Polimer nedir? Tanım, türler ve örnekler

Bir polimer bir makromoleküldür, yani aynı küçük molekülün art arda birleşmesinden oluşan yüzlerce veya binlerce atomdan oluşan bir moleküldür. “Polimer” terimi , “çok” anlamına gelen Yunanca poli önekinin “kısım” anlamına gelen mer soneki ile birleşiminden gelir . Kelime, 1833’te İsveçli kimyager Jons Jacob Berzelius tarafından icat edildi.

polimerlerin geliştirilmesi

Doğal polimerler çok eski zamanlardan beri kullanılmaktadır, ancak polimerleri sentezleme yeteneği yeni bir gelişmedir. Bir polimerden geliştirilen ilk malzeme nitroselülozdu . İşlem, 1862’de İngiliz kimyager Alexander Parkes tarafından geliştirildi: doğal selülozu nitrik asit ve bir çözücü ile birleştirdi ve ardından film endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir polimer olan kafurla üretilen selüloit ile yapılan bir işlemle. Nitroselülozun eter ve alkolde çözünmesi kolodyum üretir ; bu polimer cerrahi bir pansuman olarak kullanıldı.

Kauçuğun vulkanizasyonu, polimerlerin geliştirilmesinde bir başka kilometre taşıydı. Alman kimyager Friedrich Ludersdorf ve Amerikalı mucit Nathaniel Hayward, doğal kauçuğa kükürt eklemenin özelliklerini önemli ölçüde iyileştirdiğini buldular. Kükürt ekleyerek ve ısı uygulayarak kauçuğu vulkanize etme işlemi, 1843’te İngiliz mühendis Thomas Hancock ve 1844’te Amerikalı kimyager Charles Goodyear tarafından tanımlandı.

1926’da Hermann Staudinger, bu malzemelerin kimyasal yapısını açıkladı ve polistiren ve polioksimetilenin bugün hala geçerli olan yapısını önerdi . Onun modeli, küçük bir molekülün kovalent bağları yoluyla tekrarlayan birleşmeyle oluşan uzun atom zincirlerinin üretildiğini ortaya koydu. Hermann Staudinger, çalışmalarından dolayı 1953’te Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldü.

Polimerler nasıl oluşur?

Bir polimerin oluşumu, yani polimerizasyon, aynı molekülün diğer birimlerinin birleştiği, genellikle kovalent bağlar olmak üzere küçük bir molekülde iki bağın üretildiği kimyasal bir reaksiyondur. Bu işlem, uzun bir atom zinciri oluşturarak çok sayıda tekrarlanır. Polimeri oluşturan moleküle monomer denir .

Bir örneğe bakalım: en basit polimer olan ve yaygın olarak kullanılan bir plastik olan polietilen.

Polietilen monomeri, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, her bir karbon atomuna bağlı iki hidrojen atomu ile birlikte bir çift bağ ile bağlanmış iki karbon atomuna sahip basit bir organik molekül olan etilendir. Karbon bağları kovalenttir. Çift bağın kırılması durumunda, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, karbon atomlarının her birinin yapısal birimi oluşturan diğer atomları birleştirmek için uygun bir kovalent bağı vardır.

Bu yapısal birimin tekrarlanan birleşimi, dallanma olmaksızın uzun bir doğrusal molekül oluşturur: polietilen (aşağıdaki şekle bakın).

Başka bir örnek, çok sayıda uygulamaya sahip bir polimer olan polistirenin elde edilmesidir. Polistirenin monomeri, iki karbon atomuna çift bağla bağlı bir benzen halkasına sahip bir molekül olan stirendir. Polietilende olduğu gibi, çift bağın kırılması, tekrar tekrar birleştirildiğinde polistireni oluşturan uzun bir zincir oluşturan yapısal birimi oluşturur (aşağıdaki şekle bakın).

polimerler

Doğada, canlılar tarafından üretilen polimer olan birçok malzeme ve molekül vardır. Proteinler, nükleik asitler, DNA, selüloz gibi polisakkaritler, doğal polimerlere örnektir. Daha önce gördüğümüz gibi, nitroselüloz ve vulkanize kauçuk gibi diğer polimerler, doğal polimerlerden elde edilen yapay polimerlerdir. Yapay polimerler ise laboratuvarlarda ve endüstriyel olarak kimyasal reaksiyonlarla elde edilir; polivinil klorür (PVC), polietilen, polistiren, neopren ve naylon , çok çeşitli uygulamalarda kullanılan çok çeşitli insan yapımı polimerlerin bazı örnekleridir .

İnsan yapımı polimerler iki kategoriye ayrılır: termoplastik polimerler ve termoset polimerler . Polimerler, kimyasal bir reaksiyonla veya katı maddelerin bir karışımından veya polimerizasyonun ısı ile indüklendiği bir çözeltiden veya geri dönüşü olmayan bir reaksiyonda gama radyasyonu uygulanarak elde edilebilir.

• Reaksiyon tamamlandıktan sonra, ısıyla sertleşen polimerler sert olma eğilimindedir ve belirli bir sıcaklığın üzerinde ısıtıldığında yumuşamadan bozunur veya ayrışır. Epoksi reçineler, polyester, akrilik reçineler ve poliüretan, tıpkı Bakalit, Kevlar ve vulkanize kauçuk gibi ısıyla sertleşen polimerlerdir.
• Termoplastik polimerler, termosetlerden farklı olarak esnektirler ve belirli bir sıcaklığın üzerinde yumuşayıp eriyerek kalıplanabilmelerini sağlarlar. Termoplastik polimerlerin bazı örnekleri naylon, teflon, polietilen ve polipropilendir.

Yapay polimerlerin uygulamalarından biri, kumaşların yapıldığı elyafların imalatıdır. Bu polimerler, imalat süreçlerinde ve nihai kullanımlarında kullanılmalarına izin vermek için yüksek esnekliğe ve boyutlarını korumak için düşük uzayabilirliğe sahip olmalıdır. Polimerlerin başka bir uygulaması yapıştırıcılardadır; Bu durumda, evsel, endüstriyel ve yara kapatma uygulamalarında kullanılan siyanoakrilatlarda olduğu gibi, örneğin havadaki veya tutkalın uygulandığı kısımlardaki su buharı ile kimyasal reaksiyon yoluyla ürünü uygularken polimerizasyonun gerçekleşmesi gerekir. . Elastomerler, polimerlerin bir başka yaygın uygulamasıdır; Bunlar bir kuvvet uygulandığında deforme olan malzemelerdir.

Mekanizmaları ve yapıları oluşturan kaplamalar, boyalar, parçalar ve bileşenler, çeşitli inşaat malzemeleri, elektrik ve ısı yalıtkanları, çok çeşitli polimer uygulamalarından bazılarıdır.

kaynaklar

JR Wunsch. Polistiren-Sentezi, Üretimi ve Uygulamaları . iSmithers Rapra Yayıncılık, 2020.

Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Plastics teknoloji el kitabı. imalat, kompozitler, aletler, yardımcılar . Momentum Basın, 2012.

Polimer: Açıklama, Örnekler ve Türler . Britannica Ansiklopedisi , 2020.

William B. Jensen Polimer Kavramının Kökeni . Journal of Chemical Education 85 (5): 624, 2008.