Polimeroen kimika

Polimeroen kimika polimeroen eta makromolekularen sintesi kimikoan, egituran, propietate kimiko eta fisikoetan oinarritzen den kimikaren azpidiziplina da. Kimikako polimeroetarako erabiltzen diren printzipioak eta metodoak ohikoak dira kimika, kimika analitikoa eta kimika fisikoaren azpidiziplinetan. Material askok egitura polimerikoak dituzte, metal eta zeramika guztiz inorganikoetatik hasita DNA eta beste molekula biologikoetaraino, baina polimeroen kimika konposizio organiko sintetikoen testuinguruan aipatzen da, normalean. Polimero sintetikoak nonahi daude material komertzialetan eta eguneroko produktuetan, plastiko, kautxu eta materia konposatu izenez ezagutzen direnak. Polimeroen kimika polimeroen zientziaren edo nanoteknologiaren esparru zabalagoetan ere sar daiteke, biak polimeroen fisika eta polimeroen ingeniaritza barne hartzen dituela deskriba daiteke^[1]^[2]^[3].

Polidimetilsiloxanoaren egitura, bizkarrezurra ez-organikoa duen polimero bat ilustratzen duena.

Polimeroak eta haien propietateak aldatu

Polimero-disoluzioen biskositatea parametro balioestua da. Horrelako biskosimetroak erabiltzen dira halako neurketetan.

Polimeroak pisu molekular handiko konposatuak dira, monomeroen polimerizazioan sortutakoak. Polimero baten egitura-unitate errepikakorrak eratortzen diren molekula erreaktibo bakarrari, monomero deitzen zaio. Polimero bat modu askotan deskriba daiteke: bere polimerizazio-mailaren; masa molar banaketaren, taktikaren, kopolimero-banaketaren, adarkatze-mailaren eta bere amaierako taldeen, gurutzaduraren, kristalinotasunaren eta propietateen arabera, hala nola bere beira-trantsizio-tenperatura eta fusio tenperatura. Disoluzio-polimeroek ezaugarri bereziak dituzte disolbagarritasunari, biskositateari eta gelifikazioari dagokionez. Polimeroen kimikaren alderdi kuantitatiboak ilustratzeko, arreta berezia jartzen da batez besteko pisu molekularrean zenbakitan eta batez besteko pisutan $M_{n}$ eta $M_{w}$ , hurrenez hurren

$M_{n}={\frac {\sum M_{i}N_{i}}{\sum N_{i}}},\quad M_{w}={\frac {\sum M_{i}^{2}N_{i}}{\sum M_{i}N_{i}}},\quad$

Polimeroen eraketa eta propietateak teoria askok arrazionalizatu dituzte, besteak beste, Scheutjens–Fleer teoria, Flory–Huggins soluzioaren teoria, Cossee–Arlman mekanismoa, polimeroen eremuaren teoria, Hoffman-en nukleazioa, Flory-Stockmayer-en teoria eta beste hainbat.

Polipropileno-segmentuak, polimero isotaktikoen (goian) eta sindiotaktikoen (behean) egitura apur bat desberdinak erakutsiz.

Polimeroak biopolimero eta polimero sintetikoetan banatu daitezke jatorriaren arabera. Konposatu-klase horietako bakoitza kategoria zehatzagoetan bana daiteke erabilerari eta propietateei dagokienez.

Kateen barruan eta artean hidrogeno-lotura (etengabeak) erakusten dituen zelulosa-zuntza.

Biopolimeroak izakietako materia organiko gehiena osatzen duten egitura eta material funtzionalak dira. Biopolimeroen klase garrantzitsu bat proteinak dira, aminoazidoetatik eratorritakoak. Polisakaridoak, hala nola zelulosa, kitina eta almidoia, azukreetatik eratorritako biopolimeroak dira. Azido nukleikoak, DNA eta RNA informazio genetikoa daramaten nukleotido zintzilik dituzten azukre fosforilatuetatik eratorriak dira.

Polimero sintetikoak plastikoetan, zuntz sintetikoetan, margoetan, eraikuntza-materialetan, altzarietan, pieza mekanikoetan eta itsasgarrietan agertzen diren egiturazko materialak dira. Polimero sintetikoak polimero termoplastikoetan eta plastiko termoegonkorrenetan bana daitezke. Polimero termoplastikoen artean, polietilenoa, tefloia, poliestirenoa, polipropilenoa, poliesterra, poliuretanoa, poli(metil metakrilatoa), polibinilo kloruroa, nylonak eta rayona dira. Plastiko termoegonkorren artean goma bulkanizatua, bakelita, kevlar eta poliepoxidoa daude . Ia polimero sintetiko guztiak petrokimikoetatik eratorritakoak dira.

Konposizioa aldatu

Polimeroak material konposatuen osagai nagusiak dira, hala nola karbono-zuntz epoxia .

Material konposatuak material polimerikoak konbinatuz osatzen dira, osagai indibidualen baturatik desberdinak diren propietateak dituen egitura orokorra osatzeko.

Historia aldatu

Henri Braconnot-en 1777ko lanak eta Christian Schönbein-ek 1846an egindako lanak nitrozelulosa aurkitzea ekarri zuten, zeina kanforarekin tratatzean zeluloidea sortzen zuen. Eter edo azetonan disolbatua, kolodioia da, Estatu Batuetako Gerra Zibiletik zaurien apositu gisa erabilia. Zelulosa azetatoa 1865ean prestatu zen lehen aldiz. 1834-1844 urteetan, kautxuaren (poliisoprenoa) propietateak, sufrearekin berotuz, asko hobetzen zirela aurkitu zen, eta, horrela, bulkanizazio prozesua aurkitu zen.

1884an, Hilaire de Chardonnet-ek, zetaren ordez, zelulosa birsortuan edo biskosa rayonean oinarritutako zuntz artifizialaren lehen lantegia sortu zuen, baina oso sukoia zen^[4]. 1907an, Leo Baekelandek lehenengo polimero sintetikoa asmatu zuen, bakelita izeneko fenol- formaldehido erretxina termoegonkor bat. Aldi berean, Hermann Leuchs-ek N-karboxianhidrido aminoazidoen eta haien pisu molekular handiko produktuen sintesia nukleofiloekin erreakzionatzean jakinarazi zuen, baina horiek polimero gisa aipatzeari utzi zion, ziurrenik Emil Fischer-ek emandako iritzi sendoengatik: edozein molekula kobalenteak 6.000 dalton gainditzeko aukera ezeztatuz^[5]. Zelofana 1908an asmatu zuen Jocques Brandenberger-ek, zeinak azidoz tratatu zituen biskosazko rayonen xaflak^[6].

Polimeroen kimikako izen nagusiak
Hermann Staudinger, polimeroen kimikaren aita.
Wallace Carothers, nylonaren asmatzailea.
Stephanie Kwolek, Kevlarren asmatzailea .

Elektrizitate eroaleko polimero batzuen egiturak : poliazetilenoa ; polifenileno-binilenoa ; polipirrola (X=NH) eta politiofenoa (X=S); eta polianilina (X=NH/N) eta polifenileno sulfuroa (X=S).

Hermann Staudinger kimikariak polimeroak lotura kobalenteen bidez elkarturiko atomo kate luzez osatuta zeudela proposatu zuen lehenengoz, makromolekulak deitu zituenak. Bere lanak polimeroen ulermen kimikoa areagotu zuen, eta polimeroen kimikaren eremuaren hedapen bat izan zen, non neoprenoa, nylona eta poliesterra bezalako material polimerikoak asmatu ziren. Staudinger baino lehen, polimeroak molekula txikien multzoak zirela uste zen (koloideak), pisu molekular zehazturik gabekoak, indar ezezagun batek elkartuta. Staudingerrek Kimikako Nobel Saria jaso zuen 1953an. Wallace Carothersek neopreno izeneko lehen kautxu sintetikoa asmatu zuen 1931n; lehen, poliesterra, eta nylona asmatu zuen, zetaren benetako ordezkoa, 1935ean. Paul Flory-ri Kimikako Nobel Saria eman zioten 1974an, 1950eko hamarkadan disoluzioan dauden polimeroen ausazko bobina konfigurazioei buruz egindako lanagatik. Stephanie Kwolek-ek Kevlar izeneko aramida edo nylon aromatikoa garatu zuen, 1966an patentatua. Karl Zieglerrek eta Giulio Nattak Nobel saria jaso zuten alkenoen polimerizaziorako katalizatzaileak aurkitzeagatik. Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid eta Hideki Shirakawa 2000. urteko Kimikako Nobel Saria jaso zuten poliazetilenoa eta erlazionatutako polimero eroaleak garatzeagatik^[7]. Poliazetilenoak berak ez zituen aplikazio praktikorik, baina argi-igorle diodo organikoak (OLED) polimero eroaleen aplikazio gisa sortu ziren^[8].

1940ko hamarkadan sartu ziren polimeroen kimikan irakaskuntza eta ikerketa programak. Makromolekulare Chemie Skin Institute bat sortu zen 1940an, Friburgon (Alemania), Staudingeren zuzendaritzapean. 1941ean, Ameriketan, Polymer Research Institute (PRI) sortu zuen Herman Mark-ek Brooklyneko Institutu Politeknikoan (gaur egun New Yorkeko Unibertsitateko Institutu Politeknikoan).

Erreferentziak aldatu

↑ «The Macrogalleria: A Cyberwonderland of Polymer Fun» www.pslc.ws.
↑ Young, R. J. (1987) Introduction to Polymers, Chapman & Hall ISBN 0-412-22170-5
↑ Hans-Heinrich Moretto, Manfred Schulze, Gebhard Wagner (2005) "Silicones" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a24_057
↑ The Early Years of Artificial Fibres. The Plastics Historical Society.
↑ Kricheldorf, Hans, R.. (2006). «Polypeptides and 100 Years of Chemistry of α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides» Angewandte Chemie International Edition 45 (35): 5752–5784. doi:10.1002/anie.200600693. PMID 16948174. Bibcode: 2012AnChe..51.3695M..
↑ History of Cellophane. about.com.
↑ The Nobel Prize in Chemistry 2000. .
↑ Friend, R. H.; Gymer, R. W.; Holmes, A. B.; Burroughes, J. H.; Marks, R. N.; Taliani, C.; Bradley, D. D. C.; Santos, D. A. Dos et al.. (1999). «Electroluminescence in conjugated polymers» Nature 397 (6715): 121–128. doi:10.1038/16393. Bibcode: 1999Natur.397..121F..

Ikus, gainera aldatu

Kanpo estekak aldatu

Zientzia makromolekularretan eta ingeniaritzan graduondoko ikasketak.

Datuak: Q750446
Multimedia: Polymer chemistry / Q750446

[1] «The Macrogalleria: A Cyberwonderland of Polymer Fun» www.pslc.ws.

[2] Young, R. J. (1987) Introduction to Polymers, Chapman & Hall ISBN 0-412-22170-5

[Ullmann-3] Hans-Heinrich Moretto, Manfred Schulze, Gebhard Wagner (2005) "Silicones" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a24_057

[4] The Early Years of Artificial Fibres. The Plastics Historical Society.

[5] Kricheldorf, Hans, R.. (2006). «Polypeptides and 100 Years of Chemistry of α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides» Angewandte Chemie International Edition 45 (35): 5752–5784. doi:10.1002/anie.200600693. PMID 16948174. Bibcode: 2012AnChe..51.3695M..

[6] History of Cellophane. about.com.

[nobel-7] The Nobel Prize in Chemistry 2000. .

[8] Friend, R. H.; Gymer, R. W.; Holmes, A. B.; Burroughes, J. H.; Marks, R. N.; Taliani, C.; Bradley, D. D. C.; Santos, D. A. Dos et al.. (1999). «Electroluminescence in conjugated polymers» Nature 397 (6715): 121–128. doi:10.1038/16393. Bibcode: 1999Natur.397..121F..

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]