodotta attraverso il riscaldamento di gomma di origine naturale in presenza di zolfo.

Quindi, tra le tecniche utilizzate per la sintesi polimerica attraverso la modificazione chimica dei polimeri di origine naturale sono la finitura, la reticolazione e l'ossidazione.

Tipi di polimeri

I tipi di polimeri possono essere classificati in base a diverse caratteristiche; per esempio, sono classificati in termoplastici, termoindurenti o elastomeri in base alla loro risposta fisica al riscaldamento.

Inoltre, a seconda del tipo di monomeri da cui sono formati possono essere omopolimeri o copolimeri.

Allo stesso modo, in base al tipo di polimerizzazione con cui vengono prodotti possono essere polimeri di addizione o condensazione.

Allo stesso modo, si possono ottenere polimeri naturali o sintetici a seconda della loro origine; o organico o inorganico a seconda della sua composizione chimica.

proprietà

- La sua caratteristica più notevole è l'identità ripetitiva dei suoi monomeri come base della sua struttura.

- Le sue proprietà elettriche variano a seconda del suo scopo.

- Hanno proprietà meccaniche come elasticità o resistenza alla trazione, che ne definiscono il comportamento macroscopico.

- Alcuni polimeri presentano importanti proprietà ottiche.

- La microstruttura ha direttamente influenza le loro altre proprietà.

- Le caratteristiche chimiche dei polimeri sono determinate dalle interazioni di tipo attraente tra le catene che le formano.

- Le sue proprietà di trasporto sono legate alla velocità del movimento intermolecolare.

- Il comportamento dei suoi stati di aggregazione è correlato alla sua morfologia.

Esempi di polimeri

Tra il gran numero di polimeri che esistono sono i seguenti:

polistirolo

Utilizzato in contenitori di diversi tipi, così come in contenitori che vengono utilizzati come isolanti termici (per raffreddare l'acqua o conservare ghiaccio) e anche nei giocattoli.

politetrafluoroetilene

Meglio conosciuto come Teflon, è utilizzato come isolante elettrico, anche nella produzione di rotoli e per il rivestimento di utensili da cucina.

Cloruro di polivinile

Utilizzato nella produzione di canali per pareti, piastrelle, giocattoli e tubi, questo polimero è commercialmente noto come PVC.

riferimenti

1. Wikipedia. (N.d.). Polymer. Estratto da en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chimica, nona edizione. Messico: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (N.d.). Introduzione ai polimeri. Estratto da chem.libretexts.org
4. Cowie, J. M. G. e Arrighi, V. (2007). Polimeri: chimica e fisica dei materiali moderni, terza edizione. Recuperato da books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polymer. Estratto da britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polimeri: le origini e la crescita di una scienza. Recuperato da books.google.co.ve