Shumë janë të interesuar në pyetjen se çfarë strukture kanë polimerët. Përgjigja për të do të jepet në këtë artikull. Karakteristikat e polimerit (në tekstin e mëtejmë - P) përgjithësisht ndahen në disa klasa në varësi të shkallës në të cilën përcaktohet vetia, si dhe nga baza e saj fizike. Cilësia më themelore e këtyre substancave është identiteti i monomerëve të tyre përbërës (M). Grupi i dytë i vetive, i njohur si mikrostrukturë, në thelb tregon renditjen e këtyre M-ve në P në një shkallë prej një Z. Këto karakteristika themelore strukturore luajnë një rol të madh në përcaktimin e vetive fizike të këtyre substancave, të cilat tregojnë se si P sillet si një material makroskopik. Vetitë kimike në shkallë nano përshkruajnë se si zinxhirët ndërveprojnë përmes forcave të ndryshme fizike. Në një shkallë makro, ato tregojnë se si P bazë ndërvepron me kimikate dhe tretës të tjerë.
Identiteti
Identiteti i lidhjeve përsëritëse që përbëjnë P është i pari dheatributi më i rëndësishëm. Nomenklatura e këtyre substancave zakonisht bazohet në llojin e mbetjeve të monomereve që përbëjnë P. Polimeret që përmbajnë vetëm një lloj njësie përsëritëse njihen si homo-P. Në të njëjtën kohë, P-të që përmbajnë dy ose më shumë lloje të njësive përsëritëse njihen si kopolimerë. Terpolimeret përmbajnë tre lloje të njësive përsëritëse.
Polistiren, për shembull, përbëhet vetëm nga mbetje stiren M dhe për këtë arsye klasifikohet si Homo-P. Etileni vinil acetati, nga ana tjetër, përmban më shumë se një lloj njësie përsëritëse dhe kështu është një kopolimer. Disa P-je biologjike përbëhen nga shumë mbetje monomere të ndryshme, por të lidhura me strukturën; për shembull, polinukleotidet si ADN-ja përbëhen nga katër lloje nën-njësish nukleotide.
Një molekulë polimeri që përmban nënnjësi të jonizueshme njihet si polielektrolit ose jonomer.
Mikrostrukturë
Mikrostruktura e një polimeri (nganjëherë quhet konfigurim) lidhet me rregullimin fizik të mbetjeve M përgjatë zinxhirit kryesor. Këta janë elementë të strukturës P që kërkojnë thyerjen e një lidhje kovalente për të ndryshuar. Struktura ka një ndikim të fortë në vetitë e tjera të P. Për shembull, dy mostra të gomës natyrale mund të tregojnë qëndrueshmëri të ndryshme edhe nëse molekulat e tyre përmbajnë të njëjtat monomere.
Struktura dhe vetitë e polimereve
Kjo pikë është jashtëzakonisht e rëndësishme për t'u sqaruar. Një tipar i rëndësishëm mikrostrukturor i strukturës së polimerit është arkitektura dhe forma e saj, të cilat lidhen me mënyrën se sipikat e degëve çojnë në një devijim nga një zinxhir i thjeshtë linear. Molekula e degëzuar e kësaj substance përbëhet nga një zinxhir kryesor me një ose më shumë zinxhirë anësor ose degë zëvendësuese. Llojet e P-ve të degëzuara përfshijnë P-të me yje, P-të krehër, P-të me furçë, P-të e dendronizuara, P-të e shkallës dhe dendrimerët. Ekzistojnë gjithashtu polimere dydimensionale që përbëhen nga njësi përsëritëse topologjikisht të sheshta. Një shumëllojshmëri teknikash mund të përdoren për të sintetizuar P-materialin me lloje të ndryshme pajisjesh, si p.sh. polimerizimi i gjallë.
Cilësi të tjera
Përbërja dhe struktura e polimereve në shkencën e polimerit lidhet me mënyrën sesi degëzimi çon në devijimin nga një zinxhir P rreptësisht linear. Degëzimi mund të ndodhë në mënyrë të rastësishme, ose reagimet mund të dizajnohen për të synuar arkitektura specifike. Ky është një tipar i rëndësishëm mikrostrukturor. Arkitektura e një polimeri ndikon në shumë nga vetitë e tij fizike, duke përfshirë viskozitetin e tretësirës dhe shkrirjes, tretshmërinë në përbërje të ndryshme, temperaturën e tranzicionit të qelqit dhe madhësinë e mbështjelljeve individuale P në tretësirë. Kjo është e rëndësishme për studimin e përbërësve që përmbajnë dhe strukturën e polimereve.
Degë
Degët mund të formohen kur fundi në rritje i një molekule polimeri ngjitet ose (a) pas vetes ose (b) në një fije tjetër P, të cilat, nëpërmjet tërheqjes së hidrogjenit, mund të krijojnë një zonë rritjeje për mesin. zinxhir.
Efekti i degëzimit - ndërlidhja kimike -formimi i lidhjeve kovalente midis zinxhirëve. Lidhja e kryqëzuar tenton të rrisë Tg dhe të rrisë forcën dhe qëndrueshmërinë. Ndër përdorimet e tjera, ky proces përdoret për të forcuar gomat në një proces të njohur si vullkanizim, i cili mbështetet në ndërlidhjen e squfurit. Gomat e makinave, për shembull, kanë forcë të lartë dhe ndërlidhje për të reduktuar rrjedhjen e ajrit dhe për të rritur qëndrueshmërinë e tyre. Nga ana tjetër, goma nuk është e ndërlidhur, gjë që lejon që goma të zhvishet dhe parandalon dëmtimin e letrës. Polimerizimi i squfurit të pastër në temperatura më të larta shpjegon gjithashtu pse ai bëhet më viskoz në temperatura më të larta në gjendje të shkrirë.
Rrjeti
Një molekulë polimeri shumë e ndërlidhur quhet një rrjet P. Një raport mjaft i lartë i ndërlidhjes me fillesën (C) mund të çojë në formimin e një të ashtuquajturi rrjet ose xhel të pafund, në të cilin çdo degë e tillë është e lidhur me të paktën një tjetër.
Me zhvillimin e vazhdueshëm të polimerizimit të gjallë, sinteza e këtyre substancave me një arkitekturë specifike po bëhet më e lehtë. Arkitektura të tilla si yll, krehër, furçë, dendronizuar, dendrime dhe polimere unazore janë të mundshme. Këto komponime kimike me arkitekturë komplekse mund të sintetizohen ose duke përdorur përbërje fillestare të zgjedhura posaçërisht, ose së pari duke sintetizuar zinxhirë linearë që pësojnë reaksione të mëtejshme për t'u lidhur me njëri-tjetrin. P-të me nyje përbëhen nga shumë ciklizim intramolekularlidhje në një zinxhir P (PC).
Degë
Në përgjithësi, sa më e lartë të jetë shkalla e degëzimit, aq më kompakt është zinxhiri polimer. Ato gjithashtu ndikojnë në ndërthurjen e zinxhirit, aftësinë për të rrëshqitur pranë njëri-tjetrit, gjë që nga ana tjetër ndikon në vetitë fizike të shumicës. Llojet e zinxhirit të gjatë mund të përmirësojnë forcën e polimerit, qëndrueshmërinë dhe temperaturën e tranzicionit të qelqit (Tg) për shkak të rritjes së numrit të lidhjeve në përbërje. Nga ana tjetër, një vlerë e rastësishme dhe e shkurtër e Z mund të zvogëlojë forcën e materialit për shkak të shkeljes së aftësisë së zinxhirëve për të bashkëvepruar me njëri-tjetrin ose për të kristalizuar, gjë që është për shkak të strukturës së molekulave të polimerit.
Një shembull i efektit të degëzimit në vetitë fizike mund të gjendet në polietileni. Polietileni me densitet të lartë (HDPE) ka një shkallë shumë të ulët degëzimi, është relativisht i ngurtë dhe përdoret në prodhimin, për shembull, jelekët antiplumb. Nga ana tjetër, polietileni me densitet të ulët (LDPE) ka një sasi të konsiderueshme fijesh të gjata dhe të shkurtra, është relativisht fleksibël dhe përdoret në aplikime të tilla si filmat plastikë. Struktura kimike e polimereve favorizon vetëm aplikime të tilla.
Dendrimers
Dendrimerët janë një rast i veçantë i një polimeri të degëzuar, ku çdo njësi monomerike është gjithashtu një pikë dege. Kjo tenton të reduktojë ndërthurjen dhe kristalizimin e zinxhirit ndërmolekular. Një arkitekturë e lidhur, polimeri dendritik, nuk është i degëzuar në mënyrë të përsosur, por ka veti të ngjashme me dendrimerëtpër shkak të shkallës së lartë të degëzimit të tyre.
Shkalla e kompleksitetit strukturor që ndodh gjatë polimerizimit mund të varet nga funksionaliteti i monomerëve të përdorur. Për shembull, në polimerizimin me radikal të lirë të stirenit, shtimi i divinilbenzenit, i cili ka një funksionalitet 2, do të çojë në formimin e P të degëzuar.
Polimere inxhinierike
Polimerët e projektuar përfshijnë materiale natyrore si goma, sintetika, plastika dhe elastomerët. Ato janë lëndë të para shumë të dobishme sepse strukturat e tyre mund të ndryshohen dhe përshtaten për të prodhuar materiale:
- me një sërë vetive mekanike;
- në një gamë të gjerë ngjyrash;
- me veti të ndryshme transparence.
Struktura molekulare e polimereve
Një polimer përbëhet nga shumë molekula të thjeshta që përsërisin njësitë strukturore të quajtura monomere (M). Një molekulë e kësaj substance mund të përbëhet nga qindra deri në miliona M dhe të ketë një strukturë lineare, të degëzuar ose rrjetore. Lidhjet kovalente i mbajnë atomet së bashku dhe lidhjet dytësore më pas i mbajnë grupet e zinxhirëve polimer së bashku për të formuar polimaterialin. Kopolimeret janë lloje të kësaj substance, që përbëhen nga dy ose më shumë lloje të ndryshme të M.
Një polimer është një material organik, dhe baza e çdo lloji të tillë të substancës është një zinxhir atomesh karboni. Një atom karboni ka katër elektrone në shtresën e tij të jashtme. Secili prej këtyre elektroneve të valencës mund të formojë një kovalentnjë lidhje me një atom tjetër karboni ose me një atom të huaj. Çelësi për të kuptuar strukturën e një polimeri është se dy atome karboni mund të kenë deri në tre lidhje të përbashkëta dhe ende të lidhen me atome të tjera. Elementet që gjenden më shpesh në këtë përbërje kimike dhe numrat e tyre valorë janë: H, F, Cl, Bf dhe I me 1 elektron valencë; O dhe S me 2 elektrone valente; n me 3 elektrone valence dhe C dhe Si me 4 elektrone valence.
Shembull i polietilenit
Aftësia e molekulave për të formuar zinxhirë të gjatë është jetike për të bërë një polimer. Konsideroni materialin polietileni, i cili është bërë nga gazi etani, C2H6. Gazi etani ka dy atome karboni në zinxhir dhe secili ka dy elektrone valente me tjetrin. Nëse dy molekula etani janë të lidhura së bashku, një nga lidhjet e karbonit në secilën molekulë mund të prishet dhe të dy molekulat mund të bashkohen nga një lidhje karbon-karbon. Pas lidhjes së dy metrave, dy elektrone të tjera të valencës së lirë mbeten në secilin skaj të zinxhirit për të lidhur njehsorët e tjerë ose fillesat P. Procesi është në gjendje të vazhdojë të lidhë më shumë metra dhe polimerë së bashku derisa të ndalet nga shtimi i një kimikati tjetër (terminatori) që mbush lidhjen e disponueshme në çdo skaj të molekulës. Ky quhet një polimer linear dhe është blloku ndërtues për përbërjet termoplastike.
Zinxhiri i polimerit shpesh tregohet në dy dimensione, por duhet theksuar se ato kanë një strukturë polimeri tredimensionale. Çdo lidhje është në një kënd prej 109° nëmë pas, dhe kështu shtylla kurrizore e karbonit kalon nëpër hapësirë si një zinxhir i përdredhur i TinkerToys. Kur aplikohet tension, këto zinxhirë shtrihen dhe zgjatja P mund të jetë mijëra herë më e madhe se në strukturat kristalore. Këto janë tiparet strukturore të polimereve.
