Materiais de construção mais modernos medicamentos, tecidos, utensílios domésticos, embalagens e consumíveis são polímeros. Este é todo um grupo de compostos que possuem características distintivas. Existem muitos, mas, apesar disso, o número de polímeros continua crescendo. Afinal, os químicos sintéticos descobrem anualmente mais e mais novas substâncias. Ao mesmo tempo, era o polímero natural que era de particular importância em todos os momentos. O que são essas moléculas incríveis? Quais são suas propriedades e quais são os recursos? Responderemos a essas perguntas no decorrer do artigo.
Do ponto de vista da química, um polímero é considerado uma molécula com um enorme peso molecular: de vários milhares a milhões de unidades. No entanto, além dessa característica, existem várias outras pelas quais as substâncias podem ser classificadas precisamente como polímeros naturais e sintéticos. Isto:
Em geral, uma substância de natureza polimérica é bastante fácil de distinguir das outras. Basta olhar para sua fórmula para entendê-la. Um exemplo típico é o conhecido polietileno, amplamente utilizado na vida cotidiana e na indústria. É o produto no qual entra o eteno ou etileno. Reação em visão geral está escrito da seguinte forma:
nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH-CH-) n, onde n é o grau de polimerização das moléculas, mostrando quantas unidades monoméricas estão incluídas em sua composição.
Além disso, como exemplo, pode-se citar um polímero natural, bem conhecido de todos, é o amido. Além disso, amilopectina, celulose, proteína de frango e muitas outras substâncias pertencem a esse grupo de compostos.
As reações, como resultado das quais as macromoléculas podem ser formadas, são de dois tipos:
A diferença é que no segundo caso, os produtos de interação são de baixo peso molecular. A estrutura do polímero pode ser diferente, depende dos átomos que o formam. Muitas vezes existem formas lineares, mas também existem malhas tridimensionais, muito complexas.
Se falarmos sobre as forças e interações que mantêm unidas as unidades monoméricas, podemos identificar várias delas principais:
Todos os polímeros não podem ser combinados em uma categoria, pois têm natureza, método de formação e funções completamente diferentes. Suas propriedades também diferem. Portanto, existe uma classificação que permite dividir todos os representantes desse grupo de substâncias em diferentes categorias. Pode ser baseado em vários recursos.
Se tomarmos como base a composição qualitativa das moléculas, todas as substâncias em consideração podem ser divididas em três grupos.
Se dividirmos os polímeros por origem, podemos distinguir três grupos.
Há outro sinal subjacente à divisão das substâncias em consideração em grupos. Estes são reatividade e estabilidade térmica. Existem duas categorias para este parâmetro:
O mais antigo, importante e especialmente valioso ainda é um polímero natural. Suas propriedades são únicas. Portanto, vamos considerar mais esta categoria de macromoléculas.
Para responder a essa pergunta, vamos primeiro olhar ao nosso redor. O que nos rodeia? Organismos vivos ao nosso redor que se alimentam, respiram, reproduzem, florescem e produzem frutos e sementes. E o que eles representam do ponto de vista molecular? São conexões como:
Portanto, cada um dos compostos acima é um polímero natural. Assim, verifica-se que a vida ao nosso redor existe apenas devido à presença dessas moléculas. Desde os tempos antigos, as pessoas usam argila, misturas de construção e argamassas para fortalecer e criar uma casa, tecer fios de lã e usar algodão, seda, lã e pele de animal para criar roupas. Os polímeros orgânicos naturais acompanharam o homem em todas as fases de sua formação e desenvolvimento e de várias formas o ajudaram a alcançar os resultados que temos hoje.
A própria natureza deu tudo para tornar a vida das pessoas o mais confortável possível. Com o tempo, a borracha foi descoberta, suas notáveis propriedades foram esclarecidas. O homem aprendeu a usar o amido para fins alimentícios e a celulose para fins técnicos. A cânfora também é um polímero natural, que também é conhecido desde os tempos antigos. Resinas, proteínas, ácidos nucléicos são todos exemplos de compostos em consideração.
Nem todos os representantes esta aula substâncias são estruturadas da mesma maneira. Assim, os polímeros naturais e sintéticos podem diferir significativamente. Suas moléculas são orientadas de tal forma que é mais benéfico e conveniente existir do ponto de vista energético. Ao mesmo tempo, muitos espécies naturais são capazes de inchar e sua estrutura muda no processo. Existem várias opções mais comuns para a estrutura da cadeia:
Representantes artificiais e sintéticos de macromoléculas têm uma massa muito grande, um grande número de átomos. Eles são criados com propriedades especialmente especificadas. Portanto, sua estrutura foi originalmente planejada pelo homem. Os polímeros naturais são mais frequentemente lineares ou reticulados em sua estrutura.
Polímeros naturais e artificiais estão muito próximos uns dos outros. Afinal, o primeiro se torna a base para a criação do segundo. Existem muitos exemplos dessas transformações. Vamos dar uma olhada em alguns deles.
A substância, que é um polímero natural, também pode ser utilizada em sua forma verdadeira. Existem também muitos desses exemplos:
Obviamente, a classe de compostos que estamos considerando é muito numerosa, praticamente importante e significativa para as pessoas. Agora vamos dar uma olhada em vários representantes de polímeros naturais, que estão em grande demanda no momento.
A fórmula do polímero de seda natural é complexa, pois composição química expressa pelos seguintes componentes:
A própria proteína principal, a fibroína, contém vários tipos de aminoácidos em sua composição. Se você imaginar sua cadeia polipeptídica, ela se parecerá com isto: (-NH-CH 2 -CO-NH-CH (CH 3) -CO-NH-CH 2 -CO-) n. E isso é apenas parte disso. Se imaginarmos que uma molécula de proteína sericina igualmente complexa está ligada a essa estrutura com a ajuda das forças de van der Waals, e juntas elas são misturadas em uma única conformação com cera e gorduras, fica claro por que é difícil representar a fórmula de seda natural.
Hoje, a maior parte desse produto é fornecida pela China, pois em seus espaços abertos existe habitat habitats do principal produtor - o bicho-da-seda. Anteriormente, desde os tempos mais antigos, a seda natural era muito valorizada. Apenas pessoas nobres e ricas podiam comprar roupas dele. Hoje, muitas características desse tecido deixam muito a desejar. Por exemplo, é altamente magnetizado e enrugado, além disso, perde o brilho e desbota com a exposição ao sol. Portanto, derivados artificiais baseados nele são mais usados.
A lã também é um polímero natural, pois é um resíduo da pele e das glândulas sebáceas dos animais. Com base nisso produto proteico malhas são feitas, que, como a seda, é um material valioso.
O polímero natural de amido é um produto residual das plantas. Eles o produzem como resultado do processo de fotossíntese e se acumulam em diferentes partes do corpo. Sua composição química:
A estrutura espacial do amido é muito ramificada, desordenada. Graças à amilopectina incluída na composição, é capaz de inchar na água, transformando-se na chamada pasta. Este é usado na engenharia e na indústria. A medicina, a indústria alimentícia, a fabricação de adesivos para papel de parede também são áreas de uso dessa substância.
Entre as plantas que contêm a quantidade máxima de amido, podemos distinguir:
Com base neste biopolímero, coze-se pão, fazem-se massas, cozinham-se kissels, cereais e outros produtos alimentares.
Do ponto de vista da química, esta substância é um polímero, cuja composição é expressa pela fórmula (C 6 H 5 O 5) n. O elo monomérico na cadeia é a beta-glicose. Os principais locais de conteúdo de celulose são as paredes celulares das plantas. É por isso que a madeira é uma fonte valiosa desse composto.
A celulose é um polímero natural que possui uma estrutura espacial linear. É utilizado para a produção dos seguintes tipos de produtos:
Obviamente, seu valor industrial é grande. Para que um determinado composto seja utilizado na produção, ele deve primeiro ser extraído das plantas. Isso é feito pelo cozimento prolongado da madeira em dispositivos especiais. O processamento posterior, bem como os reagentes usados para a digestão, variam. Existem várias maneiras:
Após esse processamento, o produto ainda contém impurezas. É baseado em lignina e hemicelulose. Para se livrar deles, a massa é tratada com cloro ou álcali.
No corpo humano, não existem tais catalisadores biológicos que seriam capazes de quebrar este complexo biopolímero. No entanto, alguns animais (herbívoros) se adaptaram a isso. Eles têm certas bactérias no estômago que fazem isso por eles. Em troca, os microrganismos recebem energia para a vida e o habitat. Esta forma de simbiose é extremamente benéfica para ambas as partes.
É um polímero natural com valor importância econômica. Foi descrito pela primeira vez por Robert Cook, que o descobriu em uma de suas viagens. Aconteceu assim. Tendo desembarcado em uma ilha habitada por nativos desconhecidos para ele, ele foi hospitaleiramente recebido por eles. Sua atenção foi atraída por crianças locais que brincavam com um objeto incomum. Este corpo esférico empurrou o chão e saltou para o alto, depois voltou.
Tendo perguntado à população local de que era feito este brinquedo, Cook soube que o sumo de uma das árvores, a hevea, endurece desta forma. Muito mais tarde descobriu-se que este é o biopolímero de borracha.
A natureza química deste composto é conhecida - é o isopreno que sofreu polimerização natural. Fórmula da borracha (C 5 H 8) n. As suas propriedades, pelas quais é tão valorizada, são as seguintes:
No entanto, também existem desvantagens. No frio, torna-se quebradiço e quebradiço e, no calor, torna-se pegajoso e viscoso. É por isso que se tornou necessário sintetizar análogos de uma base artificial ou sintética. Hoje, as borrachas são amplamente utilizadas para fins técnicos e industriais. Os produtos mais importantes baseados neles:
É um polímero natural, pois em sua estrutura é uma resina, sua forma fóssil. A estrutura espacial é um polímero amorfo de armação. É muito inflamável e pode ser inflamado com uma chama de fósforo. Tem propriedades de luminescência. Esta é uma qualidade muito importante e valiosa que é usada em joias. Joias à base de âmbar são muito bonitas e procuradas.
Além disso, esse biopolímero também é utilizado em fins médicos. Lixa, revestimentos de verniz para várias superfícies também são feitos a partir dele.
Os materiais poliméricos são compostos químicos de alto peso molecular que consistem em numerosos monômeros de baixo peso molecular (unidades) da mesma estrutura. Freqüentemente, os seguintes componentes monoméricos são usados para a fabricação de polímeros: etileno, cloreto de vinila, decloreto de vinila, acetato de vinila, propileno, metacrilato de metila, tetrafluoretileno, estireno, uréia, melamina, formaldeído, fenol. Neste artigo, vamos considerar em detalhes o que são materiais poliméricos, quais são suas propriedades químicas e físicas, classificação e tipos.
Uma característica das moléculas deste material é grande que corresponde ao seguinte valor: М>5*103. Compostos com um nível mais baixo deste parâmetro (M=500-5000) são chamados de oligômeros. Em compostos de baixo peso molecular, a massa é inferior a 500. Os seguintes tipos são diferenciados materiais poliméricos: sintético e natural. Estes últimos incluem borracha natural, mica, lã, amianto, celulose, etc. No entanto, o lugar principal é ocupado por polímeros sintéticos, obtidos como resultado de um processo de síntese química a partir de compostos de baixo peso molecular. Dependendo do método de fabricação de materiais de alto peso molecular, distinguem-se os polímeros, que são criados por policondensação ou por uma reação de adição.
Este processo é uma combinação de componentes de baixo peso molecular em alto peso molecular para obter cadeias longas. O nível de polimerização é o número de "mers" nas moléculas de uma determinada composição. Na maioria das vezes, os materiais poliméricos contêm de mil a dez mil de suas unidades. Os seguintes compostos comumente usados são obtidos por polimerização: polietileno, polipropileno, cloreto de polivinila, politetrafluoretileno, poliestireno, polibutadieno, etc.
Este processo é uma reação em etapas, que consiste em combinar um grande número de monômeros do mesmo tipo ou um par de grupos diferentes (A e B) em policapacitores (macromoléculas) com a formação simultânea dos seguintes subprodutos: carbono dióxido, cloreto de hidrogênio, amônia, água, etc. Quando Com a ajuda da policondensação, são obtidos silicones, polissulfonas, policarbonatos, aminoplásticos, plásticos fenólicos, poliésteres, poliamidas e outros materiais poliméricos.
Este processo é entendido como a formação de polímeros como resultado de reações de adição múltipla de componentes monoméricos que contêm combinações reacionais limitantes a monômeros de grupos insaturados (ciclos ativos ou ligações duplas). Ao contrário da policondensação, a reação de poliadição ocorre sem quaisquer subprodutos. O processo mais importante desta tecnologia é a cura e produção de poliuretanos.
Por composição, todos os materiais poliméricos são divididos em inorgânicos, orgânicos e organoelementos. Os primeiros (mica, amianto, cerâmica, etc.) não contêm carbono atômico. Eles são baseados em óxidos de alumínio, magnésio, silício, etc. Os polímeros orgânicos constituem a classe mais extensa, eles contêm átomos de carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, halogênio e oxigênio. Materiais poliméricos organoelementares são compostos que nas cadeias principais possuem, além dos listados, átomos de silício, alumínio, titânio e outros elementos que podem se combinar com radicais orgânicos. Tais combinações não ocorrem na natureza. Estes são polímeros exclusivamente sintéticos. Representantes característicos desse grupo são compostos à base de organossilício, cuja cadeia principal é construída a partir de átomos de oxigênio e silício.
Para obter polímeros com as propriedades necessárias, a tecnologia geralmente usa não substâncias "puras", mas suas combinações com componentes orgânicos ou inorgânicos. bom exemplo materiais de construção poliméricos são usados: metal-plástico, plástico, fibra de vidro, concreto polimérico.
A peculiaridade das propriedades desses materiais se deve à sua estrutura, que, por sua vez, se divide nos seguintes tipos: linear-ramificada, linear, espacial com grandes grupos moleculares e estruturas geométricas muito específicas, além de escada. Vamos considerar brevemente cada um deles.
Materiais poliméricos com estrutura linearmente ramificada, além da cadeia principal de moléculas, possuem ramificações laterais. Esses polímeros incluem polipropileno e poliisobutileno.
Materiais com uma estrutura linear têm longas cadeias em zigue-zague ou espirais. Suas macromoléculas são caracterizadas principalmente por repetições de sítios em um grupo estrutural de um elo ou unidade química da cadeia. Polímeros com estrutura linear se distinguem pela presença de macromoléculas muito longas com uma diferença significativa na natureza das ligações ao longo da cadeia e entre elas. Isso se refere a ligações intermoleculares e químicas. As macromoléculas de tais materiais são muito flexíveis. E essa propriedade é a base das cadeias poliméricas, o que leva a características qualitativamente novas: alta elasticidade, bem como ausência de fragilidade no estado endurecido.
Agora vamos descobrir o que são materiais poliméricos com estrutura espacial. Essas substâncias formam, quando as macromoléculas são combinadas entre si, fortes ligações químicas na direção transversal. Como resultado, obtém-se uma estrutura de malha, que possui uma base não uniforme ou espacial da malha. Polímeros deste tipo têm maior resistência ao calor e rigidez do que os lineares. Esses materiais são a base de muitas substâncias estruturais não metálicas.
Moléculas de materiais poliméricos com estrutura em escada consistem em um par de cadeias que são conectadas por uma ligação química. Estes incluem polímeros de organossilício, que são caracterizados por maior rigidez, resistência ao calor e, além disso, não interagem com solventes orgânicos.
Esses materiais são sistemas que consistem em regiões amorfas e cristalinas. O primeiro deles ajuda a reduzir a rigidez, torna o polímero elástico, ou seja, capaz de grandes deformações reversíveis. A fase cristalina aumenta sua resistência, dureza, módulo de elasticidade e outros parâmetros, enquanto reduz a flexibilidade molecular da substância. A proporção do volume de todas essas áreas para o volume total é chamada de grau de cristalização, onde o nível máximo (até 80%) possui polipropilenos, fluoroplastos, polietilenos de alta densidade. Cloretos de polivinila, polietilenos de baixa densidade têm um menor grau de cristalização.
Dependendo de como os materiais poliméricos se comportam quando aquecidos, eles geralmente são divididos em termoendurecíveis e termoplásticos.
Esses materiais têm principalmente uma estrutura linear. Quando aquecidos, eles amolecem, mas como resultado das reações químicas que ocorrem neles, a estrutura muda para espacial e a substância se torna sólida. No futuro, essa qualidade é mantida. Os polímeros poliméricos são construídos com base neste princípio: seu aquecimento subsequente não amolece a substância, mas apenas leva à sua decomposição. A mistura termofixa acabada não se dissolve ou derrete, portanto, seu reprocessamento é inaceitável. Este tipo de material inclui silicone epóxi, fenol-formaldeído e outras resinas.
Esses materiais, quando aquecidos, primeiro amolecem e depois derretem e depois endurecem com o resfriamento subsequente. Os polímeros termoplásticos não sofrem alterações químicas durante este tratamento. Isso torna o processo completamente reversível. As substâncias deste tipo têm uma estrutura linear ramificada ou linear de macromoléculas, entre as quais atuam pequenas forças e não há absolutamente nenhuma ligação química. Estes incluem polietilenos, poliamidas, poliestirenos, etc. A tecnologia de materiais poliméricos do tipo termoplástico prevê sua fabricação por moldagem por injeção em moldes resfriados a água, prensagem, extrusão, sopro e outros métodos.
Os polímeros podem estar nos seguintes estados: sólido, líquido, amorfo, fase cristalina, bem como deformação altamente elástica, viscosa e vítrea. A ampla utilização de materiais poliméricos se deve à sua alta resistência a diversos meios agressivos, como ácidos concentrados e álcali. Eles não são afetados.Além disso, com o aumento de seu peso molecular, a solubilidade do material em solventes orgânicos diminui. E os polímeros com estrutura espacial geralmente não são afetados pelos líquidos mencionados.
A maioria dos polímeros são dielétricos, além disso, são materiais não magnéticos. De todos os materiais estruturais utilizados, apenas eles apresentam a menor condutividade térmica e a maior capacidade térmica, além de retração térmica (cerca de vinte vezes maior que a do metal). O motivo da perda de estanqueidade de vários conjuntos de vedação em condições de baixa temperatura é a chamada transição vítrea da borracha, bem como a diferença acentuada entre os coeficientes de expansão de metais e borrachas no estado vitrificado.
Os materiais poliméricos se distinguem por uma ampla gama de características mecânicas, que dependem fortemente de sua estrutura. Além desse parâmetro, as propriedades mecânicas de uma substância podem ser muito influenciadas por vários fatores externos. Estes incluem: temperatura, frequência, duração ou taxa de carregamento, tipo de estado de tensão, pressão, natureza do ambiente, tratamento térmico, etc. Uma característica das propriedades mecânicas dos materiais poliméricos é sua resistência relativamente alta com rigidez muito baixa (comparado aos metais).
Os polímeros são geralmente divididos em sólidos, cujo módulo de elasticidade corresponde a E = 1-10 GPa (fibras, filmes, plásticos) e substâncias macias altamente elásticas, cujo módulo de elasticidade é E = 1-10 MPa (borrachas) . As regularidades e o mecanismo de destruição desses e de outros são diferentes.
Os materiais poliméricos são caracterizados por uma anisotropia pronunciada de propriedades, bem como uma diminuição da resistência, o desenvolvimento de fluência sob a condição de carregamento de longo prazo. Junto com isso, eles têm uma resistência bastante alta à fadiga. Em comparação com os metais, eles diferem em uma dependência mais acentuada das propriedades mecânicas da temperatura. Uma das principais características dos materiais poliméricos é a deformabilidade (flexibilidade). De acordo com este parâmetro, em uma ampla faixa de temperatura, costuma-se avaliar suas principais propriedades operacionais e tecnológicas.
Agora considere uma das opções aplicação prática polímeros, revelando toda a gama desses materiais. Estas substâncias são amplamente utilizadas na construção e trabalhos de reparação e acabamento especialmente em pisos. A enorme popularidade é explicada pelas características das substâncias em questão: são resistentes à abrasão, têm baixa condutividade térmica, têm pouca absorção de água, são bastante resistentes e duras e possuem altas qualidades de tintas e vernizes. A produção de materiais poliméricos pode ser condicionalmente dividida em três grupos: linóleos (laminados), ladrilhos e misturas para pisos sem costura. Agora vamos olhar brevemente para cada um deles.
Os linóleos são feitos de tipos diferentes cargas e polímeros. Eles também podem incluir plastificantes, auxiliares de processamento e pigmentos. Dependendo do tipo de material polimérico, distinguem-se poliéster (gliftálico), cloreto de polivinila, borracha, coloxilina e outros revestimentos. Além disso, de acordo com a estrutura, são divididos em sem base e com base isolante de som e calor, monocamada e multicamada, com superfície lisa, felpuda e ondulada, mono e multicolorida.
Os materiais para pisos sem costura são os mais convenientes e higiênicos em operação, pois possuem alta resistência. Essas misturas são geralmente divididas em cimento polimérico, concreto polimérico e acetato de polivinila.
O desenvolvimento de tecnologias modernas levou ao surgimento de materiais com desempenho excepcional. Os materiais poliméricos podem ter pesos moleculares variando de vários milhares a vários milhões. As principais qualidades de tais materiais determinam sua ampla distribuição. Todos os anos, os polímeros respondem por todos os grande quantidade produtos manufaturados. É por isso que consideraremos seus recursos com mais detalhes.
O uso de polímeros é muito extenso. está conectado com qualidades especiais possuído pelo material em consideração. Hoje, os materiais poliméricos são encontrados nas mais diversas áreas, estão presentes em quase todos os lares. O processo de produção de materiais poliméricos está em constante aprimoramento, a composição está sendo alterada, com isso adquire novas qualidades operacionais.
As propriedades físicas dos polímeros podem ser caracterizadas da seguinte forma:
Considerando as características dos polímeros comuns, não se esqueça das seguintes qualidades:
Deve-se ter em mente que a composição química dos materiais poliméricos pode variar significativamente. O GOST apresenta um procedimento de avaliação qualitativa, baseado em pontos.
Os materiais poliméricos são amplamente utilizados na indústria, pois possuem maior resistência a reagentes inorgânicos. Por isso são utilizados na produção de tanques para água limpa ou reagentes de alta pureza.
Todas as informações acima determinam que os polímeros se tornaram simplesmente difundidos em uma ampla variedade de indústrias. No entanto, não se esqueça que existem várias dezenas de tipos básicos de materiais poliméricos, todos com qualidades específicas. É por isso que é necessário considerar detalhadamente a classificação dos materiais poliméricos.
Classificação de polímeros
Há um número razoavelmente grande de indicadores pelos quais os materiais poliméricos sintéticos podem ser classificados. Ao mesmo tempo, a classificação também afeta as principais qualidades operacionais. É por isso que consideramos as variedades de materiais poliméricos com mais detalhes.
A classificação é realizada de acordo com o estado de agregação:
- Sólido. Quase todas as pessoas estão familiarizadas com os polímeros, pois são usados na fabricação de caixas. electrodomésticos e outros utensílios domésticos. Outro nome para este material é plástico. Na forma sólida, o material polimérico tem resistência e ductilidade suficientemente altas.
- Materiais elásticos. A alta elasticidade da estrutura tem sido utilizada na produção de borracha, espuma de borracha, silicone e outros materiais similares. A maior parte é encontrada na construção como isolamento, que também está associado ao desempenho básico.
- Líquidos. Com base em polímeros, é produzido um número bastante grande de várias substâncias líquidas, a maioria das quais também é aplicável na construção. Um exemplo são as tintas, vernizes, selantes e muito mais.
Polímeros líquidos - tintas
Polímeros elásticos - revestimento de borracha
Tipos diferentes materiais poliméricos têm diferentes características de desempenho. É por isso que suas características devem ser consideradas. Existem polímeros disponíveis comercialmente que estão em estado líquido antes de serem combinados, mas depois de reagirem tornam-se sólidos.
Classificação dos polímeros por origem:
- Substâncias artificiais caracterizadas por alto peso molecular.
- Biopolímeros, que também são chamados de naturais.
- Sintético.
Os materiais poliméricos de origem sintética tornaram-se mais difundidos, uma vez que o desempenho excepcional é alcançado pela mistura de uma ampla variedade de substâncias. Polímeros artificiais são encontrados em quase todas as casas hoje.
A classificação de materiais sintéticos também é realizada de acordo com as características da rede molecular:
- Linear.
- Ramificado.
- Espacial.
A classificação também é realizada de acordo com a natureza do heteroátomo:
- A cadeia principal pode incluir um átomo de oxigênio. Tal estrutura em cadeia permite obter poliésteres e peróxidos complexos e simples.
- DIUs, que se caracterizam pela presença de um átomo de enxofre na cadeia principal. Devido a esta estrutura, são obtidos politioéteres.
- Você também pode encontrar compostos na cadeia principal dos quais existem átomos de fósforo.
- A cadeia principal pode incluir átomos de oxigênio e nitrogênio. O exemplo mais comum de tal estrutura pode ser chamado de poliuretanos.
- Poliaminas e poliamidas - representantes proeminentes materiais poliméricos que possuem átomos de nitrogênio em sua cadeia principal.
Além disso, existem dois grandes grupos materiais poliméricos:
- Carbochain - uma variante que tem a cadeia principal da macromolécula HMC com um átomo de carbono.
- Heterocadeia - uma estrutura que, além do átomo de carbono, também possui átomos de outras substâncias.
Há simplesmente um grande número de variedades de polímeros de cadeia de carbono:
- Compostos de alto peso molecular chamados Teflon.
- álcoois poliméricos.
- Estruturas com cadeias principais saturadas.
- Cadeias com ligações básicas saturadas, que são representadas por polietileno e polipropileno. Observe que hoje esses tipos de polímeros são simplesmente muito difundidos, são usados \u200b\u200bna produção de materiais de construção e outras coisas.
- Forças Navais, que são obtidas com base no processamento de álcoois.
- Substâncias derivadas do processamento do ácido carboxílico.
- Substâncias derivadas de nitrilos.
- Materiais que foram obtidos com base em Hidrocarbonetos aromáticos. O representante mais comum deste grupo é o poliestireno. Tem sido amplamente utilizado devido às suas altas qualidades isolantes. Hoje, o poliestireno é usado para isolar residências e instalações não residenciais, veículos e outros equipamentos.
Todas as informações acima determinam que existe simplesmente um grande número de variedades de materiais poliméricos. Este momento também determina sua ampla distribuição, aplicação em quase todas as indústrias e campos da atividade humana.
Aplicação de polímeros
A economia moderna e a vida das pessoas simplesmente não podem prescindir dos materiais poliméricos. Isso se deve ao fato de terem um custo relativamente baixo, caso necessário, o desempenho principal pode ser alterado para tarefas específicas.
Aplicação de materiais poliméricos
Considerando o uso de polímeros, deve-se atentar para os seguintes pontos:
- A produção ativa começou no início do século XX. Inicialmente, a tecnologia de produção consistia no processamento de matérias-primas de baixo peso molecular e celulose. Como resultado de seu processamento, surgiram tintas e filmes.
- Os polímeros modernos influenciaram o desenvolvimento de todas as indústrias. Na época do desenvolvimento do cinema, o surgimento de filmes transparentes possibilitou a realização das primeiras fotos.
- NO mundo moderno Materiais considerados poliméricos são usados em quase todas as indústrias. Um exemplo é o uso de polímeros na produção de brinquedos, equipamentos, remédios, tecidos, materiais de construção e muito mais. Além disso, eles se tornam parte de outros materiais para alterar seu desempenho básico, são usados no processamento de couro natural ou borracha. Com o uso do plástico, os fabricantes conseguiram reduzir o custo de computadores e dispositivos móveis, tornando-os mais leves e finos. Se compararmos metal e polímeros, a diferença de custo pode ser simplesmente enorme.
- A melhoria na tecnologia para a produção de materiais poliméricos levou ao surgimento de compósitos mais modernos, que têm sido utilizados na engenharia mecânica e em muitas outras indústrias.
- O uso do polímero também está associado ao espaço. A criação de aeronaves e vários satélites pode ser citada como exemplo. Uma redução significativa na massa permite superar a gravidade da Terra a um custo menor. Além disso, os polímeros são bem conhecidos por serem capazes de resistir a tensões ambientais, como flutuações de temperatura e umidade.
Inicialmente, substâncias de baixo peso molecular e baixa qualidade foram usadas como matéria-prima na produção de polímeros. É por isso que eles tinham um grande número de deficiências. No entanto, o aprimoramento das tecnologias de produção levou ao fato de que hoje os polímeros são altamente seguros de usar e não emitem substâncias nocivas ao meio ambiente. Portanto, eles se tornaram cada vez mais usados na fabricação de coisas usadas na vida cotidiana.
Em conclusão, notamos que a área em questão está em constante desenvolvimento, pelo que começaram a aparecer materiais compósitos. Eles são muito mais caros que os polímeros, mas possuem propriedades físicas, químicas e mecânicas excepcionais. Num futuro próximo, os materiais poliméricos continuarão a ser usados ativamente em uma ampla variedade de campos, uma vez que ainda não existem alternativas para substituí-los.
É incrível a diversidade dos objetos que nos rodeiam e dos materiais de que são feitos. Anteriormente, por volta dos séculos XV-XVI, os metais e a madeira eram os principais materiais, um pouco mais tarde o vidro e quase sempre a porcelana e a faiança. Mas o século de hoje é a época dos polímeros, que serão discutidos mais adiante.
Polímero. O que é isso? Você pode responder de diferentes pontos de vista. Por um lado, este material moderno usado para a fabricação de muitos utensílios domésticos e técnicos.
Por outro lado, pode-se dizer que se trata de uma substância sintética especialmente sintetizada, obtida com propriedades pré-determinadas para uso nas mais diversas especialidades.
Cada uma dessas definições está correta, apenas a primeira do ponto de vista doméstico e a segunda - do ponto de vista do produto químico. Outro definição químicaé o seguinte. Polímeros são compostos baseados em seções curtas da cadeia de uma molécula - monômeros. Eles são repetidos muitas vezes, formando uma macrocadeia polimérica. Os monômeros podem ser compostos orgânicos e inorgânicos.
Portanto, a pergunta é: "polímero - o que é isso?" - requer uma resposta detalhada e consideração de todas as propriedades e áreas de aplicação dessas substâncias.
Existem muitas classificações de polímeros de acordo com vários sinais (Natureza química, resistência ao calor, estrutura da corrente e assim por diante). Na tabela abaixo, revisamos brevemente os principais tipos de polímeros.
| Princípio | tipos | Definição | Exemplos |
| Por origem (origem) | Natural (natural) | Aqueles que ocorrem naturalmente, na natureza. Criado pela natureza. | DNA, RNA, proteínas, amido, âmbar, seda, celulose, borracha natural |
| Sintético | Obtidos em laboratório pelo homem, não estão relacionados com a natureza. | PVC, polietileno, polipropileno, poliuretano e outros | |
| artificial | Criado pelo homem em laboratório, mas baseado em | Celulóide, acetato de celulose, nitrocelulose | |
| Do ponto de vista da natureza química | natureza orgânica | A maioria de todos os polímeros conhecidos. baseado em monômero matéria orgânica(consiste em átomos de C, possivelmente incluindo N, S, O, P e outros). | Todos os polímeros sintéticos |
| natureza inorgânica | A base é composta por elementos como Si, Ge, O, P, S, H e outros. Propriedades dos polímeros: não são elásticos, não formam macrocadeias. | Polisilanos, polidiclorofosfazeno, poligermanos, ácidos polissílicos | |
| natureza do organoelemento | Mistura de polímeros orgânicos e inorgânicos. A cadeia principal é inorgânica, as cadeias laterais são orgânicas. | Polissiloxanos, policarboxilatos, poliorganociclofosfazenos. | |
| Diferença da cadeia principal | Homocadeia | A cadeia principal é carbono ou silício. | Polissilanos, poliestireno, polietileno e outros. |
| heterocadeia | A estrutura principal é composta de diferentes átomos. | Exemplos de polímeros são poliamidas, proteínas, etileno glicol. |
Polímeros de uma estrutura linear, em rede e ramificada também são distinguidos. A base de polímeros permite que eles sejam termoplásticos ou termofixos. Eles também têm diferenças em sua capacidade de deformar em condições normais.
Os dois principais estados de agregação característicos dos polímeros são:
Cada um é caracterizado por seu próprio conjunto de propriedades e é de grande importância prática. Por exemplo, se um polímero existe em estado amorfo, ele pode ser um líquido viscoso, uma substância vítrea e um composto altamente elástico (borrachas). Encontra ampla aplicação em indústrias químicas, construção, engenharia, fabricação de produtos industriais.
O estado cristalino dos polímeros é bastante condicional. Na verdade, esse estado é intercalado com seções amorfas da cadeia e, em geral, toda a molécula acaba sendo muito conveniente para a obtenção de fibras elásticas, mas ao mesmo tempo de alta resistência e duras.
Os pontos de fusão dos polímeros são diferentes. Muitos materiais amorfos se fundem à temperatura ambiente, e alguns cristalinos sintéticos podem suportar bastante temperaturas altas(plexiglass, fibra de vidro, poliuretano, polipropileno).
Os polímeros podem ser tingidos da forma mais Cores diferentes, sem Fronteiras. Devido à sua estrutura, eles são capazes de absorver a tinta e adquirir os tons mais brilhantes e inusitados.
As propriedades químicas dos polímeros diferem daquelas das substâncias de baixo peso molecular. Isso é explicado pelo tamanho da molécula, pela presença de vários grupos funcionais em sua composição e pela reserva total de energia de ativação.
Em geral, existem vários tipos principais de reações características dos polímeros:
Todas as reações acima são de grande importância na prática para a obtenção de polímeros com propriedades predeterminadas que são convenientes para os seres humanos. A química dos polímeros torna possível criar materiais resistentes ao calor, ácidos e alcalinos, que ao mesmo tempo tenham elasticidade e estabilidade suficientes.
O uso desses compostos é onipresente. Poucas áreas da indústria podem ser lembradas, economia nacional, ciência e tecnologia, que não precisariam de um polímero. O que é - economia de polímeros e uso generalizado, e a que se limita?
A química dos polímeros permite obter cada vez mais materiais novos e totalmente universais em suas propriedades, que não têm igual nem entre os metais, nem entre a madeira ou o vidro.
Antes de nomear produtos específicos feitos de polímeros (é impossível listar todos, sua diversidade é muito grande), primeiro você precisa descobrir o que um polímero oferece. O material que for obtido da Marinha servirá de base para futuros produtos.
Os principais materiais feitos de polímeros são:
Esta é apenas uma pequena lista da variedade que a química moderna oferece. Bem, aqui já fica claro quais objetos e produtos são feitos de polímeros - quase todos os utensílios domésticos, remédios e outras áreas ( janelas de plástico, cachimbos, pratos, ferramentas, móveis, brinquedos, filmes, etc.).
Já tocamos na questão das áreas em que os polímeros são usados. Exemplos mostrando sua importância em ciência e tecnologia podem ser dados a seguir:
Não há limites para a imaginação no uso de materiais poliméricos no mundo moderno.
Polímero. O que é isso? É praticamente tudo o que nos rodeia. Onde são produzidos?
Estas são as principais bases com base nas quais os materiais poliméricos são obtidos (sintetizados).
O autor deste artigo é o acadêmico Viktor Aleksandrovich Kabanov, um notável cientista no campo da química macromolecular, aluno e sucessor do acadêmico V.A. Kargin, um dos líderes mundiais em ciência de polímeros, fundador de uma grande escola científica, autor de um grande número de trabalhos, livros e material didático.
Polímeros (dos polímeros gregos - constituídos por muitas partes, diversas) são compostos químicos com alto peso molecular (de vários milhares a muitos milhões), cujas moléculas (macromoléculas) consistem em um grande número de grupos repetitivos (unidades monoméricas) . Os átomos que compõem as macromoléculas são conectados uns aos outros pelas forças das valências principais e (ou) de coordenação.
Por origem, os polímeros são divididos em naturais (biopolímeros), como proteínas, ácidos nucléicos, resinas naturais, e sintéticos, como polietileno, polipropileno, resinas de fenol-formaldeído.
Átomos ou grupos atômicos podem ser arranjados em uma macromolécula na forma:
Polímeros cujas moléculas consistem em unidades monoméricas idênticas são chamados de homopolímeros, por exemplo, cloreto de polivinila, policaproamida, celulose.
Macromoléculas de mesma composição química podem ser construídas a partir de unidades de diferentes configurações espaciais. Se as macromoléculas consistem nos mesmos estereoisômeros ou em diferentes estereoisômeros alternando em uma cadeia em uma certa frequência, os polímeros são chamados de estereoregulares (consulte Polímeros estereoregulares).
O que são copolímeros
Polímeros cujas macromoléculas contêm vários tipos de unidades monoméricas são chamados de copolímeros. Os copolímeros nos quais as ligações de cada tipo formam sequências contínuas suficientemente longas que se substituem dentro da macromolécula são chamados de copolímeros em bloco. Uma ou mais cadeias de outra estrutura podem ser ligadas aos elos internos (não terminais) de uma macromolécula de uma estrutura química. Esses copolímeros são chamados de copolímeros de enxerto (consulte também Copolímeros).
Os polímeros nos quais cada um ou alguns dos estereoisômeros de uma ligação formam sequências contínuas suficientemente longas que se substituem dentro de uma macromolécula são chamados de copolímeros estereobloco.
Dependendo da composição da cadeia principal (principal), os polímeros são divididos em: heterocadeia, cuja cadeia principal contém átomos vários elementos, na maioria das vezes carbono, nitrogênio, silício, fósforo e homocadeia, cujas cadeias principais são construídas a partir de átomos idênticos. Dos polímeros homochain, os mais comuns são os polímeros de cadeia de carbono, cujas cadeias principais consistem apenas em átomos de carbono, por exemplo, polietileno, polimetilmetacrilato, politetrafluoretileno. Exemplos de polímeros de heterocadeia. - poliésteres (tereftalato de polietileno, policarbonatos, etc.), poliamidas, resinas de ureia-formaldeído, proteínas, alguns polímeros de organossilício. polímeros cujas macromoléculas, juntamente com grupos de hidrocarbonetos, contêm átomos de elementos inorgânicos são chamados de polímeros de organoelementos (consulte Polímeros de organoelementos). um grupo separado de polímeros. formam polímeros inorgânicos, como enxofre plástico, cloreto de polifosfonitrila (consulte Polímeros inorgânicos).
Polímeros lineares têm um complexo específico e . As mais importantes dessas propriedades são: a capacidade de formar fibras e filmes anisotrópicos altamente orientados de alta resistência; a capacidade de desenvolver grandes deformações reversíveis a longo prazo; a capacidade de inchar em um estado altamente elástico antes da dissolução; soluções de alta viscosidade (ver Soluções de Polímeros, Inchaço). Esse conjunto de propriedades se deve ao alto peso molecular, estrutura em cadeia e flexibilidade das macromoléculas. Com a transição de cadeias lineares para grades tridimensionais esparsas e ramificadas e, finalmente, para estruturas de rede densas, esse conjunto de propriedades torna-se cada vez menos pronunciado. Polímeros altamente reticulados são insolúveis, infusíveis e incapazes de deformações altamente elásticas.
Os polímeros podem existir nos estados cristalino e amorfo. Condição necessaria cristalização - a regularidade de seções suficientemente longas da macromolécula. em polímeros cristalinos. é possível o aparecimento de várias estruturas supramoleculares (fibrilas, esferulitos, monocristais, etc.), cujo tipo determina em grande parte as propriedades do material polimérico. As estruturas supramoleculares em polímeros não cristalizados (amorfos) são menos pronunciadas do que nos cristalinos.
Os polímeros não cristalizados podem estar em três estados físicos: vítreo, altamente elástico e viscoso. polímeros com uma temperatura de transição baixa (abaixo da sala) de um estado vítreo para um altamente elástico são chamados de elastômeros, e aqueles com alta temperatura são chamados de plásticos. Dependendo da composição química, estrutura e arranjo mútuo de macromoléculas, as propriedades dos polímeros. pode variar em uma faixa muito ampla. Assim, o 1,4-cis-polibutadieno, construído a partir de cadeias de hidrocarbonetos flexíveis, a uma temperatura de cerca de 20 graus C é um material elástico, que a uma temperatura de -60 graus C passa para o estado vítreo; O polimetilmetacrilato, construído a partir de cadeias mais rígidas, a uma temperatura de cerca de 20 graus C, é um produto vítreo sólido que passa para um estado altamente elástico apenas a 100 graus C.
A celulose, um polímero com cadeias muito rígidas conectadas por pontes de hidrogênio intermoleculares, não pode existir em um estado altamente elástico até a temperatura de sua decomposição. Grandes diferenças nas propriedades de P. podem ser observadas mesmo que as diferenças na estrutura das macromoléculas sejam pequenas à primeira vista. Então, poliestireno estereoregular - substância cristalina com um ponto de fusão de cerca de 235 graus C e não estereoregular (atático) não é capaz de cristalizar e amolece a uma temperatura de cerca de 80 graus C.
Os polímeros podem entrar nos seguintes tipos principais de reações: a formação de ligações químicas entre macromoléculas (o chamado cross-linking), por exemplo, durante a vulcanização de borrachas, curtimento de couro; a quebra de macromoléculas em fragmentos separados e mais curtos (ver Degradação de polímeros); reações de grupos funcionais laterais de polímeros. com substâncias de baixo peso molecular que não afetam a cadeia principal (as chamadas transformações análogas ao polímero); reações intramoleculares que ocorrem entre grupos funcionais de uma macromolécula, por exemplo, ciclização intramolecular. A reticulação geralmente ocorre simultaneamente com a degradação. Um exemplo de transformações análogas ao polímero é a saponificação do acetato de polivinila, levando à formação do álcool polivinílico.
A taxa de reações de polímeros. com substâncias de baixo peso molecular é frequentemente limitada pela taxa de difusão desta última na fase de polímero. Isso é mais claramente manifestado no caso de polímeros reticulados. A taxa de interação de macromoléculas com substâncias de baixo peso molecular geralmente depende significativamente da natureza e localização das unidades vizinhas em relação à unidade de reação. O mesmo se aplica às reações intramoleculares entre grupos funcionais pertencentes à mesma cadeia.
Algumas propriedades dos polímeros, como solubilidade, fluxo viscoso, estabilidade, são muito sensíveis à ação de pequenas quantidades de impurezas ou aditivos que reagem com macromoléculas. Portanto, para transformar os polímeros lineares de solúveis em completamente insolúveis, basta formar 1-2 reticulações por macromolécula.
As características mais importantes dos polímeros são composição química, peso molecular e distribuição do peso molecular, grau de ramificação e flexibilidade das macromoléculas, estereoregularidade, etc. Propriedades dos polímeros. fortemente dependente dessas características.
Os polímeros naturais são formados durante a biossíntese nas células dos organismos vivos. Usando extração, precipitação fracionada e outros métodos, eles podem ser isolados de matérias-primas vegetais e animais. Os polímeros sintéticos são obtidos por polimerização e policondensação. Os polímeros de carbocadeia são geralmente sintetizados pela polimerização de monômeros com uma ou mais ligações carbono-carbono múltiplas ou monômeros contendo grupos carbocíclicos instáveis (por exemplo, do ciclopropano e seus derivados). Os polímeros de heterocadeia são obtidos por policondensação, bem como pela polimerização de monômeros contendo múltiplas ligações de elementos de carbono (por exemplo, C \u003d O, C º N, N \u003d C \u003d O) ou grupos heterocíclicos fracos (por exemplo, em olefina óxidos, lactâmicos).
Devido à resistência mecânica, elasticidade, isolamento elétrico e outras propriedades valiosas, os produtos poliméricos são usados em várias indústrias e na vida cotidiana. Os principais tipos de materiais poliméricos são plásticos, borracha, fibras (ver Fibras têxteis, Fibras químicas), vernizes, tintas, adesivos e resinas de troca iônica. A importância dos biopolímeros é determinada pelo fato de que eles formam a base de todos os organismos vivos e estão envolvidos em quase todos os processos da vida.
Referência da história. O termo "polímero" foi introduzido na ciência por I. Berzelius em 1833 para designar um tipo especial de isomerismo, no qual substâncias (polímeros) com a mesma composição têm pesos moleculares diferentes, por exemplo, etileno e butileno, oxigênio e ozônio. Assim, o conteúdo do termo não correspondia às ideias modernas sobre polímeros. Os polímeros sintéticos "verdadeiros" ainda não eram conhecidos naquela época.
Vários polímeros foram aparentemente obtidos já na primeira metade do século XIX. No entanto, os químicos geralmente tentavam suprimir a polimerização e a policondensação, o que levava à "goma" dos produtos dos principais reação química, ou seja, de fato, à formação de um polímero. (Até agora, os polímeros eram muitas vezes referidos como "resinas"). As primeiras referências a polímeros sintéticos datam de 1838 (cloreto de polivinilideno) e 1839 (poliestireno).
A química dos polímeros surgiu apenas em conexão com a criação de A. M. Butlerov da teoria da estrutura química (início dos anos 60 do século XIX). A. M. Butlerov estudou a relação entre a estrutura e a estabilidade relativa das moléculas, que se manifesta nas reações de polimerização. A ciência dos polímeros recebeu seu maior desenvolvimento (até o final dos anos 20 do século 20) principalmente devido a busca intensiva métodos para a síntese de borracha, nos quais participaram cientistas importantes de vários países (G. Bouchard, W. Tilden, o cientista alemão C. Garries, I. L. Kondakov, S. V. Lebedev e outros). Nos anos 30. a existência de radicais livres (H. Staudinger e outros) e mecanismos iônicos (cientista americano F. Whitmore e outros) de polimerização foi comprovada. O trabalho de W. Carothers desempenhou um papel importante no desenvolvimento de ideias sobre policondensação.
Do início dos anos 20. século 20 idéias teóricas sobre a estrutura dos polímeros também estão sendo desenvolvidas. Inicialmente, assumiu-se que biopolímeros como celulose, amido, borracha, proteínas, bem como alguns polímeros sintéticos semelhantes em propriedades a eles (por exemplo, poliisopreno), consistem em pequenas moléculas que possuem habilidade incomum associam-se em solução em complexos de natureza coloidal devido a ligações não covalentes (a teoria dos "pequenos blocos"). O autor de uma ideia fundamentalmente nova de polímeros como substâncias que consistem em macromoléculas, partículas de peso molecular extraordinariamente grande, foi G. Staudinger. A vitória das ideias desse cientista (no início da década de 1940) nos obrigou a considerar os polímeros como um objeto de estudo qualitativamente novo em química e física.
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V. A. Kabanov. Fonte www.rubricon.ru
