POLIMERLER: TARIHÇE, POLIMERIZASYON, TÜRLERI, ÖZELLIKLERI - KIMYA - 2025

Polimerler (binlerce milyon kadar), yüksek molar kütleye sahip olması ile karakterize edilen molekül bileşiklerdir ve tekrarlanan birimlerin büyük bir sayıda, adı verilen monomerlerin oluşur.

Büyük moleküller olma özelliğine sahip oldukları için, bu türlere makromoleküller adı verilir, bu da onlara daha küçük olanlarda gözlemlenenlerden çok farklı, yalnızca bu tür maddelere atfedilebilen benzersiz nitelikler verir. cam yapıların şekillendirilmesi.

Aynı şekilde, çok sayıda molekül grubuna ait olduklarından, onlara bir sınıflandırma verilmesi ihtiyacı doğmuştur, bu nedenle iki türe ayrılırlar: proteinler ve nükleik asitler gibi doğal kökenli polimerler; ve naylon veya lucite (daha çok Pleksiglas olarak bilinir) gibi sentetik üretimden olanlar.

Bilim adamları, polimerlerin arkasındaki bilimi araştırmaya 1920'lerde ahşap veya kauçuk gibi maddelerin nasıl davrandığını merak ve şaşkınlıkla gözlemlediklerinde başladı. Böylece zamanın bilim adamları, günlük yaşamda bu kadar çok bulunan bu bileşikleri analiz etmeye başladılar.

Bu türlerin doğası hakkında belirli bir anlayış seviyesine ulaşılarak, yapılarını anlamak ve mevcut materyallerin geliştirilmesini ve iyileştirilmesini ve ayrıca yeni materyallerin üretimini kolaylaştırabilecek makromoleküllerin oluşumunda ilerlemek mümkün oldu.

Aynı şekilde, çok sayıda önemli polimerin, molekülün ana zincirinin bir parçasını oluşturan karbon atomlarına bağlı, yapılarında nitrojen veya oksijen atomları içerdiği bilinmektedir.

Monomerlerin parçası olan ana işlevsel gruplara bağlı olarak, isimleri verilecektir; örneğin, monomerin bir esterden oluşması durumunda, bir polyester oluşturulur.

Polimerlerin tarihi

Polimerlerin tarihçesine, bilinen ilk polimerlere atıflardan başlayarak yaklaşılmalıdır.

Bu şekilde, antik çağlardan beri yaygın olarak kullanılan bazı doğal kökenli malzemeler (selüloz veya deri gibi) esas olarak polimerlerden oluşur.

XIX yüzyıl

Düşünülenin aksine, polimerlerin bileşimi, bu maddelerin nasıl oluştuğunu belirlemeye başlayana kadar, birkaç yüzyıl öncesine kadar bilinmiyordu ve hatta yapay üretime ulaşmak için bir yöntem oluşturmaya çalıştılar.

"Polimerler" terimi ilk kez 1833'te, onu aynı ampirik formüle sahip ancak farklı molar kütlelere sahip organik yapıdaki maddeleri belirtmek için kullanan İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius sayesinde kullanıldı.

Bu bilim adamı, "izomer" veya "kataliz" gibi diğer terimleri de yazmaktan sorumluydu; Ancak o zamanlar bu ifadelerin kavramının bugün kastettiği kavramdan tamamen farklı olduğu belirtilmelidir.

Doğal polimerik türlerin dönüşümünden sentetik polimerler elde etmek için yapılan bazı deneylerden sonra, bu bileşiklerin çalışması daha fazla ilgi görüyordu.

Bu araştırmaların amacı, bu polimerlerin halihazırda bilinen özelliklerinin optimizasyonunu ve farklı bilim alanlarında belirli amaçları yerine getirebilecek yeni maddelerin elde edilmesini sağlamaktı.

Yirminci yüzyıl

Kauçuğun organik yapıda bir çözücü içinde çözünür olduğunu ve daha sonra ortaya çıkan çözümün bazı alışılmadık özellikler sergilediğini gözlemleyen bilim adamları endişeliydi ve bunları nasıl açıklayacaklarını bilmiyorlardı.

Bu gözlemlerle, kauçuk ve özelliklerini incelerken gözlemleyebildikleri için, bu tür maddelerin daha küçük moleküllerden çok farklı bir davranış sergiledikleri sonucuna vardılar.

İncelenen solüsyonun yüksek viskoziteye, donma noktasında önemli bir düşüşe ve küçük bir ozmotik basınca sahip olduğunu belirttiler; Bundan çok yüksek molar kütleli birkaç çözünen madde olduğu çıkarılabilir, ancak bilim adamları bu olasılığa inanmayı reddettiler.

Jelatin veya pamuk gibi bazı maddelerde de kendini gösteren bu fenomen, zamanın bilim adamlarının bu tür maddelerin C ₅ H ₈ veya C ₁₀ gibi küçük moleküler birimlerden oluştuğunu düşünmelerine neden oldu. H ₁₆ , moleküller arası kuvvetlerle bağlanır.

Bu hatalı düşünce birkaç yıl kalsa da, bugüne kadar devam eden tanım, Alman kimyager ve Nobel Kimya Ödülü sahibi Hermann Staudinger tarafından verilen tanımdı.

XXI yüzyıl

Bu yapıların kovalent bağlarla bağlanan makromoleküler maddeler olarak mevcut tanımı, 1920 yılında, önümüzdeki on yıl boyunca bu teori için kanıt bulana kadar deneyler tasarlama ve yürütme konusunda ısrar eden Staudinger tarafından icat edildi.

Sözde "polimer kimyası" nın gelişimi başladı ve o zamandan beri, Giulio Natta, Karl Ziegler de dahil olmak üzere çok önemli bilim adamlarını tarihinin sayfaları arasında sayarak, yalnızca dünyadaki araştırmacıların ilgisini çekiyor. Charles Goodyear, daha önce isimlendirilenlere ek olarak diğerleri arasında.

Şu anda, polimerik makromoleküller, farklı yöntem ve amaçlarla monomerlerin kovalent bağlarla bağlanmasından kaynaklanan maddelerin araştırıldığı polimer bilimi veya biyofizik gibi farklı bilimsel alanlarda incelenmektedir.

Kuşkusuz, poliizopren gibi doğal polimerlerden polistiren gibi sentetik kökenli olanlara kadar, silikon bazlı monomerlerden oluşan silikonlar gibi diğer türlerin önemini azaltmadan çok sık kullanılırlar.

Ayrıca, bu doğal ve sentetik kökenli bileşiklerin büyük bir kısmı iki veya daha fazla farklı monomer sınıfından oluşur, bu polimerik türlere kopolimerler adı verilmiştir.

Polimerizasyon

Polimer konusunu derinlemesine incelemek için, Yunanca "çok" anlamına gelen polys'den gelen polimer kelimesinin kökeninden söz ederek başlamalıyız; ve sadece, bir şeyin "bölümlerine" atıfta bulunur.

Bu terim, birçok tekrar eden birimden oluşan bir yapıya sahip olan moleküler bileşikleri belirtmek için kullanılır; bu, yüksek bir nispi moleküler kütle özelliğine ve bunların diğer iç özelliklerine neden olur.

Bu nedenle, polimerleri oluşturan birimler, nispeten küçük bir nispi moleküler kütleye sahip olan moleküler türlere dayanmaktadır.

Bu bağlamda, polimerizasyon terimi sadece sentetik polimerler için, daha özel olarak bu tip makromolekülleri elde etmek için kullanılan prosesler için geçerlidir.

Bu nedenle, polimerizasyon, bunlardan karşılık gelen polimerleri üretmek için monomerlerin kombinasyonunda (birer birer) kullanılan kimyasal reaksiyon olarak tanımlanabilir.

Bu nedenle, polimerlerin sentezi iki ana reaksiyon türü ile gerçekleştirilir: aşağıda ayrıntılı olarak açıklanacak olan ekleme reaksiyonları ve yoğunlaşma reaksiyonları.

Ekleme reaksiyonları ile polimerizasyon

Bu tip polimerizasyon, yapılarında çift veya üçlü bağlara sahip doymamış moleküllerin, özellikle de karbon-karbonun katılımına sahiptir.

Bu reaksiyonlarda monomerler, atomlarından hiçbiri elimine edilmeden birbirleriyle kombinasyonlara girerler, burada halkayı kırarak veya açarak sentezlenen polimerik türler, küçük moleküller ortadan kaldırılmadan elde edilebilir.

Kinetik bir bakış açısıyla, bu polimerizasyon üç aşamalı bir reaksiyon olarak görülebilir: başlatma, yayılma ve sonlandırma.

İlk olarak, reaksiyonun başlangıç içinde ısıtma (R olarak belirtilen bir başlatıcı olarak kabul edilen bir moleküle uygulandığında, ortaya ₂ aşağıdaki gibi iki radikal türler oluşturmak için):

R ₂ → 2R ∙

Polietilen üretimi örnek olarak verilmişse, sonraki adım çoğaltmadır, burada oluşan reaktif radikal bir etilen molekülüne hitap eder ve aşağıdaki gibi yeni bir radikal türü oluşur:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Bu yeni radikal daha sonra başka bir etilen molekülü ile birleştirilir ve bu proses, sonlandırma olarak bilinen reaksiyonda nihayetinde polietileni oluşturmak için iki uzun zincirli radikalin kombinasyonuna kadar art arda devam eder.

Yoğuşma reaksiyonları ile polimerizasyon

Yoğunlaşma reaksiyonları yoluyla polimerizasyon durumunda, genellikle su olan küçük bir molekülün sonuçta ortadan kaldırılmasına ek olarak, genellikle iki farklı monomerin kombinasyonu meydana gelir.

Benzer şekilde, bu reaksiyonlarla üretilen polimerler, omurgalarının bir parçası olarak genellikle oksijen veya nitrojen gibi heteroatomlara sahiptir. Aynı zamanda, zincirinin tabanını temsil eden tekrar eden birimin, parçalanabileceği monomerde bulunan tüm atomlara sahip olmadığı da olur.

Öte yandan, plazma polimerizasyonunun öne çıktığı, özellikleri daha önce açıklanan polimerizasyon türlerinin hiçbiriyle tam olarak uyuşmayan, daha yakın zamanda geliştirilmiş yöntemler vardır.

Bu şekilde, sentetik kökenli polimerizasyon reaksiyonları, hem ekleme hem de yoğunlaşma, bir katalizör türünün yokluğunda veya varlığında meydana gelebilir.

Yoğunlaşma polimerizasyonu, dakron (daha çok polyester olarak bilinir) veya naylon gibi günlük yaşamda yaygın olarak bulunan birçok bileşiğin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Diğer polimerizasyon biçimleri

Bu yapay polimer sentez yöntemlerine ek olarak, biyopolimerlerin araştırılmasından sorumlu olan çalışma alanı olarak tanımlanan biyolojik sentez de vardır ve bunlar üç ana kategoriye ayrılır: polinükleotidler, polipeptidler ve polisakkaritler.

Canlı organizmalarda sentez, deoksiribonükleik asit (DNA) gibi polimerlerin üretiminde polimeraz enzimi gibi katalizörlerin varlığını içeren süreçler yoluyla doğal olarak gerçekleştirilebilir.

Diğer durumlarda, biyokimyasal polimerizasyonda kullanılan enzimlerin çoğu, amino asitler temelinde oluşturulan polimerler olan ve biyolojik işlemlerin büyük çoğunluğunda gerekli olan proteinlerdir.

Bu yöntemlerle elde edilen biyopolimerik maddelere ek olarak, kükürt varlığında doğal kaynaklı kauçuğun ısıtılmasıyla üretilen vulkanize kauçuk gibi ticari açıdan büyük önemi olan başka maddeler de vardır.

Bu nedenle, doğal kaynaklı polimerlerin kimyasal modifikasyonu yoluyla polimer sentezi için kullanılan teknikler arasında bitirme, çapraz bağlama ve oksidasyon vardır.

Polimer türleri

Polimer türleri farklı özelliklere göre sınıflandırılabilir; örneğin, ısıtmaya fiziksel tepkilerine göre termoplastikler, termosetler veya elastomerler olarak sınıflandırılırlar.

Ayrıca, oluşturuldukları monomerlerin tipine bağlı olarak homopolimerler veya kopolimerler olabilirler.

Benzer şekilde üretildikleri polimerizasyon türüne göre ilave veya yoğunlaşma polimerleri olabilirler.

Benzer şekilde, doğal veya sentetik polimerler, kökenlerine bağlı olarak elde edilebilir; veya kimyasal bileşimine bağlı olarak organik veya inorganik.

Özellikleri

- En dikkat çekici özelliği, yapısının temeli olarak monomerlerinin tekrarlayan kimliğidir.

- Elektriksel özellikleri kullanım amacına göre değişiklik gösterir.

- Makroskopik davranışlarını tanımlayan elastikiyet veya çekiş direnci gibi mekanik özellikler gösterirler.

- Bazı polimerler önemli optik özellikler sergiler.

- Sahip oldukları mikroyapı, diğer özelliklerini doğrudan etkiler.

- Polimerlerin kimyasal özellikleri, onları oluşturan zincirler arasındaki çekici etkileşimlerle belirlenir.

- Taşıma özellikleri, moleküller arası hareketin hızına bağlıdır.

- Toplanma durumlarının davranışı, morfolojisi ile ilgilidir.

Polimer örnekleri

Mevcut olan çok sayıda polimer arasında şunlar yer almaktadır:

Polistiren

Farklı tipteki kaplarda, ayrıca termal izolatör olarak (suyu soğutmak veya buzu depolamak için) ve hatta oyuncaklarda kullanılan kaplarda kullanılır.

Politetrafloroetilen

Daha iyi bilinen Teflon, elektrik izolatörü olarak, ayrıca merdane imalatında ve mutfak eşyalarını kaplamak için kullanılır.

Polivinil klorür

Duvar kanalları, fayanslar, oyuncaklar ve borular yapımında kullanılan bu polimer ticari olarak PVC olarak bilinir.

Referanslar

1. Vikipedi. (Sf). Polimer. En.wikipedia.or adresinden kurtarıldı
2. Chang, R. (2007). Kimya, Dokuzuncu baskı. Meksika: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (Sf). Polimerlere Giriş. Chem.libretexts.org'dan alındı
4. Cowie, JMG ve Arrighi, V. (2007). Polimerler: Modern Malzemelerin Kimyası ve Fiziği, Üçüncü Baskı. Books.google.co.ve 'den kurtarıldı
5. Britannica, E. (nd). Polimer. Britannica.com'dan alındı
6. Morawetz, H. (2002). Polimerler: Bir Bilimin Kökenleri ve Gelişimi. Books.google.co.ve 'den kurtarıldı