Apa itu polimer sintetik? polimer alami dan sintetis. Pembagian menurut sifat heteroatom

Seperti yang dapat Anda lihat dari contoh mempertimbangkan senyawa organik dari alam hidup, banyak dari mereka yang bersifat polimer.

Zat dan bahan polimer berdasarkan mereka telah dengan kuat memasuki kehidupan sehari-hari seseorang. Berbagai bidang aplikasinya memerlukan pemberian sifat-sifat zat ini yang tidak dimiliki oleh polimer alam.

Ahli kimia telah menemukan cara untuk memodifikasi polimer alami secara kimia. Dalam hal ini, rantai utama makromolekul tidak mengalami perubahan, tetapi kelompok atom baru muncul dalam komposisi zat, memberikannya sifat fisik dan kimia baru.

Secara skematis, produksi polimer buatan dapat digambarkan sebagai berikut:

Polimer buatan digunakan untuk membuat plastik, serat dan bahan lainnya.

Polimer dan plastik bukanlah hal yang sama. Setiap plastik mengandung polimer, tetapi selain itu, komponen lain juga dapat dimasukkan dalam komposisinya: pewarna (memberi warna pada bahan), pengisi (memberikan kekakuan plastik), plasticizer (membuat bahan lebih elastis, fleksibel). ), dll.

Mungkin polimer alami yang paling nyaman untuk rekonstruksi kimia molekulnya adalah selulosa.

Plastik pertama diperoleh pada akhir abad ke-19. di Amerika. Ketika selulosa diperlakukan dengan asam nitrat pekat dengan adanya asam sulfat pekat, dua gugus hidroksil dalam unit struktural digantikan oleh gugus nitro. Zat yang dihasilkan disebut selulosa dinitrat:

selulosa + HNO 3 → selulosa dinitrat + air.

Ketika kapur barus (sebagai plasticizer) ditambahkan ke selulosa dinitrat, diperoleh plastik seperti gading putih susu. Plastik ini disebut seluloid.

Bola biliar adalah produk pertama yang terbuat dari seluloid, kemudian barang-barang rumah tangga kecil: sisir, mainan, penggaris. Film dan film fotografi dibuat dari selulosa nitrat.

Kerugian besar seluloid adalah sifatnya yang mudah terbakar. Karena meningkatnya bahaya kebakaran, ruang lingkup seluloid sekarang terbatas. Saat ini, bola tenis dan lapisan alat musik yang indah dan berkilau dibuat dari bahan ini. Berdasarkan selulosa nitrat, lem dan pernis dibuat.

Orang-orang telah belajar untuk mengubah banyak kekurangan zat menjadi keuntungan. Selulosa dinitrat dapat dibuat lebih mudah terbakar dengan mengubahnya menjadi trinitrat. Selulosa trinitrat digunakan sebagai bubuk mesiu dan disebut piroksilin.

Atas dasar polimer buatan, tidak hanya plastik yang diperoleh, tetapi juga serat.

Selulosa sendiri merupakan bahan berserat. Ini mudah untuk diverifikasi dengan memeriksa sepotong kapas medis. Kain katun dan linen terbuat dari serat selulosa. Seiring dengan keuntungan yang tak terbantahkan, produk katun dan linen memiliki kelemahan yang signifikan. Tidak cukup kuat (terutama saat basah), mudah kusut, tidak mengkilat, dan mudah rusak oleh jamur.

Kekurangan ini tidak memiliki produk yang terbuat dari serat buatan yang paling umum - sutra asetat.

Proses memperoleh polimer untuk pembuatan benang asetat sangat mirip dengan memperoleh selulosa dinitrat. Hanya dalam kasus ini, selulosa diperlakukan bukan dengan nitrat, tetapi dengan asam asetat. Ketiga gugus hidroksil dari unit struktural selulosa masuk ke dalam reaksi esterifikasi. Akibatnya, polimer dengan tiga gugus ester terbentuk - selulosa triasetat:

selulosa + CH 3 COOH → selulosa triasetat + air.

Selulosa triasetat, tidak seperti polimer alami asli, tidak memiliki struktur berserat. Bagaimana cara membuat utas darinya? Untuk ini, proses teknologi khusus diciptakan.

Selulosa triasetat dilarutkan dalam pelarut organik sampai larutan kental terbentuk dan, di bawah tekanan tinggi, ia dipaksa melalui tutup dengan banyak lubang kecil - yang disebut pemintal. Semburan larutan ditiup dengan udara hangat, pelarut menguap, polimer mengeras menjadi benang tertipis (Gbr. 83).

Rp. 83.
Skema pembentukan serat:
1 - mati; 2 - bundel serat

Kain yang terbuat dari serat asetat (sutra asetat) sangat indah, mudah diwarnai dan multifungsi: sama-sama sukses membuat bahan pelapis dan gaun pesta yang elegan.

Selain sutra asetat, serat buatan juga termasuk viscose, serat tembaga-amoniak.

Viscose juga diperoleh berdasarkan selulosa dengan perlakuan berturut-turut dengan larutan alkali, karbon disulfida CS 2 , larutan asam. Serat viscose hampir seindah serat alami, juga higienis (mengeluarkan kelembapan) dan, yang terpenting, jauh lebih murah daripada serat alami.

Apakah mungkin untuk sepenuhnya meninggalkan bahan baku polimer alami dalam produksi plastik dan serat? Tidak ada yang mustahil bagi kimia modern! Polimer sintetik akan dibahas pada bagian selanjutnya.

Kata dan konsep baru

1. polimer buatan.
2. plastik.
3. Seluloida.
4. serat.
5. Serat asetat, viscose, serat tembaga-amonia.

Pertanyaan dan tugas

1. Polimer apa yang disebut buatan? Bagaimana mereka berbeda dari yang alami?
2. Plastik kadang-kadang disebut sebagai bahan komposit. Jelaskan asal usul istilah ini.
3. Plastik apa yang disebut seluloid? Bagaimana dan dari apa diperoleh? Tentukan kerugian dari polimer ini. Sebutkan kegunaan seluloid
4. Pada paket dengan perekat nitroselulosa ada peringatan tentang kepatuhan terhadap langkah-langkah keselamatan kebakaran saat bekerja dengannya. Apa hubungannya?
5. Apa itu serat? Serat alam (hewani dan nabati) dan serat buatan apa yang Anda ketahui?
6. Apa jenis reaksi produksi selulosa triasetat? Kelas senyawa organik apa yang termasuk dalam produk reaksi ini?
7. Bagaimana selulosa triasetat terbentuk menjadi serat? Untuk apa kain sutra asetat digunakan?

Senyawa dengan berat molekul tinggi (HMC) adalah zat yang terdiri dari molekul besar. Secara umum diterima bahwa senyawa dengan berat molekul lebih dari 5000 dianggap memiliki berat molekul tinggi, tetapi seringkali dapat mencapai beberapa juta (terutama pada IUD alami). Tidak ada batas yang tegas antara senyawa berbobot molekul tinggi dan rendah. Jadi, beberapa tanin dengan berat molekul sekitar 1000 berperilaku seperti senyawa dengan berat molekul rendah, dan parafin dengan berat molekul yang sama memiliki semua sifat senyawa dengan berat molekul tinggi. Transisi dari senyawa bermolekul rendah ke senyawa bermolekul tinggi tidak terkait dengan perubahan berat molekul itu sendiri, tetapi dengan perubahan kualitatif dalam sifat yang disebabkan olehnya (transisi kuantitas menjadi kualitas).

Ukuran molekul IUD sangat besar dibandingkan dengan ukuran molekul biasa. Jadi, panjang molekul selulosa mencapai 25 * -50 * (25.000-50.000 E) dengan ukuran diameter 3,5 * -7 * cm (3,5-7 E).

HMC kadang-kadang disebut sebagai polimer tinggi (atau hanya polimer). Tapi, secara tegas, konsep kedua lebih sempit. Semua polimer adalah HMC, tetapi tidak semua HMC dapat menjadi polimer. Dalam molekul polimer, residu zat asli, monomer, harus terikat secara kimia dan berulang secara teratur. Molekul polimer besar disebut makromolekul, atau rantai polimer, dan residunya sendiri disebut ikatan dasar (monomer, berulang), atau hanya tautan. Tidak seperti molekul senyawa dengan berat molekul rendah, makromolekul bukanlah partikel terkecil - pembawa sifat kimia suatu zat, karena ketika makromolekul dipecah menjadi rantai yang lebih pendek, sifat-sifat ini dipertahankan.

Jumlah tautan dalam rantai disebut derajat polimerisasi (dilambangkan dengan n, P atau SP).

Saat menulis rumus empiris polimer, karena berat molekulnya yang besar (M), unit akhir tidak diperhitungkan, misalnya, rumus empiris selulosa (, karet (.

Setiap polimer selalu terdiri dari makromolekul dengan panjang yang berbeda-beda. Oleh karena itu, dalam kimia zat makromolekul, konsep homolog polimer telah diperkenalkan, yang berarti senyawa dengan struktur kimia yang sama yang berbeda dalam berat molekul. Setiap senyawa polimer adalah campuran dari homolog polimer - senyawa dengan jumlah tautan yang berbeda dalam makromolekul, yaitu, dengan panjang rantai yang berbeda. Homolog polimer membentuk seri homolog polimer, yaitu, serangkaian senyawa di mana setiap anggota berikutnya berbeda dari yang sebelumnya oleh sekelompok atom - tautan dasar.

Oleh karena itu, polimer selalu dicirikan oleh berat molekul rata-rata. Berat molekul rata-rata adalah produk dari jumlah rata-rata unit (SP rata-rata) kali berat molekul unit. Heterogenitas AKDR dalam hal berat molekul disebut heterogenitas molekuler, polidispersitas atau polimolekuler. Hal ini ditentukan oleh metode fraksinasi IUD berdasarkan berat molekul. Harus ditekankan bahwa banyak sifat fisik dan mekanik HMS - kemampuan untuk membengkak dan larut, sifat larutan - sangat bergantung tidak hanya pada berat molekul rata-rata HMS, tetapi juga pada polidispersitasnya.

Sifat IUD ditentukan oleh komposisi kimia, struktur molekul, berat molekul rata-rata dan heterogenitas molekul, bentuk makromolekul, pengaturan timbal baliknya (struktur fisik), dll. Tergantung pada faktor-faktor ini, sifat-sifat HMS dapat sangat bervariasi, namun, beberapa sifat umum adalah karakteristik dari semua HMS. Semua IUD, karena berat molekulnya yang tinggi, tidak mudah menguap dan tidak dapat disuling. Sebagian besar HCM tidak memiliki titik kontrol tertentu dan melunak secara bertahap saat dipanaskan, sementara beberapa HCM tidak dapat melunak dan langsung terurai saat dipanaskan. Oleh karena itu, metode isolasi dan pemurnian senyawa kimia seperti distilasi dan rekristalisasi tidak dapat diterapkan pada polimer. IUD seringkali sangat sensitif terhadap faktor eksternal dan mudah hancur di bawah aksi agen destruktif.

Perbedaan antara polimer dan senyawa dengan berat molekul rendah terutama terlihat pada sifat mekaniknya. Sifat mekanik polimer merupakan kombinasi dari sifat padat dan cair. Polimer memiliki kekuatan tinggi dan kemampuan untuk deformasi reversibel yang signifikan.

Salah satu sifat penting IUD adalah kelarutannya. Tetapi tidak seperti senyawa dengan berat molekul rendah, mereka larut jauh lebih lambat. Pembubaran IUD tentu didahului dengan pembengkakan. Beberapa polimer tidak larut sama sekali dalam pelarut apa pun.

polimer menunjukkan sifat khusus dalam larutan (viskositas tinggi, beberapa anomali termodinamika).

Reaksi transformasi kimia senyawa makromolekul juga memiliki ciri khas. Senyawa ini bereaksi jauh lebih lambat dengan berbagai reagen, dan sebagian besar reaksi, sebagai suatu peraturan, tidak berlangsung sampai selesai. Dalam beberapa kasus, selain reaksi utama, ada reaksi samping yang mengganggu proses utama.

Menurut jenis tautan dalam rantai, polimer dibagi menjadi homopolimer dan kopolimer. Dalam homopolimer, makromolekul terdiri dari unit dasar yang sama; dalam heteropolimer atau kopolimer, mereka terdiri dari dua atau lebih unit dasar yang berbeda.

Tergantung pada komposisi kimia dan struktur kimia makromolekul, IUD dibagi menjadi organik, anorganik, dan organoelemen. Polimer organik dibagi lagi menjadi dua kelas: rantai karbon dan polimer rantai hetero. Rantai polimer rantai karbon dibangun hanya dari atom karbon, rantai polimer heterochain dibangun dari atom karbon dan heteroatom (oksigen, nitrogen, belerang). Polimer carbochain dibagi lagi menurut klasifikasi yang diterima dalam kimia organik.

Menurut struktur spasial, semua polimer dibagi menjadi linier, bercabang dan spasial.

Gambar 1.1 - Representasi skema dari molekul polimer linier (a), bercabang (b) dan ikatan silang (c)

Dalam polimer linier, makromolekul adalah rantai panjang (a). Panjang makromolekul polimer tersebut secara signifikan melebihi dimensi melintang. Polimer linier dapat dicairkan dan dilarutkan dalam pelarut yang sesuai. Beberapa polimer linier alami berserat (selulosa), yang lain sangat elastis (karet).

Dalam polimer bercabang (b), makromolekul adalah rantai panjang dengan cabang. Cabang harus berisi satu atau lebih unit monomer. Jumlah dan panjang cabang dapat sangat bervariasi. Polimer bercabang biasanya meleleh dan larut. Sifat mereka, bagaimanapun, tergantung pada tingkat percabangan. Polimer bercabang tinggi adalah zat tepung (pati).

Polimer spasial disebut polimer yang dibangun dari rantai panjang yang dihubungkan dalam ruang oleh ikatan kimia melintang atau rantai pendek membentuk jaringan (c). Polimer semacam itu juga disebut jaringan, ikatan silang, tiga dimensi. Polimer spasial tidak meleleh atau larut.

Menurut jenis pergantian tautan dalam rantai, polimer dibagi menjadi teratur dan tidak teratur. Dalam polimer linier biasa, pergantian tautan yang benar dalam rantai diamati, pada polimer tidak beraturan, urutan rantai terganggu. Polimer bercabang juga mengalami ketidakteraturan karena perbedaan jumlah dan panjang rantai samping, serta tempat perlekatannya pada rantai utama. Banyak sifat polimer memiliki nilai praktis yang besar dan menentukan aplikasi praktisnya yang luas. Berdasarkan asalnya, IUD dibagi menjadi tiga jenis:

• 1. Alami, diisolasi dari logam alam. (Baru-baru ini, polimer alami dengan aktivitas biologis - protein, asam nukleat, beberapa polisakarida dan polimer campuran - telah dipisahkan menjadi kelompok terpisah dari polimer biologis, atau biopolimer.)
• 2. Buatan, diperoleh dengan modifikasi kimia dari polimer alam.
• 3. Sintetis, disintesis dari senyawa dengan berat molekul rendah. Tergantung pada metode persiapan, mereka dibagi menjadi polimerisasi dan polimer polikondensasi.

Dalam kelompok terpisah, poliasetal biasanya diisolasi. Ini termasuk berbagai polisakarida (pati, selulosa dan turunannya, hemiselulosa, dll.) dan asam poliuronat.

Misalnya, selulosa adalah polisakarida yang makromolekulnya terdiri dari unit -D-glukopiranosa yang dihubungkan oleh unit glukosidik 1-4.

Rumus struktur makromolekul selulosa:

n adalah derajat polimerisasi sama dengan 6000-14000.

Keunikan

Sifat mekanik khusus:

• elastisitas - kemampuan untuk deformasi reversibel tinggi dengan beban yang relatif kecil (karet);
• kerapuhan rendah dari polimer kaca dan kristal (plastik, kaca organik);
• kemampuan makromolekul untuk mengarahkan di bawah aksi medan mekanis terarah (digunakan dalam pembuatan serat dan film).

Fitur solusi polimer:

• viskositas larutan tinggi pada konsentrasi polimer rendah;
• pembubaran polimer terjadi melalui tahap pembengkakan.

Sifat kimia khusus:

• kemampuan untuk secara drastis mengubah sifat fisik dan mekaniknya di bawah aksi sejumlah kecil reagen (vulkanisasi karet, penyamakan kulit, dll.).

Sifat khusus polimer dijelaskan tidak hanya oleh berat molekulnya yang besar, tetapi juga oleh fakta bahwa makromolekul memiliki struktur rantai dan fleksibel.

Klasifikasi

Menurut komposisi kimianya, semua polimer dibagi menjadi: organik, organoelemen, anorganik.

• polimer organik.
• polimer organoelemen. Mereka mengandung atom anorganik (Si, Ti, Al) yang dikombinasikan dengan radikal organik dalam rantai utama radikal organik. Mereka tidak ada di alam. Perwakilan yang diperoleh secara artifisial adalah senyawa organosilikon.

Perlu dicatat bahwa kombinasi berbagai kelompok polimer sering digunakan dalam bahan teknis. Ini komposisi bahan (misalnya fiberglass).

Menurut bentuk makromolekul, polimer dibagi menjadi linier, bercabang (kasus khusus - berbentuk bintang), pita, datar, berbentuk sisir, jaringan polimer, dan sebagainya.

Polimer diklasifikasikan menurut polaritas (mempengaruhi kelarutan dalam cairan yang berbeda). Polaritas unit polimer ditentukan oleh keberadaan dipol dalam komposisinya - molekul dengan distribusi muatan positif dan negatif yang terputus. Dalam hubungan nonpolar, momen dipol ikatan atom saling mengimbangi. Polimer yang unitnya memiliki polaritas yang signifikan disebut hidrofilik atau kutub. Polimer dengan unit non-polar - non-polar, hidrofobik. Polimer yang mengandung unit polar dan non-polar disebut amfifilik. Homopolimer, yang masing-masing tautannya mengandung gugus besar polar dan non-polar, disebut sebagai homopolimer amfifilik.

Dalam kaitannya dengan pemanasan, polimer dibagi menjadi: termoplastik dan termoset. termoplastik polimer (polietilen, polipropilen, polistirena) melunak saat dipanaskan, bahkan meleleh, dan mengeras saat didinginkan. Proses ini reversibel. termoset Ketika dipanaskan, polimer mengalami degradasi kimia ireversibel tanpa meleleh. Molekul polimer termoset memiliki struktur non-linier yang diperoleh dengan menghubungkan silang (misalnya, vulkanisasi) molekul polimer rantai. Sifat elastis polimer termoset lebih tinggi daripada termoplastik, namun, polimer termoset praktis tidak mengalir, akibatnya mereka memiliki tegangan patah yang lebih rendah.

Polimer organik alami terbentuk pada organisme tumbuhan dan hewan. Yang paling penting adalah polisakarida, protein dan asam nukleat, yang sebagian besar terdiri dari tubuh tumbuhan dan hewan dan yang memastikan berfungsinya kehidupan di Bumi. Diyakini bahwa tahap yang menentukan dalam kemunculan kehidupan di Bumi adalah pembentukan molekul bermolekul tinggi yang lebih kompleks dari molekul organik sederhana (lihat Evolusi kimia).

Jenis

polimer sintetis. Bahan polimer buatan

Manusia telah menggunakan bahan polimer alami dalam hidupnya untuk waktu yang lama. Ini adalah kulit, bulu, wol, sutra, kapas, dll., Digunakan untuk pembuatan pakaian, berbagai pengikat (semen, kapur, tanah liat), yang, setelah diproses dengan tepat, membentuk badan polimer tiga dimensi yang banyak digunakan sebagai bahan bangunan. Namun, produksi industri polimer rantai dimulai pada awal abad ke-20, meskipun prasyarat untuk ini muncul lebih awal.

Hampir segera, produksi industri polimer berkembang dalam dua arah - dengan memproses polimer organik alami menjadi bahan polimer buatan dan dengan memperoleh polimer sintetik dari senyawa organik dengan berat molekul rendah.

Dalam kasus pertama, produksi berkapasitas besar didasarkan pada selulosa. Bahan polimer pertama dari selulosa yang dimodifikasi secara fisik - seluloid - diperoleh pada awal abad ke-20. Produksi skala besar selulosa eter dan ester diselenggarakan sebelum dan sesudah Perang Dunia II dan berlanjut hingga hari ini. Atas dasar mereka, film, serat, cat dan pernis dan pengental diproduksi. Perlu dicatat bahwa perkembangan sinema dan fotografi hanya dimungkinkan karena munculnya film transparan nitroselulosa.

Produksi polimer sintetis dimulai pada tahun 1906, ketika L. Baekeland mematenkan apa yang disebut resin bakelite - produk kondensasi fenol dan formaldehida, yang berubah menjadi polimer tiga dimensi saat dipanaskan. Ini telah digunakan selama beberapa dekade dalam kasus instrumen listrik, baterai, televisi, soket, dan banyak lagi, dan sekarang lebih umum digunakan sebagai pengikat dan perekat.

Berkat upaya Henry Ford, sebelum Perang Dunia Pertama, perkembangan pesat industri otomotif dimulai, pertama berbasis karet alam, kemudian juga karet sintetis. Produksi yang terakhir dikuasai pada malam Perang Dunia II di Uni Soviet, Inggris, Jerman dan Amerika Serikat. Pada tahun yang sama, produksi industri polistirena dan polivinil klorida, yang merupakan bahan isolasi listrik yang sangat baik, dikuasai, serta polimetil metakrilat - tanpa kaca organik yang disebut "plexiglass", konstruksi pesawat massal selama tahun-tahun perang tidak mungkin dilakukan.

Setelah perang, produksi serat dan kain poliamida (kapron, nilon), yang telah dimulai sebelum perang, dilanjutkan kembali. Di tahun 50-an. abad ke-20 serat poliester dikembangkan dan produksi kain berdasarkan itu yang disebut lavsan atau polietilen tereftalat dikuasai. Polypropylene dan nitron - wol buatan yang terbuat dari poliakrilonitril - menutup daftar serat sintetis yang digunakan orang modern untuk pakaian dan kegiatan industri. Dalam kasus pertama, serat ini sangat sering dikombinasikan dengan selulosa alami atau serat protein (katun, wol, sutra). Peristiwa penting dalam dunia polimer adalah penemuan pada pertengahan 50-an abad XX dan perkembangan industri yang cepat dari katalis Ziegler-Natta, yang menyebabkan munculnya bahan polimer berdasarkan poliolefin dan, di atas segalanya, polipropilen dan rendah -polietilen tekanan (sebelum itu, produksi polietilen pada tekanan sekitar 1000 atm.), serta polimer stereoreguler yang mampu mengkristal. Kemudian poliuretan diperkenalkan ke dalam produksi massal - sealant, perekat dan bahan lunak berpori yang paling umum (karet busa), serta polisiloksan - polimer organoelemen yang memiliki ketahanan panas dan elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan polimer organik.

Daftar ini ditutup oleh apa yang disebut polimer unik yang disintesis pada tahun 60-70an. abad ke-20 Ini termasuk poliamida aromatik, polimida, poliester, poliester keton, dll.; atribut yang sangat diperlukan dari polimer ini adalah adanya siklus aromatik dan (atau) struktur kental aromatik. Mereka dicirikan oleh kombinasi nilai kekuatan dan ketahanan panas yang luar biasa.

Polimer tahan api

Banyak polimer, seperti poliuretan, poliester, dan resin epoksi, cenderung menyala, yang seringkali tidak dapat diterima dalam praktiknya. Untuk mencegah hal ini, berbagai aditif digunakan atau polimer terhalogenasi digunakan. Polimer tak jenuh halogen disintesis dengan menggabungkan monomer terklorinasi atau brominasi, seperti asam hexachlor(HCEMTFA), dibromoneopentyl glikol, atau asam tetrabromophthalic, ke dalam kondensasi. Kerugian utama dari polimer tersebut adalah bahwa ketika dibakar, mereka dapat melepaskan gas yang menyebabkan korosi, yang dapat memiliki efek merugikan pada elektronik di dekatnya. Mengingat persyaratan keamanan lingkungan yang tinggi, perhatian khusus diberikan pada komponen bebas halogen: senyawa fosfor dan hidroksida logam.

Tindakan aluminium hidroksida didasarkan pada fakta bahwa di bawah paparan suhu tinggi, air dilepaskan, yang mencegah pembakaran. Untuk mencapai efeknya, perlu menambahkan sejumlah besar aluminium hidroksida: berat 4 bagian ke satu bagian resin poliester tak jenuh.

Amonium pirofosfat bekerja dengan prinsip yang berbeda: menyebabkan hangus, yang, bersama dengan lapisan kaca pirofosfat, mengisolasi plastik dari oksigen, menghambat penyebaran api.

Pengisi baru yang menjanjikan adalah aluminosilikat berlapis, yang produksinya

Aplikasi

Karena sifatnya yang berharga, polimer digunakan dalam teknik mesin, industri tekstil, pertanian dan obat-obatan, mobil dan pembuatan kapal, pembuatan pesawat terbang, dan dalam kehidupan sehari-hari (tekstil dan produk kulit, piring, lem dan pernis, perhiasan dan barang-barang lainnya). Berdasarkan senyawa makromolekul, karet, serat, plastik, film dan pelapis cat diproduksi. Semua jaringan organisme hidup adalah senyawa makromolekul.

Ilmu Polimer

Ilmu polimer mulai berkembang sebagai bidang pengetahuan independen pada awal Perang Dunia Kedua dan dibentuk secara keseluruhan pada tahun 50-an. Abad XX, ketika peran polimer dalam pengembangan kemajuan teknis dan aktivitas vital objek biologis diwujudkan. Ini terkait erat dengan fisika, fisika, koloid dan kimia organik dan dapat dianggap sebagai salah satu dasar dasar biologi molekuler modern, yang objek studinya adalah biopolimer.

Informasi serupa.

Saat ini, tanpa penggunaan berbagai polimer, mungkin tidak mungkin untuk membayangkan satu saja, mereka telah memenangkan tempat yang dominan baik di industri berat dan konstruksi, dan di industri ringan dan makanan. Apa bahan ajaib ini?

Apa itu polimer?

Polimer adalah zat makromolekul yang terdiri dari struktur rantai (monomer) yang berulang secara berkala. Mungkin ada sejumlah besar tautan seperti itu dalam rantai polimer. Interaksi mereka satu sama lain dilakukan dengan bantuan yang berkontribusi pada pembentukan makromolekul.

Polimer berasal dari organik atau anorganik. Dalam senyawa molekul organik, keberadaan karbon adalah wajib, yang tidak mendasar untuk struktur anorganik atau sintetis. Senyawa polimer organik adalah organoelement, carbochain dan heterochain.

Selain itu, polimer dibagi lagi menjadi alami, buatan dan sintetis. Selain itu, senyawa makromolekul buatan juga diperoleh dari rantai tunggal organik dengan bantuan reaksi kimia tertentu. Misalnya, wol atau kapas hasil proses kimia berubah menjadi serat polimer buatan.

Dan apa fitur yang membedakan dari sintetis? Yang modern memungkinkan untuk membuat atau mensintesis polimer secara artifisial tanpa menggunakan bahan organik, yaitu pembentukan dari bahan buatan. Polimer sintetik diperoleh dengan mensintesis zat sederhana dengan berat molekul rendah atau dari zat polimer sintetik lainnya.

Klasifikasi polimer

Sistematisasi bersyarat membagi mereka ke dalam kelompok-kelompok berikut:

1. Polimer hewan alami yang digunakan oleh umat manusia untuk waktu yang lama. Contohnya adalah sebagai berikut: gelatin, glikogen.

2. Polimer tumbuhan alami, yang juga sudah tidak asing lagi bagi kita. Ini adalah pati, karet, lignin dan selulosa.

3. Polimer mineral alam adalah mineral silika atau kuarsa yang banyak digunakan yang disebut Kristal berwarna menjadi batu permata - kecubung. Dalam bentuk hancur, itu berubah menjadi pasir biasa bagi kita.

4. Polimer buatan yang terbuat dari monomer organik. Poliester diproduksi dari zat selulosa dengan pencucian: etil selulosa, benzil selulosa, serta metil selulosa yang digunakan dalam industri cat dan pernis. Banyak dari zat ini terbuat dari wol, kulit, bulu, sutra, dll.

5. Polimer sintetik, yang banyak digunakan di banyak industri, telah tersebar luas. Misalnya, dalam industri ringan, kain dan pakaian rajut dibuat dari serat sintetis seperti lavsan, nilon, polipropilen, dan nitron. Mereka sangat tahan lama dan hampir tak terhapuskan. Polimer sintetis, yang merupakan komposisi utama serat kain ini, diperoleh dengan polikondensasi asam kimia tertentu dengan zat seperti etilen glikol, heksametilendiamin, poliolefin atau poliakrilonitril. Oleh karena itu, kualitas utama dari polimer "nenek moyang" ditransfer ke senyawa poli yang benar-benar baru. Hasilnya, kami mendapatkan bahan yang sangat ringan dan elastis dengan konduktivitas termal rendah, tahan terhadap pengaruh kimia, fisik, dan atmosfer.

Karena banyak sifat yang berharga, polimer sintetik telah menemukan aplikasi tidak hanya dalam industri tekstil, tetapi juga dalam pengobatan, kosmetik dan wewangian, pertanian, otomotif, konstruksi, rumah tangga dan bidang lainnya.

Polimer adalah kelas khusus senyawa kimia, sifat spesifik yang disebabkan oleh panjang yang besar, struktur rantai dan fleksibilitas makromolekul penyusunnya.

Pada gilirannya, makromolekul dipahami sebagai seperangkat atom atau kelompok atom, berbeda atau identik dalam komposisi dan struktur, dihubungkan oleh ikatan kimia menjadi struktur linier atau bercabang, dengan berat molekul yang cukup tinggi. Pengelompokan atom terkecil, berulang berulang kali dalam rantai disebut tautan makromolekul.

Tergantung pada keberadaan dalam makromolekul dari satu atau lebih penguraian. jenis unit monomer dibedakan homo- dan kopolimer, terdiri dari satu dan setidaknya dua (atau lebih) jenis tautan.

Polimerisasi adalah proses mengubah monomer atau campuran monomer menjadi polimer.

Derajat polimerisasi adalah jumlah unit monomer dalam molekul polimer.

klasifikasi angkatan laut

1) berdasarkan asal: a) alami (selulosa), b) buatan (semi-sintetik), c) sintetis 2) Menurut geometri kerangka makromolekul polimer

Linier (A)- rantai utama makromolekul yang terdiri dari tautan berulang yang terhubung satu sama lain dalam struktur linier. Model visual: kalung panjang robek di satu tempat.

Bercabang (B, C, D) polimer terdiri dari makromolekul, rantai utamanya, tidak seperti rantai linier, mengandung cabang samping yang terletak secara acak dengan panjang mulai dari beberapa atom hingga ukuran rantai utama. ( berbentuk bintang (S), mewakili satu set rantai yang muncul dari satu pusat; berbentuk sisir (D) polimer yang mengandung cabang pendek di setiap tautan, seperti poliheksadesil akrilat:

(-CH2 -CH-(COOS 16 H 33) -) n

Dijahit atau mesh- makromolekul, membentuk grid spasial. Di antara polimer ikatan silang, ada ikatan silang yang rapat dan jarang, sangat berbeda dalam sifat mereka. Yang saling terkait kadang-kadang disebut sebagai apa yang disebut, " anak tangga"(E) polimer yang dua rantai paralelnya saling berikatan silang di setiap tautan.

Pada gilirannya, kopolimer, tergantung pada sifat susunan tautan, dibagi menjadi:

sebuah) statistik- unit monomer yang terletak secara acak di sepanjang rantai; (-A-B-B-A-B-A-A-B-A-B-B-)

B) bergantian - dengan pergantian tautan yang ketat dalam rantai; (A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-)

v) blok (blok kopolimer) - makromolekul linier yang terdiri dari rangkaian rantai (blok) yang diperpanjang secara bergantian yang berbeda dalam komposisi atau struktur; -(A)-n -(B)-m

G) divaksinasi kopolimer, makromolekul bercabang yang terdiri dari beberapa urutan unit monomer yang terhubung secara kimia - rantai utama dan cabang samping, berbeda dalam komposisi atau struktur. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

Polimer alami dan sintetis

Polimer dibagi menjadi alami (biopolimer: protein, asam nukleat, resin alami) dan sintetis (polietilen, polipropilen, resin fenol-formaldehida).

Biopolimer adalah kelas polimer yang terjadi secara alami di alam, yang merupakan bagian dari organisme hidup: protein, asam nukleat, polisakarida. Biopolimer terdiri dari unit yang identik (atau berbeda) - monomer. Monomer protein - asam amino, asam nukleat - nukleotida, dalam polisakarida - monosakarida.

Ada dua jenis biopolimer - teratur (beberapa polisakarida) dan tidak teratur (protein, asam nukleat, beberapa polisakarida). Biopolimer campuran - glikoprotein, lipoprotein, glikolipid. Biopolimer dapat diklasifikasikan menurut struktur kimianya:

1. Polihidrokarbon (poliisoprena, (-CH 2 -C (CH 3) \u003d CH-CH 2 -) n, ditemukan dalam jus susu (lateks) hevea, kok-saghyz (tanaman herba abadi dari genus Dandelion)

2. Karbohidrat (polisakarida: selulosa, pati, glikogen, kitin, kitosan)

3. Protein (poliamida, polimer asam -amino).

4. DNA dan RNA.

Polimer sintetik adalah bahan polimer non alam yang diproduksi untuk menggantikan bahan alam. Polimer sintetik dibentuk melalui polimerisasi dan polikondensasi. Di antara polimer sintetik, ada kelompok yang terpisah, termasuk karet dan polimer mirip karet. Bahan-bahan ini dicirikan oleh deformabilitas yang luar biasa dan sifat yang sangat elastis, itulah sebabnya mereka diberi nama elastomer. Bahan pertama dibuat dari selulosa yang dimodifikasi secara fisik pada awal abad kedua puluh, dan hingga hari ini serat, film, pengental, dan pernis diproduksi dari bahan yang sama. Ini memperoleh nama seluloid, yang dikenal semua orang sebagai selulosa.

nomenklatur angkatan laut

1) Sepele

Contohnya termasuk polytetrafluoroethylene, yang umumnya dikenal sebagai Teflon; poli-1,4-betaglukon = selulosa.

2) Rasional

Awalan "poli-" ditempatkan sebelum nama monomer; jika nama monomer mencakup beberapa kata, maka diambil dalam tanda kurung:

3) Sistematis (diusulkan oleh IUPAC)

Berdasarkan deskripsi struktur unit berulang komposit rantai polimer (CCR) sesuai dengan aturan tertentu

Nama polimer diawali dengan awalan "poli-" diikuti dengan nama SDR dalam tanda kurung.

Oleh karena itu, untuk memberi nama pada polimer, perlu: mengidentifikasi SDR, mengarahkan SCR, memberi nama pada SCR. SDR bisa sederhana atau terdiri dari beberapa sub-unit. Sebagai subunit, kelompok atom terbesar (atau siklus rantai utama) dipilih, yang dapat dinamai sesuai dengan aturan tata nama IUPAC untuk senyawa organik dengan berat molekul rendah. Atom dan subunit diatur dalam SDR dalam urutan prioritas dari kiri ke kanan, jalur antar subunit harus terpendek. Aturan keutamaan adalah sebagai berikut:

1. Semua heteroatom lebih senior dalam kaitannya dengan karbon. Di antara mereka, senioritas ditentukan oleh posisi dalam sistem periodik, berkurang ketika bergerak dari sudut kanan atas tabel periodik ke sudut kiri bawah berdasarkan golongan. Deret senioritas dimulai dengan fluor, senioritas menurun dalam urutan: F, Cl, Br, ... , O, S, Se, ... , N, P, As, Sb, ..., Fr.

2. Senioritas subunit ditentukan oleh berikut: heterosiklik > heteroatom atau subunit linier, termasuk heteroatom > karbosiklus > subunit asiklik. Kehadiran setiap deputi tidak mengubah urutan prioritas sub-unit. Semua hal lain dianggap sama, mereka yang memiliki posisi substituen terkecil memiliki keuntungan.

3. Heterosiklus disusun dalam urutan prioritas: yang mengandung nitrogen > heterosiklik yang mengandung, bersama dengan nitrogen, heteroatom lain, yang senioritasnya ditentukan sesuai dengan paragraf 1 > sistem dengan jumlah cincin terbesar > sistem dengan siklus terbesar > siklus dengan jumlah heteroatom terbesar > sistem dengan jumlah heteroatom terbesar > sistem dengan keragaman heteroatom terbesar. Hal lain dianggap sama, siklus tak jenuh memiliki keuntungan.

4. Di antara kelompok karbosiklik, kelompok dengan jumlah siklus terbesar mendominasi, diikuti oleh sistem: dengan siklus individu terbesar > dengan jumlah atom umum terbesar dari semua siklus > dengan jumlah terkecil yang mencirikan persimpangan siklus, > sistem dengan ketidakjenuhan terbesar.

Jika ada atom dan siklus dari jenis yang sama dalam rantai utama, urutan pengaturannya ditentukan oleh urutan abjad nama substituen, misalnya:

Dalam beberapa kasus, bersama dengan tata nama sistematis yang direkomendasikan oleh IUPAC, tata nama lain dapat digunakan. Jadi, untuk polimer dengan nama sistematikoethyleneamino-1,3-cyclohexene, yang disebut nomenklatur substitusi dapat diterapkan. Sesuai dengan itu, SDR rantai utama diberi nama berdasarkan atom hidrokarbon asiklik, serupa dalam jumlah dan urutan penomoran, dengan awalan yang sesuai pada heteroatom "aza", "oxa", "thia", dll . Menurut nomenklatur ini, polimer akan disebut poli-1-oksa-6-thia-4,9-diazanonametilen-1,3-sikloheksena.