Dificilmente se pode imaginar a vida atual sem polímeros - substâncias sintéticas complexas que são amplamente utilizadas em vários campos da atividade humana. Polímeros são compostos de alto peso molecular de origem natural ou sintética, consistindo de monômeros ligados por ligações químicas. Um monômero é um elo de cadeia repetitivo que contém a molécula mãe.
Compostos macromoleculares orgânicos
Devido às suas propriedades únicas, compostos altamente moleculares substituem com sucesso materiais naturais como madeira, metal, pedra em várias esferas da vida, conquistando novos campos de aplicação. Para sistematizar um grupo tão extenso de substâncias, é adotada a classificação de polímeros de acordo com vários critérios. Estes incluem composição, método de produção, configuração espacial e assim por diante.
A classificação dos polímeros por composição química os divide em três grupos:
- Substâncias macromoleculares orgânicas.
- Compostos Organoelementos.
- Compostos macromoleculares inorgânicos.
O maior grupo é representado por DIUs orgânicos - resinas, borrachas, óleos vegetais, isto é, produtos de origem animal e vegetal. As macromoléculas dessas substâncias na cadeia principal, juntamente com os átomos de carbono, possuem átomos de oxigênio, nitrogênio e outros elementos.
Suas propriedades:
- tem a capacidade de reverter a deformação, isto é, a elasticidade a baixas cargas;
- em uma pequena concentração pode formar soluções viscosas;
- alterar as características físicas e mecânicas sob a influência de uma quantidade mínima de reagente;
- Com a ação mecânica, a orientação direcional de suas macromoléculas é possível.
Compostos Organoelementos
DIU organoelementais, cujas macromoléculas contêm, além de átomos de elementos inorgânicos - silício, titânio, alumínio - e radicais de hidrocarbonetos orgânicos, são criados artificialmente e, na natureza, não são. A classificação dos polímeros divide-os, por sua vez, em três grupos.
- O primeiro grupo são substâncias nas quais a cadeia principal é composta de átomos de certos elementos cercados por radicais orgânicos.
- O segundo grupo inclui substâncias com uma cadeia principal contendo átomos de carbono alternados e elementos como enxofre, nitrogênio e outros.
- O terceiro grupo inclui substâncias com espinhas orgânicas cercadas por vários grupos organoelementais.
Um exemplo são compostos de organossilício, em particular silicone, que tem alta resistência ao desgaste.
Os compostos macromoleculares inorgânicos na cadeia principal contêm óxidos de silício e metais - magnésio, alumínio ou cálcio. Eles não têm grupos atômicos orgânicos laterais. As ligações nas cadeias principais são covalentes e íon-covalentes, o que determina sua alta resistência e resistência ao calor. Estes incluem amianto, cerâmica, vidro de silicato, quartzo.
Marinha Carbochain e heterochain
A classificação de polímeros pela composição química da cadeia principal do polímero envolve a divisão dessas substâncias em dois grandes grupos.
- Carbochain, em que a cadeia principal da macromolécula do DIU consiste apenas em átomos de carbono.
- Heterocadeia, na qual outros átomos estão localizados na cadeia principal junto com átomos de carbono, conferindo a essa substância propriedades adicionais.
Cada um desses grandes grupos consiste nos seguintes subgrupos que diferem na estrutura da cadeia, o número de substituintes, sua composição e o número de ramificações laterais:
- compostos com ligações saturadas em cadeias, por exemplo, polietileno ou polipropileno;
- polímeros com ligações insaturadas na cadeia principal, por exemplo polibutadieno;
- compostos macromoleculares substituídos por halogéneo - teflon;
- álcoois poliméricos, um exemplo dos quais é álcool polivinílico;
- DIUs baseados em derivados de álcoois, um exemplo é o acetato de polivinilo;
- compostos derivados de aldeídos e cetonas, tais como poliacroleína;
- poleros derivados de idos carboxicos, dos quais o ido poliacrico um representante;
- substâncias derivadas de nitrilos (PAN);
- substâncias macromoleculares derivadas de hidrocarbonetos aromáticos, por exemplo poliestireno.
Divisão pela natureza do heteroatom
A classificação dos polímeros também pode depender da natureza dos heteroátomos e inclui vários grupos:
- com átomos de oxigênio na cadeia principal - poliésteres e peróxidos simples e complexos;
- compostos com o conteúdo na cadeia principal de átomos de nitrogênio - poliaminas e poliamidas;
- substâncias com átomos de oxigênio e nitrogênio na cadeia principal, por exemplo, poliuretanos;
- DIUs com átomos de enxofre na cadeia principal - politioésteres e politetrafassulfuretos;
- compostos em que átomos de fósforo estão presentes na cadeia principal.
Polímeros naturais
Atualmente, a classificação de polímeros por origem, por natureza química, que os divide da seguinte forma:
- Natural, eles também são chamados de biopolímeros.
- Substâncias artificiais de alto peso molecular.
- Compostos sintéticos.
Marinha Natural é a base da vida na Terra. As mais importantes são as proteínas - os "tijolos" dos organismos vivos, cujos monômeros são aminoácidos. As proteínas estão envolvidas em todas as reações bioquímicas do corpo, sem as quais o sistema imunológico não pode funcionar, processos de coagulação do sangue, formação de tecido ósseo e muscular, trabalho de conversão de energia e muito mais. Sem ácidos nucléicos, o armazenamento e transmissão de informações hereditárias é impossível.
Os polissacarídeos são hidrocarbonetos de alto peso molecular que, juntamente com proteínas, estão envolvidos no metabolismo. A classificação de polímeros por origem permite selecionar substâncias macromoleculares naturais em um grupo especial.
Polímeros artificiais e sintéticos
Polímeros artificiais são obtidos a partir de naturais por vários métodos de modificação química para dar-lhes as propriedades necessárias. Um exemplo é a celulose, da qual muitos plásticos são obtidos. A classificação de polímeros por origem caracteriza-os como substâncias artificiais. DIUs sintéticos são obtidos quimicamente usando reações de polimerização ou policondensação. Suas propriedades e, portanto, o escopo, dependem do comprimento da macromolécula, isto é, do peso molecular. Quanto maior, mais forte é o material obtido. A classificação de polímeros por origem é muito conveniente. Exemplos confirmam isso.
Macromoléculas Lineares
Qualquer classificação de polímeros é bastante arbitrária e cada uma tem suas próprias desvantagens, uma vez que não pode exibir todas as características desse grupo de substâncias. No entanto, ajuda a sistematizá-los de alguma forma. A classificação dos polímeros na forma de macromoléculas apresenta-os na forma dos seguintes três grupos:
- linear
- ramificado;
- espacial, que também são chamados de malha.
Cadeias longas, curvas ou em espiral de DIUs lineares conferem às substâncias algumas propriedades únicas:
- devido ao aparecimento de ligações intermoleculares formam fibras fortes;
- são capazes de deformações grandes e longas, mas ao mesmo tempo reversíveis;
- uma propriedade importante é sua flexibilidade;
- após a dissolução, estas substâncias formam soluções com alta viscosidade.
Macromoléculas ramificadas
Polímeros ramificados também têm uma estrutura linear, mas com muitos ramos laterais mais curtos do que o principal.Ao mesmo tempo, suas propriedades também mudam:
- a solubilidade das substâncias ramificadas é maior que linear, respectivamente, formam soluções de menor viscosidade;
- com um aumento no comprimento das cadeias laterais, as forças intermoleculares tornam-se mais fracas, o que leva a um aumento na maciez e elasticidade do material;
- quanto maior o grau de ramificação, mais as propriedades físicas dessa substância se aproximam das propriedades dos compostos comuns de baixo peso molecular.
Macromoléculas tridimensionais
Os compostos macromoleculares de malha são planos (tipo escada e parquet) e tridimensionais. Borracha plana inclui borracha natural e grafite. Em polímeros espaciais existem pontes cruzadas entre cadeias, formando uma grande macromolécula tridimensional, que possui uma extraordinária dureza.
Um exemplo é o diamante ou a queratina. Os compostos macromoleculares de malha são a base de borrachas, alguns tipos de plásticos, bem como adesivos e vernizes.
Termoplásticos e termofixos
A classificação de polímeros por origem e com relação ao aquecimento tem como objetivo caracterizar o comportamento dessas substâncias com a temperatura. Dependendo dos processos que ocorrem durante o aquecimento, resultados diferentes são obtidos. Se a interação intermolecular enfraquece e a energia cinética das moléculas aumenta, então a substância amolece, tornando-se um estado viscoso. Quando a temperatura diminui, volta ao seu estado normal - sua natureza química permanece inalterada. Tais substâncias são chamadas polímeros termoplásticos, por exemplo polietileno.
Outro grupo de compostos é chamado termoendurecível. O mecanismo de processos que ocorrem neles durante o aquecimento é completamente diferente. Na presença de ligações duplas ou grupos funcionais, eles interagem entre si, alterando a natureza química da substância. Não pode restaurar sua forma original após o resfriamento. Um exemplo é várias resinas.
Método de Polimerização
Outra classificação de polímeros é pelo método de preparação. Existem maneiras de obter um DIU:
- Polimerização, que pode ocorrer usando o mecanismo de reação iônica e radicais livres.
- Policondensação
Polimerização é o processo de formação de macromoléculas por conexão sequencial de unidades monoméricas. São geralmente substâncias de baixo peso molecular com múltiplas ligações e grupos cíclicos. Durante a reação, uma ligação dupla ou ligação no grupo cíclico se quebra e novas formam entre esses monômeros. Se monômeros da mesma espécie estão envolvidos na reação, isso é chamado de homopolimerização. Ao usar diferentes tipos de monômeros, ocorre uma reação de copolimerização.
A reação de polimerização é uma reação em cadeia que pode ocorrer espontaneamente, no entanto, substâncias ativas são usadas para acelerá-la. Com o mecanismo dos radicais livres, o processo prossegue em várias etapas:
- Iniciação Nesse estágio, por luz, calor, química ou algum outro tipo de influência, grupos ativos - radicais - são formados no sistema.
- Crescimento de comprimento de cadeia. Esta fase é caracterizada pela adição dos seguintes monômeros aos radicais para formar novos radicais.
- Uma cadeia aberta é obtida pela interação de grupos ativos com a formação de macromoléculas inativas.
É impossível controlar o momento da terminação da cadeia e, portanto, as macromoléculas resultantes diferem em diferentes pesos moleculares.
O princípio do mecanismo iônico da reação de polimerização é o mesmo do radical livre. Mas aqui, cátions e ânions atuam como centros ativos, portanto, polimerização catiônica e aniônica são distinguidos. Na indústria, os polímeros mais importantes são obtidos por polimerização radical: polietileno, poliestireno e muitos outros. A polimerização iônica é usada na produção de borrachas sintéticas.
Policondensação
O processo de formação de um composto de alto peso molecular com a separação de algumas substâncias de baixo peso molecular como um subproduto é policondensação, que difere da polimerização em que a composição elementar da macromolécula resultante não corresponde à composição das substâncias iniciais envolvidas na reação. Somente compostos com grupos funcionais podem participar neles, os quais, interagindo, dividem a molécula de uma substância simples e formam uma nova ligação. A policondensação de compostos bifuncionais produz polímeros lineares. Quando compostos polifuncionais estão envolvidos na reação, DIUs com uma estrutura ramificada ou mesmo espacial são formados. As substâncias de baixo peso molecular formadas durante a reação também interagem com os produtos intermediários, causando a terminação da cadeia. Portanto, é melhor removê-los da zona de reação.
Certos polímeros não podem ser obtidos por métodos conhecidos de polimerização ou policondensação, uma vez que não existem monómeros de partida necessários capazes de participar neles. Neste caso, a síntese do polímero é realizada com a participação de compostos de alto peso molecular contendo grupos funcionais que são capazes de reagir uns com os outros.
A classificação de polímeros está se tornando mais complicada a cada dia, à medida que mais e mais novos tipos dessas substâncias surpreendentes aparecem com propriedades predeterminadas, e uma pessoa não pensa mais em sua vida sem elas. No entanto, outro problema surge, não menos importante - a possibilidade de sua eliminação fácil e barata. A solução para este problema é muito importante para a existência do planeta.
