Хемија полимера

Хемија полимера или макромолекулска хемија је мултидисциплинарна наука која се бави хемијском синтезом и хемијским својствима полимера или макромолекула.^[1] ИУПАЦ дефинише полимере^[2]^[3] као појединачне молекулске ланце и као домен хемије. Макроскопска својства полимерних материјала изучава физика полимера.

Полимери се формирају полимеризацијом мономера. Полимер се хемијски описује у виду његовог степена полимеризације, дистрибуције моларне масе, тактичности, дистрибуције кополимера, степена гранања, по његовим крајњим групама, укрштеним везама, кристалности и термалним својствима као што су његова температура стаклене транзиције и температура топљења. Растворени полимери имају посебне карактеристике у погледу растворљивости, вискозитета и гелације.

Принципи и методе који се користе у хемији полимера такође су применљиви у широком спектру других хемијских поддисциплина као што су органска хемија, аналитичка хемија и физичка хемија. Многи материјали имају полимерне структуре, од потпуно неорганских метала и керамике до ДНК и других биолошких молекула, међутим, полимерна хемија се обично односи на контекст синтетичких, органских композиција. Синтетички полимери су свеприсутни у комерцијалним материјалима и производима за свакодневну употребу, обично се називају пластика и гума, и главне су компоненте композитних материјала. Хемија полимера се такође може укључити у шира поља науке о полимерима или чак нанотехнологије, а обе се могу описати тако да обухватају физику полимера и полимерно инжењерство.^[4]^[5]^[6]^[7]

Историја[уреди | уреди извор]

Рад Хенрија Браконота 1777. и рад Кристијана Шонбајна 1846. довели су до открића нитроцелулозе, која је, третирана камфором, производила целулоид. Растворена у етру или ацетону, постаје колодијум, који се од Грађанског рата у САД користио као завој за ране. Целулозни ацетат је први пут припремљен 1865. Године 1834-1844 откривено је да се својства гуме (полиизопрена) знатно побољшавају загревањем са сумпором, чиме је започет процес вулканизације.

Године 1884, Хилер де Шардоне покренуо је прву фабрику вештачких влакана на бази регенерисане целулозе или вискозног рајона, као замену за свилу, али је била веома запаљива.^[8] Године 1907, Лео Бакеланд је изумио први полимер направљен независно од продуката организама, термореактивну смолу фенол-формалдехида звану бакелит. Отприлике у исто време, Херман Лукс је известио о синтези аминокиселинских N-карбоксианхидрида и њихових продуката велике молекулске масе након реакције са нуклеофилима, али је престао да их назива полимерима, вероватно због чврстих ставова које је заступао Емил Фишер, његов директни надзорник, негирајући могућност да било који ковалентни молекул прелази 6.000 далтона.^[9] Целофан је изумио Жок Бранденбергер 1908. године, који је третирао листове вискозног рајона киселином.^[10]

Водеће фигуре у хемији полимера
Херман Штаудингер, отац хемије полимера
Волас Каротерс, изумитељ најлона.
Стефани Луиза Кволек, изумитељка кевлара.

Структуре неких електрично проводљивих полимера: полиацетилен; полифенилен винилен; полипирол (X = NH) и политиофен (X = S); и полианилин (X = NH/N) и полифенилен сулфид (X = S).

Структура полидиметилсилоксана, која илуструје полимер са неорганском основом.

Хемичар Херман Штаудингер први је предложио да се полимери састоје од дугих ланаца атома држаних заједно ковалентним везама, које је назвао макромолекулама. Његов рад је проширио хемијско разумевање полимера, а затим је уследило проширење поља хемије полимера током којег су изумљени такви полимерни материјали као што су неопрен, најлон и полиестер. Пре Штаудингера, сматрало се да су полимери накупине малих молекула (колоида), без одређене молекулске тежине, које држи заједно непозната сила. Штаудингер је добио Нобелову награду за хемију 1953. Волас Каротерс је 1931. године изумео прву синтетичку гуму названу неопрен, први полиестер, а 1935. изумио је најлон, праву замену свиле. Пол Флори је добио Нобелову награду за хемију 1974. за свој рад на полимерним конфигурацијама случајних завојница у раствору током 1950-их. Стефани Кволек је развила је арамид или ароматични најлон по имену кевлар, патентиран 1966. Карл Зиглер и Ђулио Ната добили су Нобелову награду за откриће катализатора за полимеризацију алкена. Алан Џ. Хигер, Алан Макдајрмид и Хидеки Ширакава добили су 2000. Нобелову награду за хемију за развој полиацетилена и сродних проводљивих полимера.^[11] Сам полиацетилен није нашао практичну примену, али су се органске светлеће диоде (ОЛЕД) појавиле као једна од примена проводних полимера.^[12]

Наставни и истраживачки програми из хемије полимера уведени су током 1940-их. Институт за макромолекуларну хемију основан је 1940. године у Фрајбургу у Немачкој под управом Штаудингера. У Америци је Херман Марк основао Институт за истраживање полимера (ПРИ) 1941. године на Политехничком институту у Бруклину (сада Политехнички институт НYУ).

Полимери и њихова својства[уреди | уреди извор]

Полимери су једињења велике молекулске масе настала полимеризацијом мономера. Једноставни реактивни молекул из којег су изведене понављајуће структурне јединице полимера назива се мономер. Полимер се може описати на много начина: његовом степену полимеризације, расподели моларне масе, тактичности, расподели кополимера, степену гранања, према крајњим групама, укрштеним везама, кристалиничности и термалним својствима, попут температуре стакластог прелаза и температуре топљења. Полимери у раствору имају посебне карактеристике у погледу растворљивости, вискозности и гелирања. Илустративно за квантитативне аспекте хемије полимера, посебна пажња се посвећује просечним бројевима и просечним молекулским тежинама $M_{n}$ и $M_{w}$ , респективно.
$M_{n}={\frac {\sum M_{i}N_{i}}{\sum N_{i}}},\quad M_{w}={\frac {\sum M_{i}^{2}N_{i}}{\sum M_{i}N_{i}}},\quad$

Формирање и својства полимера су рационализована у многим теоријама, укључујући Шојченс-Флирову теорију, Флори-Хагинсову теорију решења, Коси-Арлманов механизам, теорију полимерних поља, Хофманову теорију нуклеације, Флори-Стокмакерову теорију и многе друге.

Класификација[уреди | уреди извор]

Порекло[уреди | уреди извор]

Полимери се према свом пореклу могу поделити на биополимере и синтетичке полимере. Свака од ових класа једињења може се поделити у специфичније категорије у односу на њихову употребу и својства. Биополимери су структурни и функционални материјали који сачињавају већину органских материја у организмима. Једна од главних класа биополимера су протеини који су изведени из аминокиселина. Полисахариди, као што су целулоза, хитин и скроб, су биополимери изведени из шећера. ДНК и РНК полинуклеинске киселине су изведене из фосфорилисаних шећера везаних за нуклеотиде који носе генетске информације.

Синтетички полимери су структурни материјали који се манифестују у пластици, синтетичким влакнима, бојама, грађевинским материјалима, намештају, механичким деловима и лепковима. Синтетички полимери се могу поделити на термопластичне полимере и термореактивне пластике. Термопластични полимери укључују полиетилен, тефлон, полистирен, полипропилен, полиестар, полиуретан, поли (метил метакрилат), поливинилхлорид, најлоне и рајон. Термореактивна пластика укључује вулканизирану гуму, бакелит, кевлар и полиепоксид. Скоро сви синтетички полимери потичу од петрохемикалија.

Вискозност[уреди | уреди извор]

Како се полимери продужавају и њихова молекуларна тежина расте, тако вискозност полимера у њиховом раствореном и течном стању такође расте. Стога измерена вискозност синтетизованих полимера може пружити драгоцене информације о просечној дужини полимера, току реакција и на које се начине полимер грана.^[13]

Технике[уреди | уреди извор]

Откривено је много различитих техника синтезе полимера.

Списак уобичајених техника[уреди | уреди извор]

Неорганска синтеза полимера[уреди | уреди извор]

Синтеза биополимера[уреди | уреди извор]

Види још[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

^ Равве, Абе (2000). Принциплес оф Полyмер Цхемистрy (Сецонд изд.). Пленум Публисхинг. ИСБН 978-0-306-46368-6.
^ „Мацромолецуле”. ИУПАЦ. Приступљено 5. 9. 2011.
^ „Полyмер”. ИУПАЦ. Приступљено 5. 9. 2011.
^ „Тхе Мацрогаллериа: А Цyберwондерланд оф Полyмер Фун”. www.пслц.wс (на језику: енглески). Приступљено 2018-08-01.
^ Yоунг, Р. Ј. (1987) Интродуцтион то Полyмерс, Цхапман & Халл ISBN 0-412-22170-5
^ Odian, George G. Principles of polymerization (Fourth изд.). Hoboken, N.J. ISBN 9780471478751. OCLC 54781987.
^ 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. Недостаје или је празан параметар |title= (помоћ)
^ „The Early Years of Artificial Fibres”. The Plastics Historical Society. Приступљено 2011-09-05.
^ Kricheldorf, Hans, R. (2006), „Polypeptides and 100 Years of Chemistry of α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides”, Angewandte Chemie International Edition, 45 (35): 5752—5784, PMID 16948174, doi:10.1002/anie.200600693
^ „History of Cellophane”. about.com. Архивирано из оригинала 02. 06. 2020. г. Приступљено 2011-09-05.
^ „The Nobel Prize in Chemistry 2000”. Приступљено 2009-06-02.
^ 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; Brdas, J. L.; Lgdlund, M.; Salaneck, W. R. (1999). „Electroluminescence in conjugated polymers”. Nature. 397 (6715): 121—128. Bibcode:1999Natur.397..121F. doi:10.1038/16393.
^ „Viscosity of Polymer Solutions”. polymerdatabase.com. Приступљено 2019-03-05.

Literatura[уреди | уреди извор]

Cowie, J. M. G. (John McKenzie Grant) (1991). Polymers: chemistry and physics of modern materials. Glasgow: Blackie. ISBN 978-0-412-03121-2.
Hall, Christopher (1989). Polymer materials (2nd изд.). London; New York: Macmillan. ISBN 978-0-333-46379-6.
Rudin, Alfred (1982). The elements of polymer science and engineering. Academic Press. ISBN 978-0-12-601680-2.
Wright, David C. (2001). Environmental Stress Cracking of Plastics. RAPRA. ISBN 978-1-85957-064-7.
Roiter, Y.; Minko, S. (2005). „AFM Single Molecule Experiments at the Solid-Liquid Interface: In Situ Conformation of Adsorbed Flexible Polyelectrolyte Chains”. Journal of the American Chemical Society. 127 (45): 15688—15689. PMID 16277495. doi:10.1021/ja0558239.
Painter, Paul C.; Coleman, Michael M. (1997). Fundamentals of polymer science: an introductory text. Lancaster, Pa.: Technomic Pub. Co. стр. 1. ISBN 978-1-56676-559-6.
McCrum, N. G.; Buckley, C. P.; Bucknall, C. B. (1997). Principles of polymer engineering. Oxford; New York: Oxford University Press. стр. 1. ISBN 978-0-19-856526-0.

Spoljašnje veze[уреди | уреди извор]

[1] Равве, Абе (2000). Принциплес оф Полyмер Цхемистрy (Сецонд изд.). Пленум Публисхинг. ИСБН 978-0-306-46368-6.

[2] „Мацромолецуле”. ИУПАЦ. Приступљено 5. 9. 2011.

[3] „Полyмер”. ИУПАЦ. Приступљено 5. 9. 2011.

[4] „Тхе Мацрогаллериа: А Цyберwондерланд оф Полyмер Фун”. www.пслц.wс (на језику: енглески). Приступљено 2018-08-01.

[5] Yоунг, Р. Ј. (1987) Интродуцтион то Полyмерс, Цхапман & Халл ISBN 0-412-22170-5

[6] Odian, George G. Principles of polymerization (Fourth изд.). Hoboken, N.J. ISBN 9780471478751. OCLC 54781987.

[Ullmann-7] 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. Недостаје или је празан параметар |title= (помоћ)

[8] „The Early Years of Artificial Fibres”. The Plastics Historical Society. Приступљено 2011-09-05.

[9] Kricheldorf, Hans, R. (2006), „Polypeptides and 100 Years of Chemistry of α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides”, Angewandte Chemie International Edition, 45 (35): 5752—5784, PMID 16948174, doi:10.1002/anie.200600693

[10] „History of Cellophane”. about.com. Архивирано из оригинала 02. 06. 2020. г. Приступљено 2011-09-05.

[nobel-11] „The Nobel Prize in Chemistry 2000”. Приступљено 2009-06-02.

[12] 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; Brdas, J. L.; Lgdlund, M.; Salaneck, W. R. (1999). „Electroluminescence in conjugated polymers”. Nature. 397 (6715): 121—128. Bibcode:1999Natur.397..121F. doi:10.1038/16393.

[13] „Viscosity of Polymer Solutions”. polymerdatabase.com. Приступљено 2019-03-05.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

п р у Гране хемије
Речник хемијских формула Списак биомолекула Списак неорганских једињења Периодни систем
Физичка	Хемијска кинетика Хемијска физика Нуклеарна хемија Електрохемија Фемтохемија Геохемија Фотохемија Квантна хемија Хемија чврстог стања Спектроскопија Површинска хемија Термохемија
Органска	Биохемија Биоорганска хемија Биофизичка хемија Хемијска биологија Клиничка хемија Хемија фулерена Медицинска хемија Неурохемија Органска хемија Фармација Физичка органска хемија Хемија полимера
Неорганска	Бионеорганска хемија Кластерска хемија Координациона хемија Неорганска хемија Наука о материјалима Органометална хемија
Друге	Хемија актиноида Аналитичка хемија Астрохемија Хемијско образовање Хемија глине Клик хемија Рачунарска хемија Комбинаторна хемија Космохемија Хемија животне средине Хемија хране Форензичка хемија Зелена хемија Постмортем хемија Супрамолекуларна хемија Теоријска хемија
Категорија Портал Остава Википројекат