Какво е полимер? Определение, видове и примери

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Полимерът е макромолекула, тоест молекула, съставена от стотици или хиляди атоми, която се образува от последователното обединяване на една и съща малка молекула. Терминът „полимер“ идва от съчетанието на гръцкия префикс poli , което означава „много“, с наставката mer , което означава „част“. Думата е въведена от шведския химик Йонс Якоб Берцелиус през 1833 г.

Развитието на полимерите

Естествените полимери се използват от незапомнени времена, но способността да се синтезират полимери е скорошно развитие. Първият материал, разработен от полимер, е нитроцелулозата . Процесът е разработен през 1862 г. от британския химик Александър Паркс: той комбинира естествената целулоза с азотна киселина и разтворител и с последваща обработка с камфор произвежда целулоид , полимер, широко използван във филмовата индустрия. Разтварянето на нитроцелулоза в етер и алкохол произвежда колодий ; този полимер е използван като хирургическа превръзка.

Вулканизацията на каучука е друг крайъгълен камък в развитието на полимерите. Германският химик Фридрих Лудерсдорф и американският изобретател Натаниел Хейуърд установиха, че добавянето на сяра към естествения каучук значително подобрява свойствата му. Процесът на вулканизиране на каучук чрез добавяне на сяра и прилагане на топлина е описан от британския инженер Томас Ханкок през 1843 г. и американския химик Чарлз Гудиър през 1844 г.

През 1926 г. Херман Щаудингер обяснява химическата структура на тези материали и предлага структурата на полистирола и полиоксиметилена , валидна и днес. Неговият модел установява, че се генерират дълги вериги от атоми, образувани от повтарящото се обединяване чрез ковалентни връзки на малка молекула. Херман Щаудингер е удостоен с Нобелова награда за химия през 1953 г. за работата си.

Как се образуват полимерите?

Образуването на полимер, тоест полимеризацията, е химическа реакция, при която се генерират две връзки в малка молекула, обикновено ковалентни връзки, в които се свързват други единици на същата молекула. Този процес се повтаря много пъти, образувайки дълга верига от атоми. Молекулата, която изгражда полимера, се нарича мономер .

Нека да разгледаме един пример: полиетилен, широко използвана пластмаса, която е най-простият полимер.

Етилен, полиетиленов мономер
Етилен, полиетиленов мономер

Мономерът на полиетилена е етилен, проста органична молекула, която има два въглеродни атома, свързани с двойна връзка заедно с два водородни атома, прикрепени към всеки въглероден атом, както е показано на фигурата по-горе. Въглеродните връзки са ковалентни. Ако двойната връзка е скъсана, всеки от въглеродните атоми има ковалентна връзка, налична за свързване на други атоми, съставляващи структурната единица, както е показано на следващата фигура.

структурна единица от полиетилен
структурна единица от полиетилен

Повтарящото се съединение на тази структурна единица генерира дълга линейна молекула, без разклонения: полиетилен (вижте следващата фигура).

Полимеризация на етилен за получаване на полиетилен
Полимеризация на етилен за получаване на полиетилен

Друг пример е получаването на полистирен, полимер с множество приложения. Мономерът на полистирола е стирен, молекула, която има бензенов пръстен, свързан с два въглеродни атома с двойна връзка. Както в случая с полиетилена, разкъсването на двойната връзка генерира структурна единица, която, когато се свързва многократно, съставлява дълга верига, която образува полистирен (вижте следващата фигура).

Полимеризация на стирол за получаване на полистирол
Полимеризация на стирол за получаване на полистирол

полимери

В природата има много материали и молекули, генерирани от живи същества, които са полимери. Протеини, нуклеинови киселини, ДНК, полизахариди като целулоза са примери за естествени полимери. Както вече видяхме, други полимери като нитроцелулоза и вулканизиран каучук са изкуствени полимери, получени от естествени полимери. А изкуствените полимери се получават в лаборатории и индустриално чрез химични реакции; поливинилхлорид (PVC), полиетилен, полистирен, неопрен и найлон са някои примери за широкия спектър от изкуствени полимери, използвани в голямо разнообразие от приложения.

Изкуствените полимери са групирани в две категории: термопластични полимери и термореактивни полимери . Полимерите могат да бъдат получени чрез химическа реакция или от смес от твърди вещества или от разтвор, в който полимеризацията е предизвикана с топлина или чрез прилагане на гама лъчение, в реакция, която е необратима.

  • След като реакцията приключи, термореактивните полимери са склонни да бъдат твърди и да се разграждат или разлагат, без да омекнат, когато се нагреят над определена температура. Епоксидните смоли, полиестерът, акрилните смоли и полиуретанът са термореактивни полимери, точно като бакелит, кевлар и вулканизиран каучук.
  • Термопластичните полимери, за разлика от термореактивните, са гъвкави и се размекват и топят над определена температура, което им позволява да бъдат формовани. Някои примери за термопластични полимери са найлон, тефлон, полиетилен и полипропилен.

Едно от приложенията на изкуствените полимери е производството на влакна, от които се правят тъкани. Тези полимери трябва да имат висока еластичност, за да позволят манипулирането им в производствените процеси и при крайната им употреба, и ниска разтегливост, за да запазят размерите си. Друго приложение на полимерите е в лепилата; В този случай трябва да настъпи полимеризация при нанасяне на продукта, например чрез химическа реакция с водна пара във въздуха или върху частите, където се нанася лепилото, какъвто е случаят с цианоакрилатите, използвани в домашни, промишлени приложения и приложения за затваряне на рани . Еластомерите са друго широко разпространено приложение на полимерите; Това са материали, които се деформират при прилагане на сила.

Покрития, бои, части и компоненти, които изграждат механизми и конструкции, различни строителни материали, електрически и топлоизолатори, са част от огромното разнообразие от полимерни приложения.

Източници

JR Wunsch. Полистирол-синтез, производство и приложения . iSmithers Rapra Publishing, 2020 г.

Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Наръчник по пластмасови технологии. производство, композити, инструментална екипировка, спомагателни материали . Momentum Press, 2012.

Полимер: описание, примери и видове . Енциклопедия Британика , 2020 г.

Уилям Б. Дженсън Произходът на концепцията за полимера . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008 г.

mm
Emilio Vadillo (MEd)
(Licenciado en Ciencias, Master en Educación) - COORDINADOR EDITORIAL. Autor y editor de libros de texto. Editor (papel y digital). Divulgador científico.

Artículos relacionados