Difícilmente se puede imaginar la vida de hoy sin polímeros, sustancias sintéticas complejas que se usan ampliamente en diversos campos de la actividad humana. Los polímeros son compuestos de alto peso molecular de origen natural o sintético, que consisten en monómeros conectados por enlaces químicos. Un monómero es un eslabón de cadena repetitivo que contiene la molécula original.
Compuestos macromoleculares orgánicos
Debido a sus propiedades únicas, los compuestos de alto peso molecular reemplazan con éxito materiales naturales como la madera, el metal y la piedra en diversas esferas de la vida, conquistando nuevos campos de aplicación. Para sistematizar un grupo tan extenso de sustancias, se adopta la clasificación de los polímeros según diversos criterios. Estos incluyen composición, método de producción, configuración espacial, etc.
La clasificación de los polímeros por composición química los divide en tres grupos:
- Sustancias macromoleculares orgánicas.
- Compuestos organoelementos.
- Compuestos macromoleculares inorgánicos.
El grupo más grande está representado por DIU orgánicos: resinas, gomas, aceites vegetales, es decir, productos de origen animal y vegetal. Las macromoléculas de estas sustancias en la cadena principal junto con los átomos de carbono tienen átomos de oxígeno, nitrógeno y otros elementos.
Sus propiedades:
- tener la capacidad de invertir la deformación, es decir, la elasticidad a bajas cargas;
- a una pequeña concentración puede formar soluciones viscosas;
- cambiar las características físicas y mecánicas bajo la influencia de una cantidad mínima de reactivo;
- con acción mecánica, es posible la orientación direccional de sus macromoléculas.
Compuestos organoelementos
Los DIU de organoelementos, cuyas macromoléculas incluyen, además de átomos de elementos inorgánicos (silicio, titanio, aluminio) y radicales de hidrocarburos orgánicos, se crean artificialmente, y en la naturaleza no lo son. La clasificación de los polímeros los divide, a su vez, en tres grupos.
- El primer grupo son sustancias en las que la cadena principal está compuesta de átomos de ciertos elementos rodeados de radicales orgánicos.
- El segundo grupo incluye sustancias con una cadena principal que contiene átomos de carbono alternos y elementos como azufre, nitrógeno y otros.
- El tercer grupo incluye sustancias con esqueletos orgánicos rodeados por varios grupos organoelementales.
Un ejemplo son los compuestos de organosilicio, en particular silicona, que tiene una alta resistencia al desgaste.
Los compuestos macromoleculares inorgánicos en la cadena principal contienen óxidos de silicio y metales: magnesio, aluminio o calcio. No tienen grupos atómicos orgánicos laterales. Los enlaces en las cadenas principales son covalentes y iónicos, lo que determina su alta resistencia y resistencia al calor. Estos incluyen asbesto, cerámica, vidrio de silicato, cuarzo.
Carbochain y heterochain Navy
La clasificación de los polímeros por la composición química de la cadena principal de polímeros implica la división de estas sustancias en dos grandes grupos.
- Carbochain, en la que la cadena principal de la macromolécula del DIU consta solo de átomos de carbono.
- Heterocadena, en la que otros átomos se encuentran en la cadena principal junto con los átomos de carbono, lo que le da a esta sustancia propiedades adicionales.
Cada uno de estos grandes grupos consta de los siguientes subgrupos que difieren en la estructura de la cadena, el número de sustituyentes, su composición y el número de ramas laterales:
- compuestos con enlaces saturados en cadenas, por ejemplo, polietileno o polipropileno;
- polímeros con enlaces insaturados en la cadena principal, por ejemplo polibutadieno;
- compuestos macromoleculares sustituidos con halógeno - teflón;
- alcoholes poliméricos, un ejemplo de los cuales es alcohol polivinílico;
- DIU basados en derivados de alcoholes, un ejemplo es el acetato de polivinilo;
- compuestos derivados de aldehídos y cetonas, tales como poliacroleína;
- polímeros derivados de ácidos carboxílicos, de los cuales el ácido poliacrílico es un representante;
- sustancias derivadas de nitrilos (PAN);
- Sustancias macromoleculares derivadas de hidrocarburos aromáticos, por ejemplo poliestireno.
División por la naturaleza del heteroátomo.
La clasificación de los polímeros también puede depender de la naturaleza de los heteroátomos; incluye varios grupos:
- con átomos de oxígeno en la cadena principal: poliésteres y peróxidos simples y complejos;
- compuestos con el contenido en la cadena principal de átomos de nitrógeno: poliaminas y poliamidas;
- sustancias con átomos de oxígeno y nitrógeno en la cadena principal, por ejemplo, poliuretanos;
- DIU con átomos de azufre en la cadena principal: politioésteres y politetrasulfuros;
- compuestos en los que los átomos de fósforo están presentes en la cadena principal.
Polímeros naturales
Actualmente, la clasificación de los polímeros por origen, por naturaleza química, los divide de la siguiente manera:
- Natural, también se llaman biopolímeros.
- Sustancias artificiales de alto peso molecular.
- Compuestos sintéticos.
La marina natural es la base de la vida en la Tierra. Las más importantes son las proteínas, los "ladrillos" de los organismos vivos, cuyos monómeros son aminoácidos. Las proteínas están involucradas en todas las reacciones bioquímicas del cuerpo, sin ellas el sistema inmunitario no puede funcionar, los procesos de coagulación de la sangre, la formación de tejido óseo y muscular, el trabajo de conversión de energía y mucho más. Sin ácidos nucleicos, el almacenamiento y la transmisión de información hereditaria es imposible.
Los polisacáridos son hidrocarburos de alto peso molecular que, junto con las proteínas, participan en el metabolismo. La clasificación de los polímeros por origen le permite seleccionar sustancias macromoleculares naturales en un grupo especial.
Polímeros artificiales y sintéticos.
Los polímeros artificiales se obtienen de la naturaleza mediante diversos métodos de modificación química para darles las propiedades necesarias. Un ejemplo es la celulosa, de la que se obtienen muchos plásticos. La clasificación de los polímeros por origen los caracteriza como sustancias artificiales. Los DIU sintéticos se obtienen químicamente usando reacciones de polimerización o policondensación. Sus propiedades, y por lo tanto el alcance, dependen de la longitud de la macromolécula, es decir, del peso molecular. Cuanto más grande es, más fuerte es el material obtenido. La clasificación de los polímeros por origen es muy conveniente. Los ejemplos lo confirman.
Macromoléculas lineales
Cualquier clasificación de polímeros es bastante arbitraria, y cada uno tiene sus propios inconvenientes, ya que no puede mostrar todas las características de este grupo de sustancias. Sin embargo, ayuda a sistematizarlos de alguna manera. La clasificación de los polímeros en forma de macromoléculas los presenta en forma de los siguientes tres grupos:
- lineal
- ramificado
- espacial, que también se llama malla.
Las cadenas largas, curvas o en forma de espiral de DIU lineales otorgan a las sustancias algunas propiedades únicas:
- debido a la aparición de enlaces intermoleculares forman fibras fuertes;
- son capaces de deformaciones grandes y largas, pero al mismo tiempo reversibles;
- una propiedad importante es su flexibilidad;
- Cuando se disuelven, estas sustancias forman soluciones con alta viscosidad.
Macromoléculas ramificadas
Los polímeros ramificados también tienen una estructura lineal, pero con muchas ramas laterales más cortas que la principal.Al mismo tiempo, sus propiedades también cambian:
- la solubilidad de las sustancias ramificadas es mayor que la lineal, respectivamente, forman soluciones de menor viscosidad;
- Con un aumento en la longitud de las cadenas laterales, las fuerzas intermoleculares se debilitan, lo que conduce a un aumento en la suavidad y elasticidad del material;
- cuanto mayor es el grado de ramificación, más propiedades físicas de dicha sustancia se acercan a las propiedades de los compuestos ordinarios de bajo peso molecular.
Macromoléculas tridimensionales
Los compuestos macromoleculares de malla son planos (tipo escalera y parquet) y tridimensionales. El caucho plano incluye caucho natural y grafito. En los polímeros espaciales hay "puentes" entrecruzados entre cadenas, formando una gran macromolécula tridimensional, que tiene una dureza extraordinaria.
Un ejemplo es el diamante o la queratina. Los compuestos macromoleculares de malla son la base de los cauchos, algunos tipos de plásticos, así como los adhesivos y barnices.
Termoplásticos y termoestables
La clasificación de los polímeros por origen y con respecto al calentamiento pretende caracterizar el comportamiento de estas sustancias con la temperatura. Dependiendo de los procesos que ocurren durante el calentamiento, se obtienen diferentes resultados. Si la interacción intermolecular se debilita y la energía cinética de las moléculas aumenta, la sustancia se ablanda y se convierte en un estado viscoso. Cuando la temperatura disminuye, vuelve a su estado normal: su naturaleza química permanece sin cambios. Dichas sustancias se denominan polímeros termoplásticos, por ejemplo, polietileno.
Otro grupo de compuestos se llama termoendurecible. El mecanismo de los procesos que ocurren en ellos durante el calentamiento es completamente diferente. En presencia de dobles enlaces o grupos funcionales, interactúan entre sí, cambiando la naturaleza química de la sustancia. No puede restaurar su forma original al enfriarse. Un ejemplo son varias resinas.
Método de polimerización
Otra clasificación de los polímeros es por el método de preparación. Existen formas de obtener un DIU:
- Polimerización, que puede tener lugar utilizando el mecanismo de reacción iónica y los radicales libres.
- Policondensación
La polimerización es el proceso de formación de macromoléculas por conexión secuencial de unidades monoméricas. Suelen ser sustancias de bajo peso molecular con múltiples enlaces y grupos cíclicos. Durante la reacción, se rompe un doble enlace o enlace en el grupo cíclico y se forman otros nuevos entre estos monómeros. Si los monómeros de la misma especie están involucrados en la reacción, se llama homopolimerización. Cuando se utilizan diferentes tipos de monómeros, se produce una reacción de copolimerización.
La reacción de polimerización es una reacción en cadena que puede ocurrir espontáneamente, sin embargo, se usan sustancias activas para acelerarla. Con el mecanismo de radicales libres, el proceso avanza en varias etapas:
- Iniciación En esta etapa, por la luz, el calor, los químicos o algún otro tipo de influencia, se forman grupos activos, radicales, en el sistema.
- Crecimiento de la longitud de la cadena. Esta etapa se caracteriza por la adición de los siguientes monómeros a los radicales para formar nuevos radicales.
- Se obtiene una cadena abierta por la interacción de grupos activos con la formación de macromoléculas inactivas.
Es imposible controlar el momento de terminación de la cadena y, por lo tanto, las macromoléculas resultantes difieren en diferentes pesos moleculares.
El principio del mecanismo iónico de la reacción de polimerización es el mismo que el del radical libre. Pero aquí, los cationes y los aniones actúan como centros activos; por lo tanto, se distinguen la polimerización catiónica y aniónica. En la industria, los polímeros más importantes se obtienen por polimerización radical: polietileno, poliestireno y muchos otros. La polimerización iónica se utiliza en la producción de cauchos sintéticos.
Policondensación
El proceso de formación de un compuesto de alto peso molecular con separación de algunas sustancias de bajo peso molecular como subproducto es la policondensación, que difiere de la polimerización en que la composición elemental de la macromolécula resultante no corresponde a la composición de las sustancias iniciales involucradas en la reacción. Solo los compuestos con grupos funcionales pueden participar en ellos, los cuales, al interactuar, dividen la molécula de una sustancia simple y forman un nuevo enlace. La policondensación de compuestos bifuncionales produce polímeros lineales. Cuando los compuestos polifuncionales están involucrados en la reacción, se forman DIU con una estructura ramificada o incluso espacial. Las sustancias de bajo peso molecular formadas durante la reacción también interactúan con los productos intermedios, causando la terminación de la cadena. Por lo tanto, es mejor eliminarlos de la zona de reacción.
Ciertos polímeros no pueden obtenerse por métodos conocidos de polimerización o policondensación, ya que no se requieren monómeros de partida capaces de participar en ellos. En este caso, la síntesis de polímeros se lleva a cabo con la participación de compuestos de alto peso molecular que contienen grupos funcionales que pueden reaccionar entre sí.
La clasificación de los polímeros se vuelve cada día más complicada, a medida que aparecen más y más nuevos tipos de estas sorprendentes sustancias con propiedades predeterminadas, y una persona ya no piensa en su vida sin ellas. Sin embargo, surge otro problema, no menos importante: la posibilidad de su eliminación fácil y barata. La solución a este problema es muy importante para la existencia del planeta.
