Tabla de Contenidos
Un polimer este o macromoleculă, adică o moleculă formată din sute sau mii de atomi, care se formează din unirea succesivă a aceleiași molecule mici. Termenul „polimer” provine din conjuncția prefixului grecesc poli , care înseamnă „mult”, cu sufixul mer , care înseamnă „parte”. Cuvântul a fost inventat de chimistul suedez Jons Jacob Berzelius în 1833.
Dezvoltarea polimerilor
Polimerii naturali au fost folosiți din timpuri imemoriale, dar capacitatea de a sintetiza polimeri este o dezvoltare recentă. Primul material dezvoltat dintr-un polimer a fost nitroceluloza . Procesul a fost dezvoltat în 1862 de chimistul britanic Alexander Parkes: el a combinat celuloza naturală cu acid azotic și un solvent, iar cu un tratament ulterior cu celuloid produs camfor , un polimer utilizat pe scară largă în industria filmului. Dizolvarea nitrocelulozei în eter și alcool produce colodion ; acest polimer a fost folosit ca pansament chirurgical.
Vulcanizarea cauciucului a fost o altă piatră de hotar în dezvoltarea polimerilor. Chimistul german Friedrich Ludersdorf și inventatorul american Nathaniel Hayward au descoperit că adăugarea de sulf la cauciucul natural i-a îmbunătățit substanțial proprietățile. Procesul de vulcanizare a cauciucului prin adăugarea de sulf și aplicarea căldurii a fost descris de inginerul britanic Thomas Hancock în 1843 și de chimistul american Charles Goodyear în 1844.
În 1926 Hermann Staudinger a explicat structura chimică a acestor materiale și a propus structura polistirenului și polioximetilenului , valabilă și astăzi. Modelul său a stabilit că au fost generate lanțuri lungi de atomi formate prin unirea repetitivă prin legături covalente ale unei molecule mici. Hermann Staudinger a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1953 pentru munca sa.
Cum se formează polimerii?
Formarea unui polimer, adică polimerizarea, este o reacție chimică în care se generează două legături într-o moleculă mică, în general legături covalente, în care se unesc alte unități ale aceleiași molecule. Acest proces se repetă de un număr mare de ori formând un lanț lung de atomi. Molecula care alcătuiește polimerul se numește monomer .
Să ne uităm la un exemplu: polietilena, un plastic utilizat pe scară largă care este cel mai simplu polimer.
Monomerul polietilenei este etilena, o moleculă organică simplă care are doi atomi de carbon legați printr-o legătură dublă împreună cu doi atomi de hidrogen atașați la fiecare atom de carbon, așa cum se arată în figura de mai sus. Legăturile de carbon sunt covalente. Dacă legătura dublă este ruptă, fiecare dintre atomii de carbon are o legătură covalentă disponibilă pentru a uni alți atomi care constituie unitatea structurală, așa cum se arată în figura următoare.
Unirea repetată a acestei unități structurale generează o moleculă liniară lungă, fără ramificații: polietilenă (vezi figura următoare).
Un alt exemplu este obținerea polistirenului, un polimer cu aplicații multiple. Monomerul polistirenului este stirenul, o moleculă care are un inel benzenic atașat la doi atomi de carbon cu o legătură dublă. Ca și în cazul polietilenei, ruperea dublei legături generează unitatea structurală care, îmbinată în mod repetat, constituie un lanț lung care formează polistiren (vezi figura următoare).
polimeri
În natură există multe materiale și molecule generate de ființele vii care sunt polimeri. Proteinele, acizii nucleici, ADN-ul, polizaharidele precum celuloza sunt exemple de polimeri naturali. După cum am văzut deja, alți polimeri precum nitroceluloza și cauciucul vulcanizat sunt polimeri artificiali obținuți din polimeri naturali. Iar polimerii artificiali se obtin in laboratoare si industrial prin reactii chimice; clorura de polivinil (PVC), polietilena, polistirenul, neoprenul și nailonul sunt câteva exemple din spectrul vast de polimeri artificiali utilizați într-o mare varietate de aplicații.
Polimerii artificiali sunt grupați în două categorii: polimeri termoplastici și polimeri termorigizi . Polimerii pot fi obținuți printr-o reacție chimică sau dintr-un amestec de substanțe solide sau dintr-o soluție în care polimerizarea este indusă cu căldură sau prin aplicarea de radiații gamma, într-o reacție care este ireversibilă.
- Odată ce reacția este completă, polimerii termorigizi tind să fie rigizi și să se degradeze sau să se descompună fără a se înmuia atunci când sunt încălziți peste o anumită temperatură. Rășinile epoxidice, poliesterul, rășinile acrilice și poliuretanul sunt polimeri termorigizi, la fel ca bachelitul, kevlarul și cauciucul vulcanizat.
- Polimerii termoplastici, spre deosebire de termorigide, sunt flexibili și se înmoaie și se topesc peste o anumită temperatură, ceea ce le permite să fie turnate. Câteva exemple de polimeri termoplastici sunt nailon, teflon, polietilenă și polipropilenă.
Una dintre aplicațiile polimerilor artificiali este fabricarea fibrelor cu care sunt realizate țesăturile. Acești polimeri trebuie să aibă elasticitate mare pentru a permite manipularea lor în procesele de fabricație și în utilizarea lor finală, și extensibilitate scăzută pentru a-și menține dimensiunile. O altă aplicație a polimerilor este în adezivi; În acest caz, polimerizarea trebuie să aibă loc la aplicarea produsului, de exemplu printr-o reacție chimică cu vaporii de apă în aer sau pe părțile în care se aplică adezivul, cum este cazul cianoacrilaților utilizați în aplicații casnice, industriale și de închidere a plăgilor. . Elastomerii sunt o altă aplicație pe scară largă a polimerilor; Acestea sunt materiale care se deformează atunci când se aplică o forță.
Acoperirile, vopselele, piesele și componentele care alcătuiesc mecanismele și structurile, diverse materiale de construcție, izolatori electrici și termici, sunt unele dintre imensa varietate de aplicații polimerice.
Surse
JR Wunsch. Polistiren-Sinteză, producție și aplicații . Editura iSmithers Rapra, 2020.
Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Manual de tehnologie a materialelor plastice. producție, compozite, scule, auxiliare . Momentum Press, 2012.
Polimer: descriere, exemple și tipuri . Enciclopedia Britannica , 2020.
William B. Jensen Originea conceptului de polimer . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008.
