Vad är en polymer? Definition, typer och exempel

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


En polymer är en makromolekyl, det vill säga en molekyl som består av hundratals eller tusentals atomer, som bildas från den successiva föreningen av samma lilla molekyl. Termen ”polymer” kommer från konjunktionen av det grekiska prefixet poli , som betyder ”mycket”, med suffixet mer , som betyder ”del”. Ordet myntades av den svenske kemisten Jons Jacob Berzelius 1833.

Utvecklingen av polymerer

Naturliga polymerer har använts sedan urminnes tider, men förmågan att syntetisera polymerer är en ny utveckling. Det första materialet som utvecklades från en polymer var nitrocellulosa . Processen utvecklades 1862 av den brittiske kemisten Alexander Parkes: han kombinerade den naturliga cellulosan med salpetersyra och ett lösningsmedel, och med en efterföljande behandling med kamfer framställd celluloid , en polymer som ofta används i filmindustrin. Upplösning av nitrocellulosa i eter och alkohol producerar kollodium ; denna polymer användes som ett kirurgiskt förband.

Vulkaniseringen av gummi var en annan milstolpe i utvecklingen av polymerer. Den tyske kemisten Friedrich Ludersdorf och den amerikanske uppfinnaren Nathaniel Hayward fann att tillsats av svavel till naturgummi avsevärt förbättrade dess egenskaper. Processen att vulkanisera gummi genom att tillsätta svavel och applicera värme beskrevs av den brittiske ingenjören Thomas Hancock 1843 och den amerikanske kemisten Charles Goodyear 1844.

År 1926 förklarade Hermann Staudinger den kemiska strukturen hos dessa material och föreslog strukturen av polystyren och polyoximetylen , som fortfarande gäller idag. Hans modell fastställde att långa kedjor av atomer som bildades av den repetitiva föreningen genom kovalenta bindningar av en liten molekyl genererades. Hermann Staudinger tilldelades Nobelpriset i kemi 1953 för sitt arbete.

Hur bildas polymerer?

Bildandet av en polymer, det vill säga polymerisation, är en kemisk reaktion där två bindningar genereras i en liten molekyl, vanligtvis kovalenta bindningar, där andra enheter av samma molekyl är sammanfogade. Denna process upprepas ett stort antal gånger och bildar en lång kedja av atomer. Molekylen som utgör polymeren kallas en monomer .

Låt oss titta på ett exempel: polyeten, en mycket använd plast som är den enklaste polymeren.

Eten, polyetenmonomer
Eten, polyetenmonomer

Monomeren av polyeten är eten, en enkel organisk molekyl som har två kolatomer kopplade med en dubbelbindning tillsammans med två väteatomer fästa till varje kolatom, som visas i figuren ovan. Kolbindningarna är kovalenta. Om dubbelbindningen bryts har var och en av kolatomerna en kovalent bindning tillgänglig för att förena andra atomer som utgör den strukturella enheten, som visas i följande figur.

strukturell enhet av polyeten
strukturell enhet av polyeten

Den upprepade föreningen av denna strukturella enhet genererar en lång linjär molekyl, utan förgreningar: polyeten (se följande figur).

Polymerisation av eten för att erhålla polyeten
Polymerisation av eten för att erhålla polyeten

Ett annat exempel är att få fram polystyren, en polymer med flera tillämpningar. Monomeren av polystyren är styren, en molekyl som har en bensenring fäst vid två kolatomer med en dubbelbindning. Liksom i fallet med polyeten genererar brytningen av dubbelbindningen den strukturella enheten som, när den sammanfogas upprepade gånger, utgör en lång kedja som bildar polystyren (se följande figur).

Polymerisation av styren för att erhålla polystyren
Polymerisation av styren för att erhålla polystyren

polymerer

I naturen finns det många material och molekyler som genereras av levande varelser som är polymerer. Proteiner, nukleinsyror, DNA, polysackarider som cellulosa är exempel på naturliga polymerer. Som vi redan har sett är andra polymerer som nitrocellulosa och vulkaniserat gummi konstgjorda polymerer erhållna från naturliga polymerer. Och konstgjorda polymerer erhålls i laboratorier och industriellt genom kemiska reaktioner; polyvinylklorid (PVC), polyeten, polystyren, neopren och nylon är några exempel på det stora spektrumet av konstgjorda polymerer som används i en mängd olika tillämpningar.

Konstgjorda polymerer delas in i två kategorier: termoplastiska polymerer och värmehärdande polymerer . Polymerer kan erhållas genom en kemisk reaktion eller från en blandning av fasta ämnen eller från en lösning där polymerisation induceras med värme eller genom att applicera gammastrålning, i en reaktion som är irreversibel.

  • När reaktionen väl är fullbordad tenderar värmehärdande polymerer att vara stela och brytas ned eller sönderdelas utan att mjukna när de värms över en viss temperatur. Epoxihartser, polyester, akrylhartser och polyuretan är värmehärdande polymerer, precis som bakelit, kevlar och vulkaniserat gummi.
  • Termoplastiska polymerer, till skillnad från härdplaster, är flexibla och mjukar och smälter över en viss temperatur, vilket gör att de kan formas. Några exempel på termoplastiska polymerer är nylon, teflon, polyeten och polypropen.

En av tillämpningarna för konstgjorda polymerer är tillverkning av fibrer med vilka tyger tillverkas. Dessa polymerer måste ha hög elasticitet för att tillåta deras hantering i tillverkningsprocesserna och i deras slutliga användning, och låg töjbarhet för att behålla sina dimensioner. En annan tillämpning av polymererna är i lim; I det här fallet behöver polymerisation ske vid applicering av produkten, till exempel genom en kemisk reaktion med vattenånga i luften eller på de delar där limmet appliceras, vilket är fallet med cyanoakrylater som används i hushålls-, industri- och sårförslutningsapplikationer . Elastomerer är en annan utbredd tillämpning av polymerer; Dessa är material som deformeras när en kraft appliceras.

Beläggningar, färger, delar och komponenter som utgör mekanismer och strukturer, olika konstruktionsmaterial, elektriska och termiska isolatorer, är några av de enorma variationerna av polymerapplikationer.

Källor

JR Wunsch. Polystyren-syntes, produktion och tillämpningar . iSmithers Rapra Publishing, 2020.

Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Handbok för plastteknik. tillverkning, kompositer, verktyg, hjälpmedel . Momentum Press, 2012.

Polymer: Beskrivning, exempel och typer . Encyclopedia Britannica , 2020.

William B. Jensen Ursprunget till polymerkonceptet . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008.

-Annons-

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

Flamfärgtestet