Un polimer este mare moleculă format din lanțuri sau inele de subunități repetate legate, care se numesc monomeri. De obicei, polimerii au valori ridicate topire și puncte de fierbere. Deoarece moleculele constau din mulți monomeri, polimerii tind să aibă mase moleculare mari.
Cuvântul polimer provine de la prefixul grecesc poli-, ceea ce înseamnă „mulți” și sufixul -mer, care înseamnă „piese”. Cuvântul a fost inventat de chimistul suedez Jons Jacob Berzelius (1779-1848) în 1833, deși cu un sens ușor diferit de definiția modernă. Înțelegerea modernă a polimerilor ca macromolecule a fost propusă de chimistul german German Hermann Staudinger (1881-1965) în 1920.
Exemple de polimeri
Polimerii pot fi împărțiți în două categorii. Polimerii naturali (numiți și biopolimeri) includ mătase, cauciuc, celuloză, lână, chihlimbar, keratină, colagen, amidon, ADN și șelac. Biopolimerii servesc funcții cheie în organisme, acționând ca proteine structurale, proteine funcționale, acizi nucleici, polizaharide structurale și molecule de stocare a energiei.
Polimerii sintetici sunt preparați printr-o reacție chimică, adesea într-un laborator. Exemple de polimeri sintetici includ PVC (clorură de polivinil), polistiren, cauciuc sintetic, silicon, polietilenă, neopren și nailon. Polimerii sintetici sunt folosiți pentru confecționarea materialelor plastice, adezivi, vopsele, piese mecanice și multe obiecte comune.
Polimerii sintetici pot fi grupați în două categorii. Plasticul termoset este fabricat dintr-o substanță solidă lichidă sau moale, care poate fi schimbată ireversibil într-un polimer insolubil prin întărire folosind căldură sau radiații. Plasticele termosetate tind să fie rigide și au greutăți moleculare mari. Plasticul rămâne în formă atunci când este deformat și se descompun de obicei înainte de a se topi. Exemple de materiale termosetice includ epoxidice, poliester, rășini acrilice, poliuretanii și esteri vinilici. Bakelita, Kevlarul și cauciucul vulcanizat sunt, de asemenea, materiale termorezistente.
Polimeri termoplastici sau plasticul termosofenant este celălalt tip de polimeri sintetici. În timp ce materialele termorezistente sunt rigide, polimerii termoplastici sunt solizi atunci când sunt răciți, dar sunt flexibili și se pot modela la o anumită temperatură. În timp ce materialele termorezistente formează legături chimice ireversibile atunci când sunt întărite, lipirea în termoplastici slăbește cu temperatura. Spre deosebire de termosete, care se descompun mai degrabă decât se topesc, termoplastiile se topesc într-un lichid la încălzire. Exemple de termoplastice includ acrilic, nailon, teflon, polipropilenă, policarbonat, ABS și polietilenă.
Scurt istoric al dezvoltării polimerilor
Polimerii naturali au fost folosiți din cele mai vechi timpuri, dar capacitatea omenirii de a sintetiza intenționat polimerii este o dezvoltare relativ recentă. Primul plastic fabricat de om a fost nitroceluloză. Procesul de realizare a fost conceput în 1862 de chimistul britanic Alexander Parkes (1812-1890). El a tratat celuloza polimerică naturală cu acid azotic și un solvent. Când nitroceluloza a fost tratată cu camfor, aceasta a produs celuloid, un polimer utilizat pe scară largă în industria filmului și ca înlocuitor modelabil pentru fildeș. Când nitroceluloza a fost dizolvată în eter și alcool, a devenit colodare. Acest polimer a fost folosit ca pansament chirurgical, începând cu Războiul Civil al SUA și ulterior.
Vulcanizarea cauciucului a fost o altă realizare importantă în chimia polimerilor. Chimistul german Friedrich Ludersdorf (1801-1886) și inventatorul american Nathaniel Hayward (1808-1865) au găsit în mod independent adăugarea sulf la cauciucul natural a ajutat-o să nu fie lipicioasă. Procesul de vulcanizare a cauciucului prin adăugarea de sulf și aplicarea căldurii a fost descris de inginerul britanic Thomas Hancock (1786-1865) în 1843 (brevet britanic) și chimistul american Charles Goodyear (1800-1860) în 1844.
În timp ce oamenii de știință și inginerii puteau realiza polimeri, abia în 1922 a fost propusă o explicație pentru modul în care s-au format. Hermann Staudinger a sugerat ca legăturile covalente să țină împreună lanțuri lungi de atomi. Pe lângă faptul că a explicat modul de funcționare a polimerilor, Staudinger a propus și numele de macromolecule pentru a descrie polimeri.