Difficilmente si può immaginare la vita di oggi senza polimeri: complesse sostanze sintetiche ampiamente utilizzate in vari campi dell'attività umana. I polimeri sono composti ad alto peso molecolare di origine naturale o sintetica, costituiti da monomeri collegati da legami chimici. Un monomero è un anello ripetuto che contiene la molecola madre.
Composti macromolecolari organici
Grazie alle sue proprietà uniche, i composti ad alto peso molecolare sostituiscono con successo materiali naturali come legno, metallo, pietra in vari ambiti della vita, conquistando nuovi campi di applicazione. Per sistematizzare un gruppo così ampio di sostanze, viene adottata la classificazione dei polimeri secondo vari criteri. Questi includono composizione, metodo di produzione, configurazione spaziale e così via.
La classificazione dei polimeri per composizione chimica li divide in tre gruppi:
- Sostanze macromolecolari organiche.
- Composti di organoelementi.
- Composti macromolecolari inorganici.
Il gruppo più numeroso è rappresentato da IUD organici: resine, gomme, oli vegetali, ovvero prodotti di origine animale e vegetale. Le macromolecole di queste sostanze nella catena principale insieme agli atomi di carbonio hanno atomi di ossigeno, azoto e altri elementi.
Le loro proprietà:
- avere la capacità di invertire la deformazione, cioè l'elasticità a bassi carichi;
- a una piccola concentrazione può formare soluzioni viscose;
- modificare le caratteristiche fisiche e meccaniche sotto l'influenza di una quantità minima di reagente;
- con l'azione meccanica, è possibile l'orientamento direzionale delle loro macromolecole.
Composti di organoelementi
IUD organoelementali, le cui macromolecole contengono, oltre agli atomi di elementi inorganici - silicio, titanio, alluminio - e radicali idrocarburici organici, sono creati artificialmente e in natura non lo sono. La classificazione dei polimeri li divide, a loro volta, in tre gruppi.
- Il primo gruppo è costituito da sostanze in cui la catena principale è composta da atomi di alcuni elementi circondati da radicali organici.
- Il secondo gruppo comprende sostanze con una catena principale contenente alternanza di atomi di carbonio ed elementi come zolfo, azoto e altri.
- Il terzo gruppo comprende sostanze con spina dorsale organica circondate da vari gruppi organoelementali.
Un esempio sono i composti organosiliconici, in particolare il silicone, che hanno un'alta resistenza all'usura.
I composti macromolecolari inorganici nella catena principale contengono ossidi di silicio e metalli: magnesio, alluminio o calcio. Non hanno gruppi atomici organici laterali. I legami nelle catene principali sono covalenti e ion-covalenti, il che determina la loro elevata resistenza e resistenza al calore. Questi includono amianto, ceramica, vetro silicato, quarzo.
Carbochain e heterochain Navy
La classificazione dei polimeri in base alla composizione chimica della catena polimerica principale comporta la divisione di queste sostanze in due grandi gruppi.
- Carbochain, in cui la catena principale della macromolecola IUD è composta solo da atomi di carbonio.
- Etero-catena, in cui altri atomi si trovano nella catena principale insieme ad atomi di carbonio, conferendo a questa sostanza proprietà aggiuntive.
Ognuno di questi grandi gruppi è costituito dai seguenti sottogruppi che si differenziano per la struttura della catena, il numero di sostituenti, la loro composizione e il numero di rami laterali:
- composti con legami saturi in catene, ad esempio polietilene o polipropilene;
- polimeri con legami insaturi nella catena principale, ad esempio polibutadiene;
- composti macromolecolari alogeni sostituiti - teflon;
- alcoli polimerici, un esempio dei quali è l'alcool polivinilico;
- IUD basati su derivati di alcoli, un esempio è il polivinilacetato;
- composti derivati da aldeidi e chetoni, come la poliacroleina;
- polimeri derivati da acidi carbossilici, di cui l'acido poliacrilico è un rappresentante;
- sostanze derivate dai nitrili (PAN);
- sostanze macromolecolari derivate da idrocarburi aromatici, ad esempio polistirolo.
Divisione per natura dell'eteroatomo
La classificazione dei polimeri può anche dipendere dalla natura degli eteroatomi; comprende diversi gruppi:
- con atomi di ossigeno nella catena principale - poliesteri e perossidi semplici e complessi;
- composti con il contenuto nella catena principale di atomi di azoto: poliammine e poliammidi;
- sostanze con ossigeno e atomi di azoto nella catena principale, ad esempio poliuretani;
- IUD con atomi di zolfo nella catena principale - politioesteri e politetrasolfuri;
- composti in cui sono presenti atomi di fosforo nella catena principale.
Polimeri naturali
Attualmente, la classificazione dei polimeri per origine, per natura chimica, che li divide come segue:
- Naturali, sono anche chiamati biopolimeri.
- Sostanze artificiali ad alto peso molecolare.
- Composti sintetici.
La marina naturale è la base della vita sulla Terra. Le più importanti sono le proteine: i "mattoni" degli organismi viventi, i cui monomeri sono aminoacidi. Le proteine sono coinvolte in tutte le reazioni biochimiche del corpo, senza di esse il sistema immunitario non può funzionare, i processi di coagulazione del sangue, la formazione di tessuto osseo e muscolare, il lavoro di conversione dell'energia e molto altro. Senza acidi nucleici, la memorizzazione e la trasmissione di informazioni ereditarie è impossibile.
I polisaccaridi sono idrocarburi ad alto peso molecolare che, insieme alle proteine, sono coinvolti nel metabolismo. La classificazione dei polimeri per origine consente di selezionare sostanze macromolecolari naturali in un gruppo speciale.
Polimeri artificiali e sintetici
I polimeri artificiali sono ottenuti da naturali con vari metodi di modifica chimica per dare loro le proprietà necessarie. Un esempio è la cellulosa, da cui si ottengono molte materie plastiche. La classificazione dei polimeri per origine li caratterizza come sostanze artificiali. Gli IUD sintetici sono ottenuti chimicamente usando reazioni di polimerizzazione o di policondensazione. Le loro proprietà, e quindi la portata, dipendono dalla lunghezza della macromolecola, cioè dal peso molecolare. Più è grande, più forte è il materiale ottenuto. La classificazione dei polimeri per origine è molto conveniente. Gli esempi lo confermano.
Macromolecole lineari
Qualsiasi classificazione dei polimeri è piuttosto arbitraria e ognuno ha i suoi svantaggi, dal momento che non può mostrare tutte le caratteristiche di questo gruppo di sostanze. Tuttavia, aiuta a sistematizzarli in qualche modo. La classificazione dei polimeri sotto forma di macromolecole li presenta sotto forma dei seguenti tre gruppi:
- lineari;
- ramificata;
- spaziale, che sono anche chiamati mesh.
Catene lunghe, curve o a spirale di IUD lineari conferiscono alle sostanze alcune proprietà uniche:
- a causa della comparsa di legami intermolecolari formano fibre forti;
- sono capaci di deformazioni grandi e lunghe, ma allo stesso tempo reversibili;
- una proprietà importante è la loro flessibilità;
- dopo la dissoluzione, queste sostanze formano soluzioni ad alta viscosità.
Macromolecole Ramificate
I polimeri ramificati hanno anche una struttura lineare, ma con molti rami laterali più corti di quello principale.Allo stesso tempo, anche le loro proprietà cambiano:
- la solubilità delle sostanze ramificate è superiore a quella lineare, rispettivamente, formano soluzioni di viscosità inferiore;
- con un aumento della lunghezza delle catene laterali, le forze intermolecolari diventano più deboli, il che porta ad un aumento della morbidezza e dell'elasticità del materiale;
- maggiore è il grado di ramificazione, più proprietà fisiche di tale sostanza si avvicinano alle proprietà dei normali composti a basso peso molecolare.
Macromolecole tridimensionali
I composti macromolecolari in mesh sono piatti (tipo scala e parquet) e tridimensionali. La gomma piatta include gomma naturale e grafite. Nei polimeri spaziali ci sono "ponti" di reticolazione tra catene, che formano una grande macromolecola tridimensionale, che ha una straordinaria durezza.
Un esempio è il diamante o la cheratina. I composti macromolecolari di maglia sono la base di gomme, alcuni tipi di materie plastiche, nonché adesivi e vernici.
Termoplastici e termoindurenti
La classificazione dei polimeri per origine e rispetto al riscaldamento ha lo scopo di caratterizzare il comportamento di queste sostanze con la temperatura. A seconda dei processi che si verificano durante il riscaldamento, si ottengono risultati diversi. Se l'interazione intermolecolare si indebolisce e l'energia cinetica delle molecole aumenta, allora la sostanza si ammorbidisce, diventando uno stato viscoso. Quando la temperatura diminuisce, ritorna al suo stato normale - la sua natura chimica rimane invariata. Tali sostanze sono chiamate polimeri termoplastici, ad esempio polietilene.
Un altro gruppo di composti si chiama termoindurente. Il meccanismo dei processi che si verificano in essi durante il riscaldamento è completamente diverso. In presenza di doppi legami o gruppi funzionali, interagiscono tra loro, cambiando la natura chimica della sostanza. Non può ripristinare la sua forma originale dopo il raffreddamento. Un esempio sono varie resine.
Metodo di polimerizzazione
Un'altra classificazione dei polimeri è il metodo di preparazione. Esistono modi per ottenere uno IUD:
- Polimerizzazione, che può avvenire utilizzando il meccanismo di reazione ionica e i radicali liberi.
- Policondensazione.
La polimerizzazione è il processo di formazione di macromolecole mediante connessione sequenziale di unità monomeriche. Di solito sono sostanze a basso peso molecolare con più legami e gruppi ciclici. Durante la reazione, un doppio legame o legame nel gruppo ciclico si rompe e si formano nuovi legami tra questi monomeri. Se nella reazione sono coinvolti monomeri della stessa specie, si parla di omopolimerizzazione. Quando si usano diversi tipi di monomeri, si verifica una reazione di copolimerizzazione.
La reazione di polimerizzazione è una reazione a catena che può verificarsi spontaneamente, tuttavia vengono utilizzate sostanze attive per accelerarla. Con il meccanismo dei radicali liberi, il processo procede in più fasi:
- Iniziazione. In questa fase, mediante luce, calore, sostanze chimiche o altri tipi di influenza, nel sistema si formano gruppi attivi - radicali.
- Crescita della lunghezza della catena. Questa fase è caratterizzata dall'aggiunta dei seguenti monomeri ai radicali per formare nuovi radicali.
- Una catena aperta si ottiene dall'interazione di gruppi attivi con la formazione di macromolecole inattive.
È impossibile controllare il momento della terminazione della catena, e quindi le macromolecole risultanti differiscono in diversi pesi molecolari.
Il principio del meccanismo ionico della reazione di polimerizzazione è lo stesso di quello del radicale libero. Ma qui, cationi e anioni agiscono come centri attivi; pertanto, si distinguono la polimerizzazione cationica e anionica. Nell'industria, i polimeri più importanti sono ottenuti dalla polimerizzazione radicale: polietilene, polistirolo e molti altri. La polimerizzazione ionica viene utilizzata nella produzione di gomme sintetiche.
policondensazione
Il processo di formazione di un composto ad alto peso molecolare con separazione di alcune sostanze a basso peso molecolare come sottoprodotto è la policondensazione, che differisce dalla polimerizzazione in quanto la composizione elementare della macromolecola risultante non corrisponde alla composizione delle sostanze iniziali coinvolte nella reazione. Solo i composti con gruppi funzionali possono parteciparvi, i quali interagendo dividono la molecola di una sostanza semplice e formano un nuovo legame. La policondensazione di composti bifunzionali produce polimeri lineari. Quando nella reazione sono coinvolti composti polifunzionali, si formano IUD con una struttura ramificata o persino spaziale. Le sostanze a basso peso molecolare formate durante la reazione interagiscono anche con i prodotti intermedi, causando l'interruzione della catena. Pertanto, è meglio rimuoverli dalla zona di reazione.
Alcuni polimeri non possono essere ottenuti con metodi noti di polimerizzazione o policondensazione, poiché non vi sono monomeri di partenza richiesti in grado di parteciparvi. In questo caso, la sintesi polimerica viene effettuata con la partecipazione di composti ad alto peso molecolare contenenti gruppi funzionali in grado di reagire tra loro.
La classificazione dei polimeri sta diventando sempre più complicata ogni giorno, poiché compaiono sempre più nuovi tipi di queste sostanze sorprendenti con proprietà predeterminate e una persona non immagina più la sua vita senza di loro. Tuttavia, sorge un altro problema, non meno importante: la possibilità di un loro smaltimento facile ed economico. La soluzione a questo problema è molto importante per l'esistenza del pianeta.
