Molts estan interessats en la qüestió de quina estructura tenen els polímers. La resposta es donarà en aquest article. Les propietats del polímer (d'ara endavant - P) es divideixen generalment en diverses classes en funció de l'escala a la qual es defineix la propietat, així com de la seva base física. La qualitat més bàsica d'aquestes substàncies és la identitat dels seus monòmers constituents (M). El segon conjunt de propietats, conegut com a microestructura, denota essencialment la disposició d'aquests Ms en P en una escala d'una Z. Aquestes característiques estructurals bàsiques tenen un paper important en la determinació de les propietats físiques a granel d'aquestes substàncies, que mostren com es comporta P com un material macroscòpic. Les propietats químiques a escala nanomètrica descriuen com les cadenes interactuen mitjançant diverses forces físiques. A escala macro, mostren com interacciona el P bàsic amb altres productes químics i dissolvents.
Identitat
La identitat dels enllaços repetitius que formen la P és la seva primera il'atribut més important. La nomenclatura d'aquestes substàncies acostuma a basar-se en el tipus de residus de monòmers que formen la P. Els polímers que només contenen un tipus d'unitat repetitiva es coneixen com homo-P. Al mateix temps, els Ps que contenen dos o més tipus d'unitats repetides es coneixen com a copolímers. Els terpolímers contenen tres tipus d'unitats repetides.
El poliestirè, per exemple, consta només de residus d'estirè M i, per tant, es classifica com a Homo-P. L'acetat de vinil etilè, en canvi, conté més d'un tipus d'unitat repetitiva i, per tant, és un copolímer. Alguns P biològics es componen de molts residus monomèrics diferents però estructuralment relacionats; per exemple, els polinucleòtids com l'ADN estan formats per quatre tipus de subunitats de nucleòtids.
Una molècula de polímer que conté subunitats ionitzables es coneix com a polielectròlit o ionòmer.
Microestructura
La microestructura d'un polímer (de vegades anomenada configuració) està relacionada amb la disposició física dels residus M al llarg de la cadena principal. Són elements de l'estructura P que requereixen la ruptura d'un enllaç covalent per canviar. L'estructura té una forta influència en altres propietats del P. Per exemple, dues mostres de cautxú natural poden mostrar una durabilitat diferent encara que les seves molècules continguin els mateixos monòmers.
Estructura i propietats dels polímers
És molt important aclarir aquest punt. Una característica microestructural important de l'estructura del polímer és la seva arquitectura i forma, que estan relacionades amb comels punts de ramificació condueixen a una desviació d'una cadena lineal simple. La molècula ramificada d'aquesta substància consta d'una cadena principal amb una o més cadenes laterals o ramificacions substituents. Els tipus de Ps ramificades inclouen Ps estrella, Ps de pinta, Ps de raspall, Ps dendronitzats, Ps d'escala i dendrímers. També hi ha polímers bidimensionals que consisteixen en unitats repetitives topològicament planes. Es poden utilitzar diverses tècniques per sintetitzar material P amb diversos tipus de dispositius, com ara la polimerització viva.
Altres qualitats
La composició i estructura dels polímers en la ciència dels polímers està relacionada amb com la ramificació condueix a la desviació d'una cadena P estrictament lineal. La ramificació es pot produir de manera aleatòria o les reaccions es poden dissenyar per orientar arquitectures específiques. Aquesta és una característica microestructural important. L'arquitectura d'un polímer afecta moltes de les seves propietats físiques, inclosa la viscositat de la solució i la fusió, la solubilitat en diverses composicions, la temperatura de transició vítrea i la mida de les bobines P individuals en solució. Això és important per estudiar els components continguts i l'estructura dels polímers.
Branching
Les ramificacions es poden formar quan l'extrem en creixement d'una molècula de polímer s'uneix (a) a si mateixa o (b) a una altra cadena P, ambdues que, mitjançant la retirada d'hidrogen, poden crear una zona de creixement per al centre. cadena.
Efecte de ramificació - reticulació química -formació d'enllaços covalents entre cadenes. La reticulació tendeix a augmentar la Tg i augmentar la força i la duresa. Entre altres usos, aquest procés s'utilitza per enfortir cautxús en un procés conegut com a vulcanització, que es basa en la reticulació del sofre. Els pneumàtics dels cotxes, per exemple, tenen una gran resistència i reticulació per reduir les fuites d'aire i augmentar la seva durabilitat. El cautxú, en canvi, no està reticulat, la qual cosa permet que la goma es desprengui i prevé danys al paper. La polimerització del sofre pur a temperatures més altes també explica per què es torna més viscós a temperatures més altes en estat fos.
Grid
Una molècula de polímer altament reticulat s'anomena xarxa P. Una relació d'enllaç a cadena (C) prou alta pot conduir a la formació d'una xarxa o gel anomenada infinit, en la qual cadascuna d'aquestes branques està lligada com a mínim a una altra.
Amb el desenvolupament continu de la polimerització viva, la síntesi d'aquestes substàncies amb una arquitectura específica és cada cop més fàcil. Són possibles arquitectures com estrella, pinta, raspall, dendronitzat, dendrímers i polímers d'anells. Aquests compostos químics amb arquitectura complexa es poden sintetitzar utilitzant compostos de partida especialment seleccionats, o primer sintetitzant cadenes lineals que experimenten reaccions posteriors per enllaçar-se entre si. Els P nuats consisteixen en moltes ciclitzacions intramolecularsenllaços en una cadena P (PC).
Branching
En general, com més gran sigui el grau de ramificació, més compacta serà la cadena polimèrica. També afecten l'entrellat de la cadena, la capacitat de lliscar-se entre si, que al seu torn afecta les propietats físiques a granel. Les soques de cadena llarga poden millorar la resistència del polímer, la duresa i la temperatura de transició vítrea (Tg) a causa d'un augment del nombre d'enllaços del compost. D' altra banda, un valor aleatori i curt de Z pot reduir la resistència del material a causa d'una violació de la capacitat de les cadenes d'interaccionar entre elles o de cristal·litzar, que es deu a l'estructura de les molècules de polímer.
Un exemple de l'efecte de la ramificació sobre les propietats físiques es pot trobar al polietilè. El polietilè d' alta densitat (HDPE) té un grau de ramificació molt baix, és relativament rígid i s'utilitza en la fabricació, per exemple, d'armilles antibales. D' altra banda, el polietilè de baixa densitat (LDPE) té una quantitat important de fils llargs i curts, és relativament flexible i s'utilitza en aplicacions com pel·lícules de plàstic. L'estructura química dels polímers afavoreix només aquestes aplicacions.
Dendrímers
Els dendrímers són un cas especial d'un polímer ramificat, on cada unitat monomèrica també és un punt de ramificació. Això tendeix a reduir l'entrellat i la cristal·lització de la cadena intermolecular. Una arquitectura relacionada, el polímer dendrític, no està perfectament ramificat però té propietats similars a les dels dendrímers.a causa del seu alt grau de ramificació.
El grau de complexitat estructural que es produeix durant la polimerització pot dependre de la funcionalitat dels monòmers utilitzats. Per exemple, en la polimerització radical lliure de l'estirè, l'addició de divinilbenzè, que té una funcionalitat de 2, donarà lloc a la formació de P ramificat.
Polímers d'enginyeria
Els polímers dissenyats inclouen materials naturals com ara cautxú, sintètics, plàstics i elastòmers. Són matèries primeres molt útils perquè les seves estructures es poden canviar i adaptar per produir materials:
- amb una varietat de propietats mecàniques;
- en una àmplia gamma de colors;
- amb diferents propietats de transparència.
Estructura molecular dels polímers
Un polímer està format per moltes molècules simples que repeteixen unitats estructurals anomenades monòmers (M). Una molècula d'aquesta substància pot constar de centenars a milions de M i tenir una estructura lineal, ramificada o de xarxa. Els enllaços covalents mantenen els àtoms units i els enllaços secundaris mantenen els grups de cadenes de polímers junts per formar el polimaterial. Els copolímers són tipus d'aquesta substància, que consisteixen en dos o més tipus diferents de M.
Un polímer és un material orgànic i la base de qualsevol tipus de substància és una cadena d'àtoms de carboni. Un àtom de carboni té quatre electrons a la seva capa exterior. Cadascun d'aquests electrons de valència pot formar un covalentun enllaç amb un altre àtom de carboni o amb un àtom estrany. La clau per entendre l'estructura d'un polímer és que dos àtoms de carboni poden tenir fins a tres enllaços en comú i encara s'uneixen amb altres àtoms. Els elements que es troben més comunament en aquest compost químic i els seus nombres de valència són: H, F, Cl, Bf i I amb 1 electró de valència; O i S amb 2 electrons de valència; n amb 3 electrons de valència i C i Si amb 4 electrons de valència.
Exemple de polietilè
La capacitat de les molècules per formar cadenes llargues és vital per fer un polímer. Considereu el material polietilè, que està fet de gas eta, C2H6. El gas etan té dos àtoms de carboni a la cadena, i cadascun té dos electrons de valència amb l' altre. Si s'uneixen dues molècules d'etan, un dels enllaços de carboni de cada molècula es pot trencar i les dues molècules es poden unir per un enllaç carboni-carboni. Després de connectar dos metres, queden dos electrons de valència lliures més a cada extrem de la cadena per connectar altres metres o cadenes P. El procés és capaç de continuar connectant més metres i polímers fins que s'atura mitjançant l'addició d'un altre producte químic (terminador) que omple l'enllaç disponible a cada extrem de la molècula. Això s'anomena polímer lineal i és el bloc de construcció dels compostos termoplàstics.
La cadena de polímer es mostra sovint en dues dimensions, però cal tenir en compte que tenen una estructura de polímer tridimensional. Cada enllaç té un angle de 109° aa continuació, i per tant la columna vertebral de carboni travessa l'espai com una cadena retorçada de TinkerToys. Quan s'aplica tensió, aquestes cadenes s'estiren i l'allargament P pot ser milers de vegades més gran que en les estructures cristal·lines. Aquestes són les característiques estructurals dels polímers.
