Hóa học polymer

Polyme, bất kỳ loại chất tự nhiên hoặc tổng hợp nào bao gồm các phân tử rất lớn, được gọi là đại phân tử, là bội số của các đơn vị hóa học đơn giản hơn gọi là monome. Polyme tạo thành nhiều vật liệu trong các sinh vật sống, bao gồm, ví dụ, protein, cellulose và axit nucleic. Hơn nữa, chúng tạo thành cơ sở của các khoáng chất như kim cương, thạch anh, và fenspat và các vật liệu nhân tạo như bê tông, thủy tinh, giấy, nhựa và cao su.

cuộc sống: Sản xuất polymer

Sự hình thành các polyme, các phân tử chuỗi dài được tạo thành từ các đơn vị lặp lại của các đơn phân (các khối xây dựng thiết yếu được đề cập ở trên), là

Từ polymer chỉ định một số lượng đơn vị monome không xác định. Khi số lượng monome rất lớn, hợp chất đôi khi được gọi là polymer cao. Polyme không bị giới hạn ở các monome có cùng thành phần hóa học hoặc trọng lượng và cấu trúc phân tử. Một số polymer tự nhiên bao gồm một loại monome. Tuy nhiên, hầu hết các polyme tự nhiên và tổng hợp được tạo thành từ hai hoặc nhiều loại monome khác nhau; các polyme như vậy được gọi là copolyme.

Polyme hữu cơ đóng một vai trò quan trọng trong các sinh vật sống, cung cấp các vật liệu cấu trúc cơ bản và tham gia vào các quá trình sống quan trọng. Ví dụ, các phần rắn của tất cả các nhà máy được tạo thành từ các polyme. Chúng bao gồm cellulose, lignin và các loại nhựa khác nhau. Cellulose là một polysacarit, một loại polymer bao gồm các phân tử đường. Lignin bao gồm một mạng lưới polyme ba chiều phức tạp. Nhựa gỗ là polymer của một hydrocarbon đơn giản, isopren. Một loại polymer isopren quen thuộc khác là cao su.

Các polyme tự nhiên quan trọng khác bao gồm các protein, đó là các polyme của axit amin và axit nucleic, là các polyme của nucleotide, các phân tử phức tạp gồm các bazơ chứa nitơ, đường và axit photphoric. Các axit nucleic mang thông tin di truyền trong tế bào. Tinh bột, nguồn năng lượng thực phẩm quan trọng có nguồn gốc từ thực vật, là các polymer tự nhiên bao gồm glucose.

Nhiều polyme vô cơ cũng được tìm thấy trong tự nhiên, bao gồm kim cương và than chì. Cả hai đều bao gồm carbon. Trong kim cương, các nguyên tử carbon được liên kết trong một mạng lưới ba chiều tạo cho vật liệu có độ cứng. Trong than chì, được sử dụng làm chất bôi trơn và trong các đầu bút chì, các liên kết các nguyên tử carbon trong các mặt phẳng có thể trượt qua nhau.

Polyme tổng hợp được sản xuất trong các loại phản ứng khác nhau. Nhiều hydrocacbon đơn giản, chẳng hạn như ethylene và propylene, có thể được chuyển đổi thành polymer bằng cách thêm một monome sau một monome khác vào chuỗi đang phát triển. Polyetylen, bao gồm các monome ethylene lặp lại, là một polymer bổ sung. Nó có thể có tới 10.000 monome tham gia vào chuỗi dài cuộn. Polyetylen là tinh thể, mờ, và nhựa nhiệt dẻo, tức là nó mềm khi đun nóng. Nó được sử dụng cho lớp phủ, bao bì, các bộ phận đúc, và sản xuất chai và container. Polypropylen cũng là tinh thể và nhựa nhiệt dẻo nhưng cứng hơn polyetylen. Các phân tử của nó có thể bao gồm từ 50.000 đến 200.000 monome. Hợp chất này được sử dụng trong ngành dệt may và chế tạo các vật đúc.

Các polyme bổ sung khác bao gồm polybutadiene, polyisoprene và polychloroprene, tất cả đều quan trọng trong sản xuất cao su tổng hợp. Một số polyme, chẳng hạn như polystyrene, thủy tinh và trong suốt ở nhiệt độ phòng, cũng như là nhựa nhiệt dẻo. Polystyrene có thể được tô màu bất kỳ sắc thái nào và được sử dụng trong sản xuất đồ chơi và các đồ vật bằng nhựa khác.

Nếu một nguyên tử hydro trong ethylene được thay thế bằng nguyên tử clo, vinyl clorua được sản xuất. Chất này trùng hợp với polyvinyl clorua (PVC), một vật liệu nhiệt dẻo không màu, cứng, dai, có thể được sản xuất ở một số dạng, bao gồm bọt, màng và sợi. Vinyl acetate, được sản xuất bởi phản ứng của ethylene và axit axetic, trùng hợp thành nhựa vô định hình, mềm được sử dụng làm chất phủ và chất kết dính. Nó đồng trùng hợp với vinyl clorua để tạo ra một họ lớn các vật liệu nhiệt dẻo.

Nhiều polyme quan trọng có các nguyên tử oxy hoặc nitơ, cùng với các nguyên tử carbon, trong chuỗi xương sống. Trong số các vật liệu cao phân tử như vậy với các nguyên tử oxy là polyacetals. Polyacet đơn giản nhất là polyformaldehyd. Nó có điểm nóng chảy cao và là tinh thể và chống mài mòn và tác động của dung môi. Nhựa Acet giống như kim loại hơn bất kỳ loại nhựa nào khác và được sử dụng trong sản xuất các bộ phận của máy như bánh răng và vòng bi.

Một polymer tuyến tính được đặc trưng bởi sự lặp lại của các nhóm ester dọc theo chuỗi xương sống được gọi là polyester. Polyesters chuỗi mở là vật liệu không màu, tinh thể, nhiệt dẻo. Những loại có trọng lượng phân tử cao (10.000 đến 15.000 phân tử) được sử dụng trong sản xuất màng, vật đúc và sợi như Dacron.

Các polyamit bao gồm các protein casein tự nhiên, được tìm thấy trong sữa và zein, được tìm thấy trong ngô (ngô), từ đó nhựa, sợi, chất kết dính và chất phủ được tạo ra. Trong số các polyamit tổng hợp có nhựa urê-formaldehyd, là loại nhiệt rắn. Chúng được sử dụng để sản xuất các vật đúc và làm chất kết dính và lớp phủ cho hàng dệt và giấy. Cũng quan trọng là các loại nhựa polyamide được gọi là nylons. Chúng mạnh mẽ, chịu được nhiệt và mài mòn, không cháy và không độc hại, và chúng có thể được tô màu. Sử dụng nổi tiếng nhất của họ là sợi dệt, nhưng họ có nhiều ứng dụng khác.

Một họ quan trọng khác của polyme hữu cơ tổng hợp được hình thành từ sự lặp lại tuyến tính của nhóm urethane. Polyurethan được sử dụng trong việc tạo ra các sợi đàn hồi được gọi là spandex và trong sản xuất các lớp phủ và bọt mềm và cứng.

Một loại polymer khác nhau là các hợp chất hữu cơ - vô cơ hỗn hợp. Các đại diện quan trọng nhất của gia đình polymer này là silicon. Xương sống của chúng bao gồm các nguyên tử silicon và oxy xen kẽ với các nhóm hữu cơ gắn liền với mỗi nguyên tử silicon. Silicones với trọng lượng phân tử thấp là dầu và mỡ. Các loài có trọng lượng phân tử cao hơn là các vật liệu đàn hồi linh hoạt, vẫn mềm và cao su ở nhiệt độ rất thấp. Chúng cũng tương đối ổn định ở nhiệt độ cao.

Các polyme có chứa Fluorocarbon, được gọi là fluoropolyme, được tạo thành từ các liên kết flo cacbon cacbon, có tính ổn định cao và làm cho hợp chất kháng với dung môi. Bản chất của liên kết cacbon cacbon fluor tiếp tục truyền đạt chất lượng không dính cho fluoropolyme; điều này được thể hiện rộng rãi nhất trong polytetrafluoroetylen (PFTE).