Polymere Geschichte, Polymerisation, Typen, Eigenschaften und Beispiele

Die Polymere sind die molekularen Verbindungen, die sich durch eine hohe Molmasse (im Bereich von Tausenden bis zu Millionen) auszeichnen und die aus einer großen Anzahl von Einheiten bestehen, genannt Monomere, die wiederholt werden.

Da sie die Eigenschaft haben, große Moleküle zu sein, werden diese Spezies Makromoleküle genannt, die ihnen einzigartige Eigenschaften geben und sich sehr von denen unterscheiden, die in den kleineren beobachtet werden, die nur auf diese Art von Substanzen zurückzuführen sind, wie ihre Neigung konforme Glasstrukturen.

In gleicher Weise, da sie zu einer sehr großen Gruppe von Molekülen gehören, besteht die Notwendigkeit, ihnen eine Klassifizierung zu geben, weshalb sie in zwei Typen unterteilt sind: Polymere natürlichen Ursprungs, wie Proteine ​​und Nukleinsäuren; und solche der synthetischen Herstellung, wie Nylon oder Lucite (besser bekannt als Plexiglas).

Gelehrte begannen mit der Untersuchung der Wissenschaft, die hinter Polymeren in den 1920er Jahren steht, als sie neugierig und verwirrt beobachteten, wie sich bestimmte Substanzen wie Holz oder Gummi verhalten. Dann widmeten sich die Wissenschaftler dieser Zeit der Analyse dieser im Alltag so alltäglichen Verbindungen.

Indem wir ein gewisses Maß an Verständnis über die Natur dieser Arten erreichen, können wir ihre Struktur verstehen und Fortschritte bei der Erzeugung von Makromolekülen machen, die die Entwicklung und Verbesserung bestehender Materialien sowie die Herstellung neuer Materialien erleichtern könnten.

Ebenso ist es bekannt, dass zahlreiche signifikante Polymere in ihrer Struktur Stickstoff- oder Sauerstoffatome enthalten, die an die Kohlenstoffatome gebunden sind und einen Teil der Hauptkette des Moleküls bilden.

Abhängig von den Hauptfunktionsgruppen, die Teil der Monomere sind, werden sie benannt; Wenn beispielsweise das Monomer durch einen Ester gebildet wird, wird ein Polyester hergestellt.

Index

• 1 Geschichte von Polymeren
  • 1.1 19. Jahrhundert
  • 1.2 20. Jahrhundert
  • 1.3 Jahrhundert XXI
• 2 Polymerisation
  • 2.1 Polymerisation durch Additionsreaktionen
  • 2.2 Polymerisation durch Kondensationsreaktionen
  • 2.3 Andere Formen der Polymerisation
• 3 Arten von Polymeren
• 4 Eigenschaften
• 5 Beispiele für Polymere
  • 5.1 Polystyrol
  • 5.2 Polytetrafluorethylen
  • 5.3 Polyvinylchlorid
• 6 Referenzen

Geschichte der Polymere

Die Geschichte der Polymere sollte beginnend mit den Verweisen auf die ersten bekannten Polymere angesprochen werden.

Auf diese Weise bestehen bestimmte Materialien natürlichen Ursprungs, die seit der Antike weit verbreitet sind (wie Zellulose oder Leder) hauptsächlich aus Polymeren.

19. Jahrhundert

Im Gegensatz zu dem, was man denken könnte, war die Zusammensetzung von Polymeren bis vor ein paar Jahrhunderten unbekannt, als sie begannen, zu bestimmen, wie diese Substanzen gebildet wurden, und sogar versuchten, eine Methode zu finden, um eine künstliche Herstellung zu erreichen.

Das erste Mal, dass der Begriff "Polymere" verwendet wurde, war im Jahr 1833, dank des schwedischen Chemikers Jöns Jacob Berzelius, der damit auf Substanzen organischer Natur Bezug nahm, die die gleiche empirische Formel haben, aber unterschiedliche Molmassen haben.

Dieser Wissenschaftler war auch verantwortlich für die Prägung anderer Begriffe wie "Isomer" oder "Katalyse"; obwohl es bemerkenswert ist, dass zu dieser Zeit das Konzept dieser Ausdrücke völlig verschieden von dem war, was sie derzeit bedeuten.

Nach einigen Experimenten, um synthetische Polymere aus der Transformation natürlicher polymerer Spezies zu erhalten, wurde die Untersuchung dieser Verbindungen relevanter.

Ziel dieser Untersuchungen war es, die bereits bekannten Eigenschaften dieser Polymere zu optimieren und neue Substanzen zu erhalten, die in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft bestimmte Zwecke erfüllen können.

20. Jahrhundert

Bei der Beobachtung, dass der Kautschuk in einem Lösungsmittel organischer Natur löslich war und die resultierende Lösung einige ungewöhnliche Eigenschaften aufwies, waren die Wissenschaftler gestört und wussten nicht, wie sie diese erklären sollten.

Durch diese Beobachtungen folgerten sie, dass solche Substanzen ein ganz anderes Verhalten zeigen als die kleineren Moleküle, wie sie bei der Untersuchung des Kautschuks und seiner Eigenschaften feststellen konnten.

Sie stellten fest, dass die untersuchte Lösung eine hohe Viskosität, eine signifikante Abnahme des Gefrierpunkts und einen geringen osmotischen Druck aufwies; Daraus konnte abgeleitet werden, dass es mehrere gelöste Substanzen von sehr hoher Molmasse gab, aber Gelehrte weigerten sich, an diese Möglichkeit zu glauben.

Diese Phänomene, die sich auch in bestimmten Substanzen wie Gelatine oder Baumwolle manifestierten, ließen Wissenschaftler an die Zeit denken, in der diese Art von Substanzen aus Aggregaten kleiner molekularer Einheiten wie C bestand₅H₈ oder C₁₀H₁₆, verbunden durch intermolekulare Kräfte.

Obwohl dieser Irrglaube noch einige Jahre andauerte, war die Definition, die der deutsche Chemiker und Nobelpreisträger für Chemie, Hermann Staudinger, bis heute kennt.

21. Jahrhundert

Die aktuelle Definition dieser Strukturen als makromolekulare Substanzen, die durch kovalente Bindungen verknüpft sind, wurde 1920 von Staudinger geprägt, der darauf bestand, Experimente zu entwickeln und durchzuführen, bis diese Theorie in den folgenden zehn Jahren nachgewiesen werden konnte.

Die Entwicklung der sogenannten "Polymerchemie" begann und seitdem hat sie nur das Interesse von Forschern auf der ganzen Welt erregt. Zu den Seiten ihrer Geschichte zählen sehr wichtige Wissenschaftler, unter denen Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, neben den zuvor genannten.

Gegenwärtig werden polymere Makromoleküle auf verschiedenen wissenschaftlichen Gebieten, wie der Polymerwissenschaft oder Biophysik, untersucht, wobei die resultierenden Substanzen der Verknüpfung von Monomeren durch kovalente Bindungen mit verschiedenen Methoden und Zwecken untersucht werden.

Natürlich werden sie von natürlichen Polymeren wie Polyisopren bis zu solchen synthetischen Ursprungs wie Polystyrol sehr häufig verwendet, ohne von anderen Arten wie Siliconen abzuweichen, die aus Monomeren auf der Basis von Silicium bestehen.

Viele dieser Verbindungen natürlichen und synthetischen Ursprungs bestehen auch aus zwei oder mehr verschiedenen Klassen von Monomeren, wobei diese polymeren Spezies den Namen von Copolymeren erhalten haben.

Polymerisation

Um auf das Thema Polymere einzugehen, müssen wir zunächst über den Ursprung des Wortes Polymer sprechen, das aus den griechischen Begriffen kommt Polys, was "viel" bedeutet; und einfach, was sich auf die "Teile" von etwas bezieht.

Dieser Ausdruck wird verwendet, um die molekularen Verbindungen zu bezeichnen, die eine Struktur aufweisen, die aus vielen sich wiederholenden Einheiten besteht, dies verursacht die Eigenschaft einer hohen relativen Molekülmasse und anderer intrinsischer Eigenschaften von diesen.

Daher basieren die Einheiten, aus denen die Polymere bestehen, auf molekularen Spezies, die eine relativ kleine relative Molekülmasse haben.

In dieser Reihenfolge der Ideen gilt der Ausdruck Polymerisation nur für synthetische Polymere, genauer gesagt für die Verfahren, die verwendet werden, um diese Art von Makromolekülen zu erhalten.

Daher kann die Polymerisation als die chemische Reaktion definiert werden, die in der Kombination von Monomeren verwendet wird (jeweils einzeln), um aus ihnen die entsprechenden Polymere herzustellen.

Auf diese Weise wird die Synthese von Polymeren durch zwei Arten von Hauptreaktionen durchgeführt: Additionsreaktionen und Kondensationsreaktionen, die im folgenden detailliert beschrieben werden.

Polymerisation durch Additionsreaktionen

Diese Art von Polymerisationen besteht aus ungesättigten Molekülen mit Doppel- oder Dreifachbindungen, insbesondere Kohlenstoff-Kohlenstoff.

Bei diesen Reaktionen gehen die Monomere ohne die Eliminierung eines ihrer Atome Kombinationen miteinander ein, wobei die durch Brechen oder Öffnen des Rings synthetisierten polymeren Spezies erhalten werden können, ohne die Eliminierung von kleinen Molekülen zu erzeugen.

Aus kinetischer Sicht kann diese Polymerisation als eine dreistufige Reaktion angesehen werden: Initiierung, Propagation und Terminierung.

Zuerst tritt der Beginn der Reaktion ein, bei der auf ein Molekül, das als Initiator angesehen wird, erhitzt wird (als R bezeichnet)₂) um zwei radikale Spezies auf folgende Weise zu erzeugen:

R₂ → 2R ∙

Wenn die Herstellung von Polyethylen als ein Beispiel verwendet wird, dann ist der nächste Schritt die Vermehrung, bei der das gebildete reaktive Radikal sich einem Ethylenmolekül annähert und eine neue Radikalspezies wie folgt gebildet wird:

R + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Dieses neue Radikal wird anschließend mit einem anderen Ethylenmolekül kombiniert, und dieses Verfahren setzt sich sukzessive fort, bis die Kombination von zwei langkettigen Radikalen schließlich das Polyethylen in der als Termination bezeichneten Reaktion hervorbringt.

Polymerisation durch Kondensationsreaktionen

Im Fall der Polymerisation durch Kondensationsreaktionen tritt gewöhnlich die Kombination von zwei verschiedenen Monomeren auf, zusätzlich zur konsequenten Eliminierung eines kleinen Moleküls, bei dem es sich im allgemeinen um Wasser handelt.

In ähnlicher Weise haben die durch diese Reaktionen erzeugten Polymere oft Heteroatome, wie Sauerstoff oder Stickstoff, die einen Teil ihrer Hauptstruktur bilden. Es kommt auch vor, dass die Wiederholungseinheit, die die Basis ihrer Kette darstellt, nicht die Gesamtheit der Atome besitzt, die in dem Monomer sind, zu dem sie abgebaut werden könnte.

Auf der anderen Seite gibt es Methoden, die in jüngerer Zeit entwickelt wurden, unter denen sich die Plasmapolymerisation herausstellt, deren Eigenschaften nicht perfekt mit irgendwelchen der oben erläuterten Polymerisationsarten übereinstimmen.

Auf diese Weise können Polymerisationsreaktionen synthetischen Ursprungs, sowohl Addition als auch Kondensation, in Abwesenheit oder in Gegenwart einer Katalysatorspezies auftreten.

Die Kondensationspolymerisation wird weitverbreitet bei der Herstellung vieler Verbindungen, die gewöhnlich im täglichen Leben vorhanden sind, wie Dacron (besser bekannt als Polyester) oder Nylon, verwendet.

Andere Formen der Polymerisation

Zusätzlich zu diesen Syntheseverfahren für künstliche Polymere gibt es auch die biologische Synthese, die als Untersuchungsgebiet für Biopolymere definiert ist, die in drei Hauptkategorien unterteilt sind: Polynukleotide, Polypeptide und Polysaccharide.

In lebenden Organismen kann die Synthese auf natürliche Weise durchgeführt werden, und zwar durch Prozesse, bei denen Katalysatoren wie das Polymerase-Enzym bei der Herstellung von Polymeren wie Desoxyribonukleinsäure (DNA) verwendet werden.

In anderen Fällen sind die meisten Enzyme, die bei der biochemischen Polymerisation verwendet werden, Proteine, bei denen es sich um Polymere handelt, die mit Aminosäuren gebildet werden und in der überwiegenden Mehrheit der biologischen Prozesse essentiell sind.

Zusätzlich zu den durch diese Verfahren erhaltenen biopolymeren Substanzen gibt es andere von großer kommerzieller Relevanz, wie vulkanisierten Kautschuk, der durch Erhitzen von Kautschuk natürlichen Ursprungs in Gegenwart von Schwefel hergestellt wird.

Zu den Techniken, die für die Polymersynthese durch die chemische Modifikation von Polymeren natürlichen Ursprungs verwendet werden, gehören daher die Ausrüstung, die Vernetzung und die Oxidation.

Arten von Polymeren

Die Arten von Polymeren können nach verschiedenen Eigenschaften klassifiziert werden; zum Beispiel werden sie in Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere entsprechend ihrer physikalischen Reaktion auf Erwärmung klassifiziert.

Darüber hinaus können sie in Abhängigkeit von der Art der Monomere, aus denen sie gebildet werden, Homopolymere oder Copolymere sein.

Ebenso können sie je nach Art der Polymerisation, mit der sie hergestellt werden, Additions- oder Kondensationspolymere sein.

In ähnlicher Weise können natürliche oder synthetische Polymere in Abhängigkeit von ihrem Ursprung erhalten werden; oder organisch oder anorganisch abhängig von seiner chemischen Zusammensetzung.

Eigenschaften

- Sein bemerkenswertestes Merkmal ist die sich wiederholende Identität seiner Monomere als Grundlage seiner Struktur.

- Seine elektrischen Eigenschaften variieren je nach Zweck.

- Sie haben mechanische Eigenschaften wie Elastizität oder Zugfestigkeit, die ihr makroskopisches Verhalten definieren.

- Einige Polymere zeigen wichtige optische Eigenschaften.

- Die Mikrostruktur, die sie haben, beeinflusst direkt ihre anderen Eigenschaften.

- Die chemischen Eigenschaften von Polymeren werden durch die attraktiven Wechselwirkungen zwischen den Ketten, die sie bilden, bestimmt.

- Seine Transporteigenschaften sind mit der Geschwindigkeit der intermolekularen Bewegung verbunden.

- Das Verhalten seiner Aggregationszustände hängt mit seiner Morphologie zusammen.

Beispiele für Polymere

Unter der großen Anzahl von Polymeren, die existieren, sind die folgenden:

Polystyrol

Verwendung in Behältern unterschiedlicher Art sowie in Behältern, die als Wärmeisolatoren (zum Kühlen von Wasser oder zur Lagerung von Eis) und sogar in Spielzeug verwendet werden.

Polytetrafluorethylen

Besser bekannt als Teflon, wird es als elektrischer Isolator verwendet, auch in der Herstellung von Rollen und zum Überziehen von Küchenutensilien.

Polyvinylchlorid

Dieses Polymer, das bei der Herstellung von Kanälen für Wände, Fliesen, Spielzeuge und Rohre verwendet wird, ist im Handel als PVC bekannt.

Referenzen

1. Wikipedia. (s.). Polymer Von en.wikipedia.or abgerufen
2. Chang, R. (2007). Chemie, Neunte Ausgabe. Mexiko: McGraw-Hill.
3. LibreTexte. (s.). Einführung in Polymere. Von chem.libretexts.org abgerufen
4. Cowie, J. M. G. und Arrighi, V. (2007). Polymere: Chemie und Physik moderner Materialien, dritte Auflage. Wiederhergestellt von books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polymer Von britannica.com abgerufen
6. Morawetz, H. (2002). Polymere: Die Ursprünge und das Wachstum einer Wissenschaft. Wiederhergestellt von books.google.co.ve