Polimer

Termenul „Polimer” se referă la o macromoleculă formată din mai multe molecule de același tip (sau chiar și mai multe) de atomi (sau direct grupuri de atomi). Acest lucru este valabil deoarece multe din proprietățile chimice și fizice nu se schimbă atunci când eliminăm sau adăugăm una (sau mai multe) unități constituționale similare.

Polimerii moderni de astăzi sunt de obicei creați cu ajutorul unui proces cunoscut sub numele de policondensare sau, eventual, polimerizare.

Cheia diferenței dintre alte materiale și polimeri constă în așa-numita structură aranjată în lanțuri a tuturor moleculelor conținute în ele – de obicei este vorba de structuri liniare lungi de atomi (sau grupuri de atomi) interconectați, în care se observă o structură regulată. Aceasta poate (dar nu trebuie) să fie uneori întreruptă din cauza ramificării (cunoscută ca polimeri grefați sau polimeri ramificați, respectiv rețele polimerice).

Informația de mai sus este importantă deoarece altfel, am putea considera ca fiind polimeri și, de exemplu, diamantele (sau grafenul, astăzi atât de popular), deoarece masele lor moleculare sunt la fel de mari.

Dar pentru a avea informații complete – în trecut, termenul de polimer se referea doar la substanțele macromoleculare formate din molecule cu formula Xn „(numărul n indica de câte ori se repetă structura). Nu trebuie să uităm că astăzi polimerii includ și substanțe de origine nechimică: de exemplu, acizii nucleici și diferite proteine. Aceasta, desigur, se datorează faptului că structura moleculei lor constă dintr-un număr gigantic de elemente structurale foarte similare, care se repetă continuu.

În scopul de a clarifica mai bine domeniul chimiei și al polimerilor moderni, oamenii de știință au decis să facă o distincție clară și evidentă: de exemplu, toți polimerii de origine biologică sunt astăzi incluși sub conceptul de biopolimeri (sau substanțe biomacromoleculare). De exemplu – unul dintre cei mai cunoscuți biopolimeri este celuloza, care conține aproximativ o mie de unități de glucoză. Acesta este și motivul pentru care celuloza are o masă moleculară relativ mare (aproximativ 200 de mii).

Exemple de polimeri chimici comuni din practică

Unul dintre cei mai cunoscuți reprezentanți ai polimerilor chimici comuni este polietilena, care poate fi reprezentată astfel:

H―(CH2)n―H

sau:

H―(CH2―CH2)n―H

atunci când se dorește sublinierea că a rezultat prin polimerizarea etenei/etilenei.

Un alt polimer destul de bine cunoscut este așa-numitul polibutadien (este cel mai vechi cauciuc sintetic):

H―(CH2―CH═CH―CH2)n―H

dar putem avea și polibutadien terminat cu un grup hidroxil (HTPB), care, în schimb, arată astfel:

HO―(CH2―CH═CH―CH2)n―OH

Un alt exemplu bun de polimer modern (și deja nu chiar simplu) este și policlorura de vinil (PVC):

H―(CH2―CHCl)n―H

Ce structuri pot avea polimerii?

Toți polimerii menționați mai sus au structuri drepte și neramificate. Însă, dacă dorim să cunoaștem un polimer mai complex, un reprezentant bun este cauciucul natural bine cunoscut tuturor. Cauciucul natural derivă din unitatea monomerică a hidrocarburii izopren (sau servește și polistirenul de proveniență sintetică).

Polimerii de toate tipurile, desigur, nu trebuie să fie neapărat simpli și liniari. Chiar și între conexiunile unităților monomerice pot apărea legături chimice – acestea formează o structură spațială/suprafață specifică și unică a polimerului respectiv.

Toți polimerii pot fi, bineînțeles, formați din mai mult de un monomer și, prin urmare, sunt numiți copolimeri. În acest caz, moleculele pot sau nu să aibă o structură regulată a unităților lor monomerice. Din aceasta rezultă logic că atât acizii nucleici, cât și proteinele sunt, din acest punct de vedere, copolimeri clari.

Ce proprietăți mecanice au polimerii?

Factorul cel mai important, care interesează în mod clar umanitatea la toți polimerii chimici, sunt proprietățile lor mecanice și fizice. Acestea sunt cele care determină cum se va comporta polimerul respectiv în lumea macro și la o scară mai mare.

• Rezistența la tracțiune – această proprietate a materialului respectiv (iar polimerii nu fac excepție) determină cât de mare este prelungirea pe care polimerul o poate suporta înainte de a se rupe. Aceasta este o caracteristică foarte importantă, deoarece este de obicei factorul cel mai important la acestea. În general, se poate spune că rezistența la tracțiune a unui anumit polimer crește odată cu lungimea lanțului său/crearea unei structuri mai complexe de tip rețea, ca în cazul celulozei.
• Modulul elastic – specifică cât de elastic este un anumit polimer. Este definit pentru fibre de anumite dimensiuni și grosimi. Valoarea aceasta nu este fixă și se schimbă substanțial în funcție de temperatură.