Il est difficile d’imaginer la vie d’aujourd’hui sans polymères - des substances synthétiques complexes largement utilisées dans divers domaines de l’activité humaine. Les polymères sont des composés de masse moléculaire élevée d'origine naturelle ou synthétique, constitués de monomères liés par des liaisons chimiques. Un monomère est un chaînon répétitif contenant la molécule mère.
Composés macromoléculaires organiques
En raison de leurs propriétés uniques, les composés à poids moléculaire élevé remplacent avec succès des matériaux naturels tels que le bois, le métal, la pierre dans diverses sphères de la vie, conquérant de nouveaux domaines d'application. Afin de systématiser un groupe de substances aussi étendu, la classification des polymères selon divers critères est adoptée. Ceux-ci incluent la composition, la méthode de production, la configuration spatiale, etc.
La classification des polymères par composition chimique les divise en trois groupes:
- Substances macromoléculaires organiques.
- Composés organoéléments.
- Composés macromoléculaires inorganiques.
Le groupe le plus important est constitué par les DIU organiques - résines, caoutchoucs, huiles végétales, c'est-à-dire des produits d'origine animale et végétale. Les macromolécules de ces substances dans la chaîne principale ainsi que les atomes de carbone ont des atomes d'oxygène, d'azote et d'autres éléments.
Leurs propriétés:
- avoir la capacité d'inverser la déformation, c'est-à-dire l'élasticité à faibles charges;
- à faible concentration peut former des solutions visqueuses;
- changer les caractéristiques physiques et mécaniques sous l'influence d'une quantité minimale de réactif;
- avec une action mécanique, l'orientation directionnelle de leurs macromolécules est possible.
Composés organoéléments
Les DIU d'organoéléments, dont les macromolécules, comprennent, outre les atomes d'éléments inorganiques - silicium, titane, aluminium - et les radicaux hydrocarbonés organiques, sont créés artificiellement, mais ils ne le sont pas dans la nature. La classification des polymères les divise à leur tour en trois groupes.
- Le premier groupe comprend les substances dont la chaîne principale est composée d'atomes de certains éléments entourés de radicaux organiques.
- Le second groupe comprend les substances avec une chaîne principale contenant des atomes de carbone en alternance et des éléments tels que le soufre, l'azote et d'autres.
- Le troisième groupe comprend les substances dont le squelette organique est entouré de divers groupes organoélémentaires.
Un exemple est constitué par les composés organosiliciés, en particulier le silicone, qui présentent une résistance élevée à l'usure.
Les composés macromoléculaires inorganiques de la chaîne principale contiennent des oxydes de silicium et des métaux - magnésium, aluminium ou calcium. Ils n'ont pas de groupes atomiques organiques latéraux. Les liaisons dans les chaînes principales sont covalentes et ioniques, ce qui détermine leur résistance élevée et leur résistance à la chaleur. Ceux-ci incluent l'amiante, les céramiques, le verre de silicate, le quartz.
Carbochain et Hétérochine Marine
La classification des polymères en fonction de la composition chimique de la chaîne principale implique la division de ces substances en deux grands groupes.
- Carbochain, dans lequel la chaîne principale de la macromolécule du DIU est constituée uniquement d'atomes de carbone.
- Hétéro-chaîne, dans laquelle d'autres atomes sont situés dans la chaîne principale avec des atomes de carbone, conférant à cette substance des propriétés supplémentaires.
Chacun de ces grands groupes comprend les sous-groupes suivants qui diffèrent par la structure de la chaîne, le nombre de substituants, leur composition et le nombre de branches latérales:
- des composés à liaisons saturées dans des chaînes, par exemple, le polyéthylène ou le polypropylène;
- des polymères avec des liaisons insaturées dans la chaîne principale, par exemple le polybutadiène;
- composés macromoléculaires à substitution halogène - téflon;
- les alcools polymères, par exemple l'alcool polyvinylique;
- DIU à base de dérivés d'alcools, par exemple l'acétate de polyvinyle;
- des composés dérivés d'aldéhydes et de cétones, tels que la polyacroléine;
- les polymères dérivés d'acides carboxyliques, parmi lesquels l'acide polyacrylique est représentatif;
- substances dérivées de nitriles (PAN);
- les substances macromoléculaires dérivées d'hydrocarbures aromatiques, par exemple le polystyrène.
Division par la nature de l'hétéroatome
La classification des polymères peut également dépendre de la nature des hétéroatomes, elle comprend plusieurs groupes:
- avec des atomes d'oxygène dans la chaîne principale - polyesters et peroxydes simples et complexes;
- composés avec le contenu dans la chaîne principale d'atomes d'azote - polyamines et polyamides;
- les substances avec des atomes d'oxygène et d'azote dans la chaîne principale, par exemple les polyuréthannes;
- DIU comportant des atomes de soufre dans la chaîne principale - polythioesters et polytétrasulfures;
- composés dans lesquels des atomes de phosphore sont présents dans la chaîne principale.
Polymères naturels
Actuellement, la classification des polymères par origine, par nature chimique, qui les divise comme suit:
- Naturels, ils sont aussi appelés biopolymères.
- Substances artificielles de poids moléculaire élevé.
- Composés synthétiques.
La marine naturelle est la base de la vie sur Terre. Les plus importantes d'entre elles sont les protéines - les "briques" des organismes vivants dont les monomères sont des acides aminés. Les protéines sont impliquées dans toutes les réactions biochimiques de l'organisme. Sans elles, le système immunitaire ne peut pas fonctionner, les processus de coagulation sanguine, la formation de tissu osseux et musculaire, le travail de conversion de l'énergie et bien plus encore. Sans acides nucléiques, le stockage et la transmission d'informations héréditaires sont impossibles.
Les polysaccharides sont des hydrocarbures de haut poids moléculaire qui, avec les protéines, interviennent dans le métabolisme. La classification des polymères par origine vous permet de sélectionner des substances macromoléculaires naturelles dans un groupe spécial.
Polymères artificiels et synthétiques
Les polymères artificiels sont obtenus à partir de matières naturelles par diverses méthodes de modification chimique pour leur donner les propriétés nécessaires. Un exemple est la cellulose, à partir de laquelle de nombreux plastiques sont obtenus. La classification des polymères par origine les caractérise comme substances artificielles. Les DIU synthétiques sont obtenus chimiquement par des réactions de polymérisation ou de polycondensation. Leurs propriétés, et donc leur portée, dépendent de la longueur de la macromolécule, c'est-à-dire du poids moléculaire. Plus il est grand, plus le matériau obtenu est résistant. La classification des polymères par origine est très pratique. Des exemples le confirment.
Macromolécules Linéaires
Toute classification de polymères est plutôt arbitraire et comporte des inconvénients, car elle ne peut pas afficher toutes les caractéristiques de ce groupe de substances. Néanmoins, il est utile de les systématiser d'une certaine manière. La classification des polymères sous forme de macromolécules les présente sous la forme des trois groupes suivants:
- linéaire
- ramifié;
- spatial, qui sont également appelés maillage.
De longues chaînes incurvées ou en forme de spirale de DIU linéaires confèrent aux substances certaines propriétés uniques:
- en raison de l'apparition de liaisons intermoléculaires forment des fibres fortes;
- ils sont capables de grandes et longues déformations, mais en même temps réversibles;
- une propriété importante est leur flexibilité;
- lors de la dissolution, ces substances forment des solutions de haute viscosité.
Macromolécules ramifiées
Les polymères ramifiés ont également une structure linéaire, mais avec de nombreuses branches latérales plus courtes que la principale.Dans le même temps, leurs propriétés changent également:
- la solubilité des substances ramifiées est supérieure à la linéaire, respectivement, elles forment des solutions de plus faible viscosité;
- avec l'augmentation de la longueur des chaînes latérales, les forces intermoléculaires s'affaiblissent, ce qui entraîne une augmentation de la douceur et de l'élasticité du matériau;
- plus le degré de ramification est élevé, plus les propriétés physiques d'une telle substance s'approchent des propriétés des composés ordinaires de bas poids moléculaire.
Macromolécules tridimensionnelles
Les composés macromoléculaires à mailles sont plats (type escalier et parquet) et tridimensionnels. Le caoutchouc plat comprend le caoutchouc naturel et le graphite. Dans les polymères spatiaux, il existe des «ponts» de réticulation entre les chaînes, formant une grande macromolécule tridimensionnelle d'une dureté extraordinaire.
Un exemple est le diamant ou la kératine. Les composés macromoléculaires à mailles sont à la base des caoutchoucs, de certains types de plastiques, ainsi que des adhésifs et des vernis.
Thermoplastiques et thermodurcissables
La classification des polymères par origine et en ce qui concerne le chauffage vise à caractériser le comportement de ces substances avec la température. En fonction des processus qui se produisent pendant le chauffage, différents résultats sont obtenus. Si l'interaction intermoléculaire faiblit et que l'énergie cinétique des molécules augmente, la substance se ramollit pour devenir un état visqueux. Lorsque la température diminue, il retourne à son état normal - sa nature chimique reste inchangée. De telles substances sont appelées polymères thermoplastiques, par exemple le polyéthylène.
Un autre groupe de composés est appelé thermodurcissable. Le mécanisme des processus qui s'y produisent lors du chauffage est complètement différent. En présence de doubles liaisons ou de groupes fonctionnels, ils interagissent les uns avec les autres, modifiant ainsi la nature chimique de la substance. Il ne peut pas restaurer sa forme initiale lors du refroidissement. Un exemple est diverses résines.
Méthode de polymérisation
Autre classification des polymères - selon le procédé de fabrication. Il y a de telles façons d'obtenir un stérilet:
- La polymérisation, qui peut avoir lieu en utilisant le mécanisme de réaction ionique et radical libre.
- Polycondensation
La polymérisation est le processus de formation de macromolécules par la connexion séquentielle d'unités monomères. Ce sont généralement des substances de bas poids moléculaire avec des liaisons multiples et des groupes cycliques. Au cours de la réaction, une double liaison ou une liaison dans le groupe cyclique se rompt et de nouvelles se forment entre ces monomères. Si des monomères de la même espèce sont impliqués dans la réaction, on parle d'homopolymérisation. Lors de l'utilisation de différents types de monomères, une réaction de copolymérisation se produit.
La réaction de polymérisation est une réaction en chaîne qui peut se produire spontanément. Cependant, des substances actives sont utilisées pour l’accélérer. Avec le mécanisme des radicaux libres, le processus se déroule en plusieurs étapes:
- Initiation À ce stade, sous l'influence de la lumière, de la chaleur, de produits chimiques ou de quelque autre type d'influence, des groupes actifs - des radicaux - se forment dans le système.
- Croissance de la longueur de la chaîne. Cette étape est caractérisée par l’addition des monomères suivants aux radicaux pour former de nouveaux radicaux.
- Une chaîne ouverte est obtenue par l'interaction de groupes actifs avec la formation de macromolécules inactives.
Il est impossible de contrôler le moment de la terminaison de la chaîne et, par conséquent, les macromolécules obtenues diffèrent par leurs poids moléculaires.
Le principe du mécanisme ionique de la réaction de polymérisation est le même que celui du radical libre. Mais ici, les cations et les anions agissent comme des centres actifs, c'est pourquoi on distingue les polymérisation cationique et anionique. Dans l'industrie, les polymères les plus importants sont obtenus par polymérisation radicalaire: polyéthylène, polystyrène et beaucoup d'autres. La polymérisation ionique est utilisée dans la production de caoutchoucs synthétiques.
Polycondensation
Le processus de formation d'un composé de haut poids moléculaire avec séparation de certaines substances de bas poids moléculaire en tant que sous-produit est une polycondensation, qui diffère de la polymérisation en ce que la composition élémentaire de la macromolécule obtenue ne correspond pas à la composition des substances initiales impliquées dans la réaction. Seuls les composés comportant des groupes fonctionnels peuvent y participer, lesquels, en interaction, fendent la molécule d'une substance simple et forment une nouvelle liaison. La polycondensation de composés bifonctionnels produit des polymères linéaires. Lorsque des composés polyfonctionnels interviennent dans la réaction, des DIU à structure ramifiée ou même spatiale se forment. Les substances de faible poids moléculaire formées au cours de la réaction interagissent également avec les produits intermédiaires, provoquant une terminaison de chaîne. Par conséquent, il est préférable de les retirer de la zone de réaction.
Certains polymères ne peuvent pas être obtenus par les méthodes connues de polymérisation ou de polycondensation, car aucun monomère de départ capable de participer n’est requis. Dans ce cas, la synthèse du polymère est réalisée avec la participation de composés de haut poids moléculaire contenant des groupes fonctionnels capables de réagir les uns avec les autres.
La classification des polymères se complique chaque jour au fur et à mesure qu'apparaissent de nouveaux types de ces substances étonnantes aux propriétés prédéterminées, et qu'une personne ne pense plus à sa vie sans elles. Cependant, un autre problème, non moins important, se pose: la possibilité de leur élimination facile et peu coûteuse. La solution à ce problème est très importante pour l’existence de la planète.
