该聚合物的特征在于具有高摩尔质量(范围从几千到几百万)分子化合物和由大量的单元,称为单体,其被重复。
因为它们具有大分子的特性,所以将它们称为大分子,从而赋予它们独特的性质,这些性质与在较小的物质中观察到的性质非常不同,仅归因于此类物质,例如它们具有的倾向。塑造玻璃结构。
同样,由于它们属于非常大的分子组,因此需要对它们进行分类,为此将它们分为两种类型:天然来源的聚合物,例如蛋白质和核酸;以及合成纤维制造的产品,例如尼龙或萤石(俗称有机玻璃)。
学者们于1920年代开始好奇地观察并迷惑了诸如木材或橡胶等物质的行为,从而开始了对聚合物背后的科学的研究。因此,当时的科学家开始分析日常生活中存在的这些化合物。
通过对这些物种的性质有一定程度的了解,就有可能了解它们的结构并推动大分子技术的发展,从而促进现有材料的开发和改进以及新材料的生产。
同样,已知许多重要的聚合物在其结构中均包含与碳原子相连的氮或氧原子,形成分子主链的一部分。
取决于作为单体一部分的主要官能团,将为其命名。例如,如果单体由酯形成,则产生聚酯。
聚合物的历史
必须参考第一种已知的聚合物开始研究聚合物的历史。
这样,自古以来已被广泛使用的某些天然材料(例如纤维素或皮革)主要由聚合物组成。
十九世纪
与人们可能想到的相反,直到几个世纪前,聚合物的组成才是未知的,当时它开始确定这些物质的形成方式,他们甚至试图建立一种实现人工制造的方法。
第一次使用“聚合物”一词是在1833年,这要归功于瑞典化学家JönsJacob Berzelius,他用它来指代具有相同经验公式但摩尔质量不同的有机性质的物质。
这位科学家还负责创造其他术语,例如“异构体”或“催化”。尽管应该注意的是,当时这些表达的概念与今天的含义完全不同。
在通过从天然聚合物物种的转化中获得合成聚合物的一些实验之后,对这些化合物的研究越来越具有现实意义。
这些研究的目的是优化这些聚合物的已知特性,并获得可以满足不同科学领域特定目的的新物质。
二十世纪
观察到该橡胶可溶于有机溶剂中,然后所得溶液显示出一些不同寻常的特性,科学家对此感到关注,并且不知道如何解释它们。
通过这些观察,他们推断出像这样的物质与较小的分子相比,表现出截然不同的行为,因为他们在研究橡胶及其特性时能够观察到。
他们指出,所研究的溶液粘度高,凝固点显着降低,渗透压低。由此可以推断出有几种摩尔质量很高的溶质,但学者们拒绝相信这种可能性。
这些现象在某些物质(例如明胶或棉花)中也得到体现,使当时的科学家认为这些类型的物质由小分子单元(例如C 5 H 8或C 10)的聚集体组成。H 16,受分子间力的约束。
尽管这种错误的思想已经存在了好几年,但直到今天,这个定义一直是德国化学家和诺贝尔化学奖获得者赫尔曼·施陶丁格(Hermann Staudinger)给出的定义。
二十一世纪
Staudinger在1920年首次提出了将这些结构定义为通过共价键连接的大分子物质的方法,他坚持设计和进行实验,直到他在接下来的十年中找到了该理论的证据。
所谓“高分子化学”的发展始于此,从那时起,它就一直吸引着全世界研究人员的兴趣,在其历史中,包括朱利奥·纳塔(Giulio Natta),卡尔·齐格勒(Karl Ziegler),查尔斯·固特异(Charles Goodyear),除其他人外,还有以前的人。
目前,在高分子科学或生物物理学等不同的科学领域中研究聚合物大分子,其中研究了通过不同方法和目的通过共价键连接单体而产生的物质。
当然,从诸如聚异戊二烯之类的天然聚合物到诸如聚苯乙烯之类的合成来源,它们在不降低由硅基单体组成的其他物种(如硅酮)的重要性的情况下非常频繁地使用。
同样,这些天然和合成来源的化合物中的很大一部分由两种或更多种不同种类的单体组成,这些聚合物种被赋予了共聚物的名称。
聚合
为了深入研究聚合物的主题,我们必须首先讨论聚合物一词的起源,它来自希腊语polys,意思是“很多”。仅仅指事物的“部分”。
该术语用于表示具有由许多重复单元组成的结构的分子化合物,这会导致较高的相对分子质量和这些化合物的其他固有特性。
因此,构成聚合物的单元是基于相对分子质量相对较小的分子种类。
因此,术语聚合仅适用于合成聚合物,更具体地说,适用于用于获得这类大分子的方法。
因此,聚合可以定义为在单体的组合中使用的化学反应(一次一次),由这些反应生成相应的聚合物。
因此,聚合物的合成通过两种主要类型的反应进行:加成反应和缩合反应,这将在下面详细描述。
通过加成反应聚合
这种聚合反应具有在结构上具有双键或三键的不饱和分子的参与,尤其是碳-碳的不饱和分子的参与。
在这些反应中,单体彼此结合而没有消除其任何原子,其中可以得到通过断裂或打开环而合成的聚合物,而不会产生消除小分子的现象。
从动力学的观点来看,这种聚合可以看作是三步反应:引发,传播和终止。
首先,发生反应的引发,其中将加热施加到被认为是引发剂的分子(表示为R 2)上,以产生如下两个自由基:
R 2 →2R∙
如果以聚乙烯的生产为例,则下一步是扩散,其中形成的反应性自由基用于处理乙烯分子,并形成新的自由基物种,如下所示:
R∙+ CH 2 = CH 2 →R – CH 2 –CH 2 ∙
该新的自由基随后与另一个乙烯分子结合,并且此过程连续进行,直到两个长链自由基的结合最终在反应中终止,最终生成聚乙烯。
缩合反应聚合
在通过缩合反应进行聚合的情况下,除了随后消除通常为水的小分子之外,通常还会发生两种不同单体的组合。
类似地,通过这些反应产生的聚合物通常具有杂原子,例如氧或氮,作为其主链的一部分。还发生的是,代表其链基的重复单元并不具有可能被降解的单体中的所有原子。
另一方面,最近已经开发了一些方法,其中等离子体聚合突出,其特征与上述任何类型的聚合都不完全一致。
以这种方式,合成来源的聚合反应,包括加成反应和缩合反应,都可以在不存在或存在催化剂种类的情况下发生。
缩聚广泛用于制造日常生活中常见的许多化合物,例如涤纶(更好地称为聚酯)或尼龙。
其他聚合形式
除了这些人工高分子合成方法外,还有生物合成,其定义是负责生物高分子研究的研究领域,分为三大类:多核苷酸,多肽和多糖。
在活生物体中,合成可以自然地进行,其过程包括在聚合物(例如脱氧核糖核酸(DNA))的生产中催化剂(例如聚合酶)的存在。
在其他情况下,生化聚合中使用的大多数酶是蛋白质,它们是基于氨基酸形成的聚合物,并且在绝大多数生物过程中必不可少。
除了通过这些方法获得的生物聚合物质外,还有其他一些具有重要的商业意义,例如通过在硫磺的存在下加热天然橡胶而制成的硫化橡胶。
因此,用于通过天然来源的聚合物的化学改性来合成聚合物的技术包括整理,交联和氧化。
聚合物类型
聚合物的类型可以根据不同的特性进行分类。例如,根据它们对加热的物理响应,它们可分为热塑性塑料,热固性塑料或弹性体。
此外,取决于形成它们的单体的类型,它们可以是均聚物或共聚物。
类似地,根据它们产生的聚合类型,它们可以是加成或缩合聚合物。
同样,可以根据它们的来源获得天然或合成聚合物。取决于有机物的化学组成。
物产
-其最显着的特征是其单体的重复身份作为其结构的基础。
-其电气特性根据其用途而变化。
-它们表现出机械性能,例如弹性或抗牵引力,这定义了它们的宏观行为。
-一些聚合物表现出重要的光学性能。
-它们具有的微观结构直接影响其其他性能。
-聚合物的化学特性取决于形成它们的链之间的吸引力相互作用。
-其运输性质与分子间运动的速度有关。
-其聚集状态的行为与其形态有关。
聚合物的例子
存在的大量聚合物中有以下几种:
聚苯乙烯
用于不同类型的容器中,以及用作绝热体(用于冷却水或储存冰)的容器中,甚至用于玩具中。
聚四氟乙烯
更好地称为铁氟龙,它被用作电绝缘体,也用于制造滚筒和涂覆厨房用具。
聚氯乙烯
这种聚合物用于生产墙壁通道,瓷砖,玩具和管道,在市场上被称为PVC。
参考文献
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