POLYMER: KASAYSAYAN, POLYMERIZATION, URI, KATANGIAN - CHEMISTRY - 2025

Ang mga polimer ay mga molekular na compound na nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang mataas na molar mass (mula sa libu-libo hanggang milyon-milyon) at binubuo ng isang malaking bilang ng mga yunit, na tinatawag na monomer, na paulit-ulit.

Dahil mayroon silang katangian ng pagiging malalaking molekula, ang mga species na ito ay tinatawag na macromolecules, na nagbibigay sa kanila ng mga natatanging katangian na ibang-iba sa mga sinusunod sa mga mas maliit, tanging naiugnay sa ganitong uri ng mga sangkap, tulad ng propensidad na mayroon sila para sa paghuhubog ng mga istruktura ng salamin.

Sa parehong paraan, dahil kabilang sila sa isang napakalaking grupo ng mga molekula, ang pangangailangan ay bumangon upang bigyan sila ng pag-uuri, kung saan nahahati sila sa dalawang uri: mga polimer ng likas na pinagmulan, tulad ng mga protina at nucleic acid; at ang mga gawa ng sintetiko, tulad ng nylon o lucite (mas kilala bilang Plexiglas).

Sinimulan ng mga iskolar ang kanilang mga pagsisiyasat sa agham sa likod ng mga polymer noong 1920s, nang naobserbahan nila nang may pagkamausisa at pagkalungkot kung paano kumilos ang mga sangkap tulad ng kahoy o goma. Kaya ang mga siyentipiko sa panahon ay nagsimulang pag-aralan ang mga compound na ito sa kasalukuyan sa pang-araw-araw na buhay.

Sa pamamagitan ng pag-abot ng isang tiyak na antas ng pag-unawa tungkol sa likas na katangian ng mga species na ito, posible na maunawaan ang kanilang istraktura at maaga sa paglikha ng mga macromolecules na maaaring mapadali ang pag-unlad at pagpapabuti ng mga umiiral na materyales, pati na rin ang paggawa ng mga bagong materyales.

Gayundin, kilala na maraming mga makabuluhang polimer ang naglalaman ng mga atom na oxygen o oxygen sa kanilang istraktura, na naka-link sa mga carbon atoms, na bumubuo ng bahagi ng pangunahing kadena ng molekula.

Depende sa pangunahing mga grupo ng functional na bahagi ng mga monomer, bibigyan sila ng kanilang mga pangalan; halimbawa, kung ang monomer ay nabuo ng isang ester, nilikha ang isang polyester.

Kasaysayan ng mga polimer

Ang kasaysayan ng mga polimer ay dapat na lapitan na nagsisimula sa mga sanggunian sa mga unang kilalang polimer.

Sa ganitong paraan, ang ilang mga materyales ng likas na pinagmulan na malawakang ginagamit mula noong mga sinaunang panahon (tulad ng cellulose o katad) ay pangunahin na binubuo ng mga polimer.

XIX na siglo

Taliwas sa maaaring isipin ng isang tao, ang komposisyon ng mga polimer ay hindi alam hanggang sa ilang mga siglo na ang nakalilipas, nang simulan nitong matukoy kung paano nabuo ang mga sangkap na ito, at naghangad pa silang magtatag ng isang pamamaraan upang makamit ang artipisyal na paggawa.

Ang unang pagkakataon na ginamit ang salitang "polymers" ay noong 1833, salamat sa chemist ng Suweko na si Jöns Jacob Berzelius, na ginamit ito upang sumangguni sa mga sangkap ng isang likas na kalikasan na may parehong empirical formula ngunit may iba't ibang mga molar mass.

Ang siyentipiko na ito ay namamahala din sa coining iba pang mga term, tulad ng "isomer" o "catalysis"; bagaman dapat tandaan na sa oras na iyon ang konsepto ng mga ekspresyong ito ay lubos na naiiba sa kung ano ang ibig sabihin ngayon.

Matapos ang ilang mga eksperimento upang makakuha ng mga sintetikong polimer mula sa pagbabagong-anyo ng mga likas na species ng polymeric, ang pag-aaral ng mga compound na ito ay nakakakuha ng higit na kaugnayan.

Ang layunin ng mga pagsisiyasat na ito ay upang makamit ang pag-optimize ng mga kilalang katangian ng mga polimer na ito at ang pagkuha ng mga bagong sangkap na maaaring matupad ang mga tiyak na layunin sa iba't ibang larangan ng agham.

Dalawampu siglo

Ang pagmamasid na ang goma ay natutunaw sa isang solvent ng natural na kalikasan at pagkatapos ay ang resulta ng solusyon ay nagpakita ng ilang mga hindi pangkaraniwang katangian, nababahala ang mga siyentipiko at hindi alam kung paano ipaliwanag ang mga ito.

Sa pamamagitan ng mga obserbasyong ito, inilarawan nila na ang mga sangkap na tulad nito ay nagpapakita ng ibang kakaibang pag-uugali kaysa sa mas maliit na mga molekula, dahil nagawa nilang obserbahan habang pinag-aaralan ang goma at mga katangian nito.

Nabanggit nila na ang pinag-aralan na solusyon ay may mataas na lagkit, isang makabuluhang pagbawas sa pagyeyelo at isang maliit na osmotic pressure; Mula dito maaari itong maibawas na maraming mga solute ng napakataas na molar mass, ngunit tumanggi ang mga iskolar na maniwala sa posibilidad na ito.

Ang mga hindi pangkaraniwang bagay na ito, na ipinakita rin sa ilang mga sangkap tulad ng gelatin o koton, na ginawa ng mga siyentipiko sa oras na iniisip na ang mga uri ng sangkap na ito ay binubuo ng mga pinagsama-samang mga maliit na yunit ng molekular, tulad ng C ₅ H ₈ o C ₁₀ H ₁₆ , nakagapos ng mga intermolecular na puwersa.

Bagaman ang maling pag-iisip na ito ay nanatili sa loob ng ilang taon, ang kahulugan na nagpapatuloy hanggang sa araw na ito ay ang ibinigay na ito ng chemist ng Aleman at nagwagi ng Nobel Prize sa Chemistry, Hermann Staudinger.

XXI siglo

Ang kasalukuyang kahulugan ng mga istrukturang ito bilang mga sangkap ng macromolecular na naka-link sa pamamagitan ng mga covalent na bono ay pinahusay noong 1920 ni Staudinger, na iginiit na maglilinlang at magsagawa ng mga eksperimento hanggang sa natagpuan niya ang katibayan para sa teoryang ito sa susunod na sampung taon.

Ang pag-unlad ng tinatawag na "polymer chemistry" ay nagsimula at mula noon ay nakuha lamang nito ang interes ng mga mananaliksik sa buong mundo, na binibilang sa mga pahina ng kasaysayan nito na napakahalagang siyentipiko, kabilang ang Giulio Natta, Karl Ziegler, Si Charles Goodyear, bukod sa iba pa, bilang karagdagan sa mga nauna nang pinangalanan.

Sa kasalukuyan, ang mga polymeric macromolecule ay pinag-aralan sa iba't ibang mga pang-agham na lugar, tulad ng polymer science o biophysics, kung saan ang mga sangkap na nagreresulta sa pag-link ng mga monomer sa pamamagitan ng mga covalent bond na may iba't ibang mga pamamaraan at layunin ay sinisiyasat.

Tiyak, mula sa mga likas na polimer tulad ng polyisoprene hanggang sa mga gawa ng sintetikong pinagmulan tulad ng polystyrene, madalas na ginagamit ang mga ito, nang hindi binabawasan ang kahalagahan ng iba pang mga species tulad ng silicones, na binubuo ng mga monomer batay sa silikon.

Gayundin, ang isang malaking bahagi ng mga compound na ito ng natural at gawa ng tao na pinagmulan ay binubuo ng dalawa o higit pang magkakaibang mga klase ng monomer, ang mga species na polimerikong ito ay binigyan ng pangalan ng mga copolymer.

Polymerization

Upang matuklasan ang paksa ng mga polimer, dapat nating simulan sa pamamagitan ng pakikipag-usap tungkol sa pinagmulan ng salitang polimer, na nagmula sa mga salitang Greek na polys, na nangangahulugang "maraming"; at lamang, na tumutukoy sa "mga bahagi" ng isang bagay.

Ang terminong ito ay ginagamit upang magtalaga ng mga molekular na compound na may isang istraktura na binubuo ng maraming mga paulit-ulit na yunit, ito ang sanhi ng pag-aari ng isang mataas na kamag-anak na molekular na masa at iba pang mga intrinsikong katangian ng mga ito.

Kaya ang mga yunit na bumubuo ng mga polimer ay batay sa mga molekular na species na may medyo maliit na kamag-anak na molekular na masa.

Sa ugat na ito, ang salitang polymerization ay nalalapat lamang sa mga sintetikong polimer, na mas partikular sa mga proseso na ginamit upang makuha ang ganitong uri ng macromolecules.

Samakatuwid, ang polimerisasyon ay maaaring tukuyin bilang reaksyon ng kemikal na ginagamit sa pagsasama-sama ng mga monomer (nang paisa-isa) hanggang, mula rito, gumawa ng kaukulang mga polimer.

Sa gayon, ang synthesis ng mga polimer ay isinasagawa sa pamamagitan ng dalawang pangunahing uri ng reaksyon: karagdagan ng mga reaksyon at reaksyon ng paghalay, na ilalarawan nang detalyado sa ibaba.

Polymerization sa pamamagitan ng mga karagdagang reaksyon

Ang ganitong uri ng polymerization ay may pakikilahok ng mga hindi nabubuong molekula na may doble o triple na bono sa kanilang istraktura, lalo na sa mga carbon-carbon.

Sa mga reaksyong ito, ang mga monomer ay sumasailalim sa mga kumbinasyon sa bawat isa nang walang pag-aalis ng anuman sa kanilang mga atomo, kung saan ang mga polymeric species na synthesized sa pamamagitan ng pagbasag o pagbubukas ng singsing ay maaaring makuha nang walang pagbuo ng mga maliit na molekula.

Mula sa isang kinetic point of view, ang polimerisasyon na ito ay makikita bilang isang tatlong hakbang na reaksyon: pagsisimula, pagpapalaganap at pagtatapos.

Una, ang pagsisimula ng reaksyon ay nangyayari, kung saan ang pag-init ay inilalapat sa isang molekula na itinuturing bilang isang nagsisimula (tinukoy bilang R ₂ ) upang makabuo ng dalawang radikal na species tulad ng sumusunod:

R ₂ → 2R ∙

Kung ang paggawa ng polyethylene ay ginagamit bilang isang halimbawa, kung gayon ang susunod na hakbang ay pagpapalaganap, kung saan ang reaktibong radikal na nabuo ay humahawak sa isang molekula ng etilena at isang bagong radical species ay nabuo tulad ng sumusunod:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Ang bagong radikal na ito ay kasunod na pinagsama sa isa pang molekula ng etilena, at ang prosesong ito ay nagpapatuloy na matagumpay hanggang sa pagsasama ng dalawang long-chain radical na sa wakas ay magbabangon sa polyethylene, sa reaksyon na kilala bilang pagtatapos.

Polymerization sa pamamagitan ng mga reaksyon ng paghalay

Sa kaso ng polimeralisasyon sa pamamagitan ng mga reaksyon ng paghalay, ang pagsasama ng dalawang magkakaibang monomer sa pangkalahatan ay nangyayari, bilang karagdagan sa kinahinatnan na pag-aalis ng isang maliit na molekula, na sa pangkalahatan ay tubig.

Katulad nito, ang mga polimer na ginawa ng mga reaksyong ito ay madalas na may heteroatoms, tulad ng oxygen o nitrogen, bilang bahagi ng kanilang gulugod. Nangyayari din na ang paulit-ulit na yunit na kumakatawan sa base ng chain nito ay walang lahat ng mga atom na nasa monomer kung saan maaari itong masiraan ng loob.

Sa kabilang banda, may mga pamamaraan na binuo kamakailan, kung saan nakatayo ang polymerisasyon ng plasma, na ang mga katangian ay hindi sumasang-ayon nang perpekto sa alinman sa mga uri ng polymerization na ipinaliwanag sa itaas.

Sa ganitong paraan, ang mga reaksyon ng polymerization ng synthetic na pinagmulan, pareho ng karagdagan at paghalay, ay maaaring mangyari sa kawalan o sa pagkakaroon ng isang species ng katalista.

Ang polymerization ng kondensasyon ay malawakang ginagamit sa paggawa ng maraming mga compound na karaniwang matatagpuan sa pang-araw-araw na buhay, tulad ng dacron (mas kilala bilang polyester) o nylon.

Iba pang mga anyo ng polymerization

Bilang karagdagan sa mga artipisyal na pamamaraan ng polymer synthesis, mayroon ding biological synthesis, na tinukoy bilang lugar ng pag-aaral na responsable para sa pananaliksik ng mga biopolymer, na nahahati sa tatlong pangunahing kategorya: polynucleotides, polypeptides at polysaccharides.

Sa mga nabubuhay na organismo, ang synthesis ay maaaring maisagawa nang natural, sa pamamagitan ng mga proseso na may kinalaman sa pagkakaroon ng mga catalysts tulad ng polymerase enzyme sa paggawa ng mga polimer tulad ng deoxyribonucleic acid (DNA).

Sa iba pang mga kaso, ang karamihan sa mga enzymes na ginamit sa biochemical polymerization ay mga protina, na mga polimer na nabuo sa batayan ng mga amino acid at kung saan ay mahalaga sa karamihan ng mga biological na proseso.

Bilang karagdagan sa mga sangkap na biopolymeric na nakuha ng mga pamamaraang ito, mayroong iba pang mahusay na kaugnayan sa komersyal, tulad ng bulkan na goma na ginawa ng pagpainit ng goma ng natural na pinagmulan sa pagkakaroon ng asupre.

Sa gayon, kabilang sa mga pamamaraan na ginamit para sa syntheser ng polimer sa pamamagitan ng pagbabago ng kemikal ng mga polimer ng likas na pinagmulan ay pagtatapos, pag-crosslink at oksihenasyon.

Mga uri ng polimer

Ang mga uri ng polimer ay maaaring maiuri ayon sa iba't ibang mga katangian; halimbawa, sila ay naiuri sa mga thermoplastics, thermosets, o elastomer ayon sa kanilang pisikal na tugon sa pag-init.

Bukod dito, depende sa uri ng mga monomer kung saan sila nabuo, maaari silang maging homopolymer o copolymer.

Katulad nito, ayon sa uri ng polimerisasyon sa pamamagitan ng mga ito ay ginawa, maaari silang maging karagdagan o mga polimer ng paghalay.

Gayundin, ang mga likas o gawa ng tao polimer ay maaaring makuha depende sa kanilang pinagmulan; o organikong o hindi anino depende sa komposisyon ng kemikal nito.

Ari-arian

- Ang pinaka-kilalang katangian nito ay ang paulit-ulit na pagkakakilanlan ng mga monomer nito bilang batayan ng istraktura nito.

- Ang mga katangian ng elektrikal ay nag-iiba ayon sa layunin nito.

- Nagpapakita sila ng mga mekanikal na katangian tulad ng pagkalastiko o paglaban sa traksyon, na tumutukoy sa kanilang pag-uugali ng macroscopic.

- Ang ilang mga polimer ay nagpapakita ng mga mahalagang katangian ng optical.

- Ang microstructure na mayroon silang direktang nakakaapekto sa kanilang iba pang mga katangian.

- Ang mga kemikal na katangian ng mga polimer ay natutukoy ng kaakit-akit na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga tanikala na bumubuo sa kanila.

- Ang mga katangian ng transportasyon nito ay nauugnay sa bilis ng intermolecular na paggalaw.

- Ang pag-uugali ng mga estado ng pagsasama nito ay nauugnay sa morpolohiya nito.

Mga halimbawa ng mga polimer

Kabilang sa malaking bilang ng mga polimer na umiiral ay ang mga sumusunod:

Polystyrene

Ginamit sa mga lalagyan ng iba't ibang uri, pati na rin sa mga lalagyan na ginagamit bilang thermal insulators (upang magpalamig sa tubig o mag-iimbak ng yelo) at maging sa mga laruan.

Polytetrafluoroethylene

Mas mahusay na kilala bilang Teflon, ginagamit ito bilang isang de-koryenteng insulator, din sa paggawa ng mga roller at upang isawsaw ang mga kagamitan sa kusina.

Polyvinyl klorido

Ginamit sa paggawa ng mga channel ng dingding, tile, laruan at tubo, ang polimer na ito ay komersyal na kilala bilang PVC.

Mga Sanggunian

1. Wikipedia. (sf). Polymer. Nabawi mula sa en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chemistry, Pang-siyam na edisyon. Mexico: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (sf). Panimula sa Polymers. Nakuha mula sa chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG, at Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry at Physics ng Mga Modernong Materyales, Pangatlong Edisyon. Nabawi mula sa books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polymer. Nakuha mula sa britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymers: Ang Pinagmulan at Paglago ng isang Agham. Nabawi mula sa books.google.co.ve