Difícilment s’imagina la vida actual sense polímers: substàncies sintètiques complexes que s’utilitzen àmpliament en diversos camps de l’activitat humana. Els polímers són compostos altament moleculars d’origen natural o sintètic, formats per monòmers connectats per enllaços químics. Un monòmer és un enllaç de cadena repetidor que conté la molècula pare.
Compostos macromoleculars orgànics
A causa de les seves propietats úniques, els compostos altament moleculars substitueixen amb èxit materials naturals com la fusta, el metall, la pedra en diferents àmbits de la vida, conquistant nous camps d'aplicació. Per sistematitzar un grup tan extens de substàncies, s’adopta la classificació dels polímers segons diversos criteris. S'inclouen composició, mètode de producció, configuració espacial, etc.
La classificació dels polímers per composició química els divideix en tres grups:
- Substàncies macromoleculars orgàniques.
- Compostos d’organoelement.
- Compostos macromoleculars inorgànics.
El grup més gran el representen els DIU orgànics - resines, gomes, olis vegetals, és a dir, productes d'origen animal i vegetal. Les macromolècules d’aquestes substàncies de la cadena principal juntament amb els àtoms de carboni tenen àtoms d’oxigen, nitrogen i altres elements.
Les seves propietats:
- tenir la capacitat de revertir la deformació, és a dir, d’elasticitat a càrregues baixes;
- a una petita concentració poden formar solucions viscoses;
- canviar les característiques físiques i mecàniques sota la influència d’una quantitat mínima de reactiu;
- amb acció mecànica, és possible l’orientació direccional de les seves macromolècules.
Compostos d’organoelement
Els DIU organoelementals, les macromolècules de les quals contenen, a més d'àtoms d'elements inorgànics (silici, titani, alumini) i radicals d'hidrocarburs orgànics, es creen artificialment, i per naturalesa no ho són. La classificació dels polímers els divideix, al seu torn, en tres grups.
- El primer grup són substàncies en què la cadena principal es compon d’àtoms de determinats elements envoltats de radicals orgànics.
- El segon grup inclou substàncies amb una cadena principal que conté àtoms de carboni alternats i elements com el sofre, el nitrogen i altres.
- El tercer grup inclou substàncies amb dorsals orgànics envoltats de diversos grups organoelementals.
Un exemple són els compostos organosilicons, en particular la silicona, que presenta una gran resistència al desgast.
Els compostos macromoleculars inorgànics de la cadena principal contenen òxids de silici i metalls: magnesi, alumini o calci. No tenen grups atòmics orgànics laterals. Els enllaços de les cadenes principals són covalents i covalents d’ions, cosa que determina la seva gran resistència i calor. Aquests inclouen l’amiant, la ceràmica, el vidre silicat, el quars.
Carbochain i heterochain marina
La classificació dels polímers per la composició química de la cadena principal de polímer implica la divisió d’aquestes substàncies en dos grans grups.
- Carbochaina, en què la cadena principal de la macromolècula DIU consisteix només en àtoms de carboni.
- Cadena heterogènia, en la qual es troben altres àtoms a la cadena principal juntament amb àtoms de carboni, donant a aquesta substància propietats addicionals.
Cadascun d'aquests grans grups consta dels subgrups següents que difereixen en l'estructura de la cadena, el nombre de substituents, la seva composició i el nombre de branques laterals:
- compostos amb enllaços saturats en cadenes, per exemple, polietilè o polipropilè;
- polímers amb enllaços insaturats a la cadena principal, per exemple polibutadè;
- compostos macromoleculars substituïts per halògens - tefló;
- alcohols polimèrics, un exemple dels quals és l’alcohol polivinílic;
- Els DIU basats en derivats d’alcohols, un exemple és l’acetat de polivinil;
- compostos derivats d’ aldehids i cetones, com ara la poliacrolina;
- polímers derivats d’àcids carboxílics, dels quals l’àcid poliacrílic és representatiu;
- substàncies derivades de nitrils (PAN);
- substàncies macromoleculars derivades d’hidrocarburs aromàtics, per exemple el poliestirè.
Divisió per la naturalesa de l'heteroatoma
La classificació dels polímers també pot dependre de la naturalesa dels heteroatomes; inclou diversos grups:
- amb àtoms d’oxigen a la cadena principal: polièsters i peròxids simples i complexos;
- compostos amb el contingut de la cadena principal d’àtoms de nitrogen: poliamines i poliamides;
- substàncies amb àtoms d’oxigen i nitrogen de la cadena principal, per exemple, poliuretàs;
- DIU amb àtoms de sofre de la cadena principal: poliestièsters i politetrasulfurs;
- compostos en els quals els àtoms de fòsfor estan presents a la cadena principal.
Polímers naturals
Actualment, la classificació dels polímers per origen, per naturalesa química, que els divideix de la següent manera:
- Naturals, també s’anomenen biopolímers.
- Substàncies artificials amb un pes molecular elevat.
- Compostos sintètics.
La Marina natural és la base de la vida a la Terra. El més important d’aquestes són les proteïnes: els “maons” d’organismes vius, els monòmers dels quals són aminoàcids. Les proteïnes participen en totes les reaccions bioquímiques del cos, sense que el sistema immunitari no funcioni, processos de coagulació sanguínia, formació d’os i teixits musculars, treball de conversió d’energia i molt més. Sense àcids nucleics, l’emmagatzematge i la transmissió d’informació hereditària és impossible.
Els polisacàrids són hidrocarburs d’alt pes molecular que, juntament amb les proteïnes, estan implicats en el metabolisme. La classificació dels polímers per origen permet seleccionar substàncies macromoleculars naturals en un grup especial.
Polímers artificials i sintètics
Els polímers artificials s’obtenen de forma natural mitjançant diversos mètodes de modificació química per donar-los les propietats necessàries. Un exemple és la cel·lulosa, de la qual s’obtenen molts plàstics. La classificació dels polímers per origen els caracteritza com a substàncies artificials. Els DIU sintètics s’obtenen químicament mitjançant reaccions de polimerització o policondensació. Les seves propietats, i per tant l’abast, depenen de la longitud de la macromolècula, és a dir, del pes molecular. Com més gran és, més fort és el material obtingut. La classificació dels polímers per origen és molt convenient. Exemples ho confirmen.
Macromolècules lineals
Qualsevol classificació de polímers és més aviat arbitrària i cadascun té els seus inconvenients, ja que no pot mostrar totes les característiques d’aquest grup de substàncies. No obstant això, ajuda a sistematitzar-los d’alguna manera. La classificació dels polímers en forma de macromolècules els presenta en la forma dels tres grups següents:
- lineal
- ramificats;
- espacial, que també s’anomenen malla.
Les cadenes llargues, corbes o en forma de espiral dels DIU lineals aporten a les substàncies algunes propietats úniques
- a causa de l’aparició d’enllaços intermoleculars formen fibres fortes;
- són capaces de deformacions grans i llargues, però alhora reversibles;
- una propietat important és la seva flexibilitat;
- en dissoldre's, aquestes substàncies formen solucions amb alta viscositat.
Macromolècules ramificades
Els polímers ramificats també tenen una estructura lineal, però amb moltes branques laterals més curtes que la principal.Al mateix temps, les seves propietats també canvien:
- la solubilitat de les substàncies ramificades és superior a la lineal, respectivament, formen solucions de menor viscositat;
- amb un augment de la longitud de les cadenes laterals, les forces intermoleculars es fan més febles, la qual cosa condueix a un augment de la suavitat i elasticitat del material;
- com més gran sigui el grau de ramificació, més propietats físiques d’una substància d’aquest tipus s’apropen a les propietats dels compostos ordinaris de baix pes molecular.
Macromolècules tridimensionals
Els compostos macromoleculars de malla són plans (escala i tipus parquet) i tridimensionals. La goma plana inclou cautxú natural i grafit. En els polímers espacials hi ha "ponts" entrellaçats entre cadenes, formant una gran macromolècula tridimensional que presenta una duresa extraordinària.
Un exemple és el diamant o la queratina. Els compostos macromoleculars de malla són la base de les gomes, alguns tipus de plàstics, així com els adhesius i els vernissos.
Termoplàstics i termoestables
La classificació dels polímers per origen i pel que fa a l'escalfament està destinada a caracteritzar el comportament d'aquestes substàncies amb la temperatura. Segons els processos que es produeixen durant la calefacció, s’obtenen diferents resultats. Si la interacció intermolecular es debilita i l’energia cinètica de les molècules augmenta, la substància es suavitza convertint-se en un estat viscós. Quan la temperatura disminueix, torna al seu estat normal: la seva naturalesa química es manté invariable. Aquestes substàncies s’anomenen polímers termoplàstics, per exemple polietilè.
Un altre grup de compostos s’anomena termoestabliment. El mecanisme dels processos que es produeixen durant la calefacció és completament diferent. En presència de dobles enllaços o grups funcionals, interactuen entre ells, canviant la naturalesa química de la substància. No pot restaurar la forma original al refredar-se. Un exemple són diverses resines.
Mètode de polimerització
Una altra classificació dels polímers és pel mètode de preparació. Hi ha maneres d'obtenir un DIU:
- Polimerització, que pot tenir lloc mitjançant el mecanisme de reacció iònica i el radical lliure.
- Policondensació
La polimerització és el procés de formació de macromolècules mitjançant connexió seqüencial d’unitats monòmers. Solen ser substàncies de baix pes molecular amb múltiples enllaços i grups cíclics. Durant la reacció, un doble enllaç o enllaç del grup cíclic es trenca i se’n formen de nous entre aquests monòmers. Si en la reacció hi participen monòmers d’una mateixa espècie, s’anomena homopolimerització. Quan s’utilitzen diferents tipus de monòmers, es produeix una reacció de copolimerització.
La reacció de polimerització és una reacció en cadena que es pot produir de manera espontània. Tot i això, s’utilitzen substàncies actives per accelerar-la. Amb el mecanisme de radicalitat lliure, el procés continua en diverses etapes:
- Iniciació. En aquesta fase, per la llum, la calor, les substàncies químiques o un altre tipus d’influència, es formen grups actius (radicals) al sistema.
- Creixement de la longitud de la cadena. Aquesta etapa es caracteritza per l’addició dels següents monòmers als radicals per formar nous radicals.
- Una cadena oberta s’obté per la interacció de grups actius amb la formació de macromolècules inactives.
És impossible controlar el moment d’aturada de la cadena, i per tant les macromolècules resultants difereixen en diferents pesos moleculars.
El principi del mecanisme iònic de la reacció de polimerització és el mateix que el del radical lliure. Però aquí, els cations i els anions actuen com a centres actius, per tant, es distingeix la polimerització catiònica i anióica. A la indústria, els polímers més importants s’obtenen per polimerització radical: polietilè, poliestirè i molts altres. La polimerització d’ions s’utilitza en la producció de gomes sintètiques.
Policondensació
El procés de formació d’un compost d’alt pes molecular amb separació d’algunes substàncies de baix pes molecular com a subproducte és la policondensació, que difereix de la polimerització en la mesura que la composició elemental de la macromolècula resultant no correspon a la composició de les substàncies inicials implicades en la reacció. Només hi poden participar compostos amb grups funcionals que, interactuant, divideixen la molècula d’una substància simple i formen un nou enllaç. La policondensació de compostos bifuncionals produeix polímers lineals. Quan en la reacció hi participen compostos polifuncionals, es formen DIU amb una estructura ramificada o fins i tot espacial. Les substàncies de baix pes molecular formades durant la reacció també interaccionen amb els productes intermedis, provocant la terminació de la cadena. Per tant, és millor treure-les de la zona de reacció.
Alguns polímers no es poden obtenir mitjançant mètodes coneguts de polimerització o policondensació, ja que no hi ha monòmers inicials necessaris capaços de participar-hi. En aquest cas, la síntesi de polímer es realitza amb la participació de compostos d’alt pes molecular que contenen grups funcionals capaços de reaccionar entre ells.
La classificació dels polímers cada cop és més complicada, ja que cada vegada són més els tipus nous d’aquestes substàncies sorprenents amb propietats predeterminades i una persona ja no s’imagina la seva vida sense elles. No obstant això, sorgeix un altre problema, no menys important: la possibilitat de disposar fàcilment i econòmicament. La solució a aquest problema és molt important per a l’existència del planeta.
