POLYME: LỊCH SỬ, SỰ TRÙNG HỢP, CÁC LOẠI, TÍNH CHẤT - HÓA HỌC - 2026

Các polyme là các hợp chất phân tử đặc trưng bởi có một khối lượng mol cao (từ hàng ngàn đến hàng triệu) và bao gồm một số lượng lớn các đơn vị, được gọi là monome, được lặp đi lặp lại.

Bởi vì chúng có đặc điểm là các phân tử lớn, những loài này được gọi là đại phân tử, điều này mang lại cho chúng những phẩm chất độc đáo rất khác so với những chất được quan sát thấy ở những loài nhỏ hơn, chỉ do loại chất này, chẳng hạn như xu hướng mà chúng có. tạo hình các cấu trúc kính.

Tương tự như vậy, vì chúng thuộc về một nhóm rất nhiều phân tử, nên nảy sinh nhu cầu phân loại chúng, đó là lý do tại sao chúng được chia thành hai loại: polyme có nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn như protein và axit nucleic; và những sản phẩm được sản xuất tổng hợp, chẳng hạn như nylon hoặc lucite (hay được gọi là Plexiglas).

Các học giả bắt đầu nghiên cứu khoa học đằng sau polyme vào những năm 1920, khi họ quan sát với sự tò mò và hoang mang về cách các chất như gỗ hoặc cao su hoạt động. Vì vậy, các nhà khoa học thời đó bắt đầu phân tích những hợp chất này rất có mặt trong cuộc sống hàng ngày.

Bằng cách đạt đến một mức độ hiểu biết nhất định về bản chất của các loài này, người ta có thể hiểu được cấu trúc của chúng và tiến tới việc tạo ra các đại phân tử có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển và cải tiến các vật liệu hiện có, cũng như sản xuất các vật liệu mới.

Tương tự như vậy, người ta đã biết rằng rất nhiều polyme quan trọng chứa các nguyên tử nitơ hoặc oxy trong cấu trúc của chúng, liên kết với các nguyên tử cacbon, tạo thành một phần của chuỗi chính của phân tử.

Tùy thuộc vào các nhóm chức chính là một phần của monome, chúng sẽ được đặt tên; Ví dụ, nếu monome được tạo thành bởi một este thì một polyester được tạo ra.

Lịch sử của polyme

Lịch sử của polyme phải được tiếp cận bắt đầu bằng các tham chiếu đến các polyme đầu tiên được biết đến.

Bằng cách này, một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên đã được sử dụng rộng rãi từ thời cổ đại (chẳng hạn như xenlulo hoặc da) chủ yếu được tạo thành từ polyme.

Thế kỷ XIX

Trái ngược với những gì người ta có thể nghĩ, thành phần của polyme là một ẩn số cho đến một vài thế kỷ trước, khi người ta bắt đầu xác định cách các chất này được hình thành, và họ thậm chí còn tìm cách thiết lập một phương pháp để sản xuất nhân tạo.

Lần đầu tiên thuật ngữ "polyme" được sử dụng là vào năm 1833, nhờ nhà hóa học Thụy Điển Jöns Jacob Berzelius, người đã sử dụng nó để chỉ các chất có bản chất hữu cơ có cùng công thức thực nghiệm nhưng có khối lượng mol khác nhau.

Nhà khoa học này cũng phụ trách việc đặt ra các thuật ngữ khác, chẳng hạn như "đồng phân" hoặc "xúc tác"; mặc dù cần lưu ý rằng vào thời điểm đó khái niệm của những cách diễn đạt này hoàn toàn khác với ý nghĩa của chúng ngày nay.

Sau một số thí nghiệm để thu được các polyme tổng hợp từ sự biến đổi của các loài polyme tự nhiên, việc nghiên cứu các hợp chất này ngày càng có liên quan.

Mục đích của những nghiên cứu này là đạt được sự tối ưu hóa các đặc tính đã biết của các polyme này và thu được các chất mới có thể đáp ứng các mục đích cụ thể trong các lĩnh vực khoa học khác nhau.

Thế kỷ XX

Nhận thấy cao su hòa tan trong dung môi có bản chất hữu cơ và sau đó dung dịch thu được có một số đặc điểm bất thường, các nhà khoa học lo ngại và không biết giải thích chúng như thế nào.

Thông qua những quan sát này, họ suy ra rằng những chất như thế này thể hiện một hành vi rất khác so với các phân tử nhỏ hơn, vì họ có thể quan sát trong khi nghiên cứu cao su và các đặc tính của nó.

Họ lưu ý rằng dung dịch được nghiên cứu có độ nhớt cao, giảm đáng kể điểm đóng băng và áp suất thẩm thấu nhỏ; Từ đó có thể suy ra rằng có một số chất tan có khối lượng mol rất lớn, nhưng các học giả từ chối tin vào khả năng này.

Những hiện tượng này, cũng được biểu hiện ở một số chất như gelatin hoặc bông, khiến các nhà khoa học thời đó nghĩ rằng những loại chất này được tạo thành từ tập hợp các đơn vị phân tử nhỏ, chẳng hạn như C ₅ H ₈ hoặc C _10. H ₁₆ , liên kết bởi lực giữa các phân tử.

Mặc dù suy nghĩ sai lầm này vẫn tồn tại trong một số năm, nhưng định nghĩa vẫn tồn tại cho đến ngày nay là định nghĩa được đưa ra bởi nhà hóa học người Đức và người đoạt giải Nobel Hóa học, Hermann Staudinger.

Thế kỷ XXI

Định nghĩa hiện tại về các cấu trúc này là các chất đại phân tử được liên kết bằng liên kết cộng hóa trị được Staudinger đưa ra vào năm 1920, người đã khăng khăng nghĩ ra và tiến hành các thí nghiệm cho đến khi ông tìm thấy bằng chứng cho lý thuyết này trong mười năm sau đó.

Sự phát triển của cái gọi là "hóa học polyme" bắt đầu và kể từ đó nó chỉ thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới, đếm trong số các trang lịch sử của nó, các nhà khoa học rất quan trọng, bao gồm Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, trong số những người khác, ngoài những người đã đặt tên trước đó.

Hiện nay, các đại phân tử cao phân tử được nghiên cứu trong các lĩnh vực khoa học khác nhau, chẳng hạn như khoa học polyme hoặc lý sinh, nơi các chất sinh ra từ liên kết các monome thông qua liên kết cộng hóa trị với các phương pháp và mục đích khác nhau được nghiên cứu.

Chắc chắn, từ các polyme tự nhiên như polyisoprene đến các polyme có nguồn gốc tổng hợp như polystyrene, chúng được sử dụng rất thường xuyên, mà không làm giảm tầm quan trọng của các loài khác như silicon, được tạo thành từ các monome dựa trên silicon.

Ngoài ra, một phần lớn các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp này được tạo thành từ hai hoặc nhiều lớp monome khác nhau, những loại cao phân tử này được đặt tên là đồng trùng hợp.

Sự trùng hợp

Để đi sâu vào chủ đề polyme, chúng ta phải bắt đầu bằng cách nói về nguồn gốc của từ polyme, xuất phát từ thuật ngữ tiếng Hy Lạp polys, có nghĩa là "rất nhiều"; và chỉ, dùng để chỉ "các bộ phận" của một cái gì đó.

Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ các hợp chất phân tử có cấu trúc được tạo thành từ nhiều đơn vị lặp lại, điều này gây ra đặc tính của khối lượng phân tử tương đối cao và các đặc điểm nội tại khác của chúng.

Do đó, các đơn vị tạo nên polyme dựa trên các loại phân tử có khối lượng phân tử tương đối nhỏ.

Theo cách hiểu này, thuật ngữ trùng hợp chỉ áp dụng cho các polyme tổng hợp, cụ thể hơn là cho các quá trình được sử dụng để thu được loại đại phân tử này.

Do đó, phản ứng trùng hợp có thể được định nghĩa là phản ứng hóa học được sử dụng để kết hợp các monome (từng monome một) để từ đó tạo ra các polyme tương ứng.

Như vậy, quá trình tổng hợp polyme được thực hiện thông qua hai dạng phản ứng chính là phản ứng cộng và phản ứng trùng ngưng sẽ được trình bày chi tiết dưới đây.

Phản ứng trùng hợp bằng phản ứng cộng

Loại trùng hợp này có sự tham gia của các phân tử không no có liên kết đôi hoặc liên kết ba trong cấu trúc của chúng, đặc biệt là liên kết cacbon-cacbon.

Trong các phản ứng này, các monome trải qua sự kết hợp với nhau mà không loại bỏ bất kỳ nguyên tử nào của chúng, ở đó các loại cao phân tử được tổng hợp bằng cách phá vỡ hoặc mở vòng có thể thu được mà không tạo ra sự loại bỏ các phân tử nhỏ.

Từ quan điểm động học, phản ứng trùng hợp này có thể được xem như một phản ứng gồm ba bước: bắt đầu, lan truyền và kết thúc.

Đầu tiên, sự khởi đầu của phản ứng xảy ra, trong đó sự gia nhiệt được áp dụng cho một phân tử được coi là chất khơi mào (ký hiệu là R ₂ ) để tạo ra hai loại gốc như sau:

R ₂ → 2R ∙

Nếu việc sản xuất polyetylen được sử dụng làm ví dụ, thì bước tiếp theo là nhân giống, trong đó gốc phản ứng được hình thành sẽ xử lý một phân tử etylen và một loại gốc mới được hình thành như sau:

R ∙ + CH ₂ = CH ₂ → R - CH ₂ –CH ₂ ∙

Gốc mới này sau đó được kết hợp với một phân tử ethylene khác, và quá trình này tiếp tục liên tiếp cho đến khi sự kết hợp của hai gốc chuỗi dài cuối cùng tạo ra polyethylene, trong phản ứng được gọi là kết thúc.

Phản ứng trùng hợp bằng phản ứng trùng ngưng

Trong trường hợp trùng hợp thông qua các phản ứng ngưng tụ, sự kết hợp của hai monome khác nhau thường xảy ra, ngoài việc loại bỏ một phân tử nhỏ, nói chung là nước.

Tương tự, các polyme được tạo ra bởi các phản ứng này thường có các dị nguyên tử, chẳng hạn như oxy hoặc nitơ, là một phần của xương sống của chúng. Nó cũng xảy ra rằng đơn vị lặp lại đại diện cho cơ sở của chuỗi của nó không có tất cả các nguyên tử trong đơn phân mà nó có thể bị phân hủy.

Mặt khác, có những phương pháp đã được phát triển gần đây hơn, trong đó phản ứng trùng hợp huyết tương là nổi bật, mà các đặc điểm của nó không hoàn toàn phù hợp với bất kỳ loại trùng hợp nào đã giải thích ở trên.

Theo cách này, các phản ứng trùng hợp có nguồn gốc tổng hợp, cả phản ứng cộng và phản ứng ngưng tụ, có thể xảy ra khi không có hoặc có mặt chất xúc tác.

Phản ứng trùng hợp ngưng tụ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhiều hợp chất thường thấy trong cuộc sống hàng ngày, chẳng hạn như dacron (hay còn gọi là polyester) hoặc nylon.

Các hình thức trùng hợp khác

Ngoài các phương pháp tổng hợp polyme nhân tạo này, còn có tổng hợp sinh học, được xác định là lĩnh vực nghiên cứu chịu trách nhiệm nghiên cứu các polyme sinh học, được chia thành ba loại chính: polynucleotit, polypeptit và polysaccharid.

Trong cơ thể sống, quá trình tổng hợp có thể được thực hiện một cách tự nhiên, thông qua các quá trình có sự hiện diện của các chất xúc tác như enzyme polymerase để sản xuất các polyme như axit deoxyribonucleic (DNA).

Trong các trường hợp khác, hầu hết các enzym được sử dụng trong quá trình trùng hợp sinh hóa là protein, là các polyme được hình thành trên cơ sở các axit amin và là chất thiết yếu trong phần lớn các quá trình sinh học.

Ngoài các chất tạo màng sinh học thu được bằng các phương pháp này, còn có những chất khác có giá trị thương mại lớn, chẳng hạn như cao su lưu hóa được sản xuất bằng cách nung nóng cao su có nguồn gốc tự nhiên với sự có mặt của lưu huỳnh.

Do đó, trong số các kỹ thuật được sử dụng để tổng hợp polyme thông qua biến đổi hóa học các polyme có nguồn gốc tự nhiên là hoàn thiện, liên kết chéo và oxy hóa.

Các loại polyme

Các loại polyme có thể được phân loại theo các đặc tính khác nhau; ví dụ, chúng được phân loại thành nhựa nhiệt dẻo, chất dẻo nhiệt hoặc chất đàn hồi theo phản ứng vật lý của chúng với sự gia nhiệt.

Hơn nữa, tùy thuộc vào loại monome mà chúng được hình thành, chúng có thể là đồng trùng hợp hoặc đồng trùng hợp.

Tương tự, tùy thuộc vào loại trùng hợp mà chúng được tạo ra, chúng có thể là polyme cộng hoặc trùng ngưng.

Tương tự như vậy, có thể thu được các polyme tự nhiên hoặc tổng hợp tùy thuộc vào nguồn gốc của chúng; hoặc hữu cơ hoặc vô cơ tùy thuộc vào thành phần hóa học của nó.

Tính chất

- Đặc điểm đáng chú ý nhất của nó là đặc điểm lặp đi lặp lại của các monome làm cơ sở cho cấu trúc của nó.

- Các tính chất điện của nó thay đổi tùy theo mục đích của nó.

- Chúng thể hiện các đặc tính cơ học như độ đàn hồi hoặc khả năng chống lại lực kéo, xác định hành vi vĩ mô của chúng.

- Một số polyme thể hiện các tính chất quang học quan trọng.

- Cấu trúc vi mô mà chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất khác của chúng.

- Các đặc tính hóa học của polyme được quyết định bởi tương tác hấp dẫn giữa các chuỗi tạo thành chúng.

- Tính chất vận chuyển của nó so với tốc độ chuyển động giữa các phân tử.

- Hành vi của các trạng thái tập hợp có liên quan đến hình thái của nó.

Ví dụ về polyme

Trong số lượng lớn các polyme tồn tại là:

Polystyrene

Được sử dụng trong các thùng chứa các loại khác nhau, cũng như trong các thùng chứa được sử dụng làm chất cách nhiệt (để làm lạnh nước hoặc trữ đá) và thậm chí trong đồ chơi.

Polytetrafluoroethylen

Được biết đến nhiều hơn với tên gọi Teflon, nó được sử dụng như một chất cách điện, cũng trong sản xuất các con lăn và để phủ các dụng cụ nhà bếp.

Polyvinyl clorua

Được sử dụng trong sản xuất các kênh tường, gạch ốp lát, đồ chơi và đường ống, polyme này có tên thương mại là PVC.

Người giới thiệu

1. Wikipedia. (sf). Polyme. Phục hồi từ en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Hóa học, ấn bản lần thứ chín. Mexico: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (sf). Giới thiệu về Polyme. Lấy từ chem.libretexts.org
4. Cowie, JMG và Arrighi, V. (2007). Polyme: Hóa học và Vật lý của Vật liệu Hiện đại, Ấn bản thứ ba. Đã khôi phục từ books.google.co.ve
5. Britannica, E. (nd). Polyme. Lấy từ britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polyme: Nguồn gốc và sự phát triển của khoa học. Đã khôi phục từ books.google.co.ve