Histoire des polymères, polymérisation, types, propriétés et exemples

Le polymères sont les composés moléculaires caractérisés par une masse molaire élevée (allant de milliers à millions) et constitués d'un grand nombre d'unités, appelées monomères, qui se répètent.

Parce qu'elles ont la particularité d'être de grosses molécules, ces espèces sont appelées macromolécules, ce qui leur confère des qualités uniques et très différentes de celles observées dans les plus petites, uniquement attribuables à ce type de substances, telles que la propension à structures en verre conformes.

De même, puisqu'ils appartiennent à un très grand groupe de molécules, il est nécessaire de leur attribuer une classification, raison pour laquelle ils se divisent en deux types: les polymères d'origine naturelle tels que les protéines et les acides nucléiques; et ceux de fabrication synthétique, tels que le nylon ou la lucite (mieux connus sous le nom de plexiglas).

Les chercheurs ont commencé à enquêter sur la science qui existe derrière les polymères dans les années 1920, quand ils ont observé avec curiosité et perplexité le comportement de certaines substances comme le bois ou le caoutchouc. Ensuite, les scientifiques de l'époque se sont consacrés à analyser ces composés si présents dans la vie quotidienne.

En parvenant à un certain niveau de compréhension de la nature de ces espèces, nous avons pu comprendre leur structure et progresser dans la création de macromolécules susceptibles de faciliter le développement et l’amélioration des matériaux existants, ainsi que la production de nouveaux matériaux.

De même, il est connu que de nombreux polymères significatifs contiennent dans leur structure des atomes d'azote ou d'oxygène, attachés aux atomes de carbone, faisant partie de la chaîne principale de la molécule.

Selon les groupes fonctionnels principaux qui font partie des monomères, ils seront nommés; par exemple, si le monomère est formé par un ester, un polyester est produit.

Index

• 1 Histoire des polymères
  • 1.1 19ème siècle
  • 1.2 20ème siècle
  • 1.3 siècle XXI
• 2 polymérisation
  • 2.1 Polymérisation par réactions d'addition
  • 2.2 Polymérisation par réactions de condensation
  • 2.3 Autres formes de polymérisation
• 3 types de polymères
• 4 propriétés
• 5 exemples de polymères
  • 5.1 Polystyrène
  • 5.2 Polytétrafluoroéthylène
  • 5.3 Polychlorure de vinyle
• 6 références

Histoire des polymères

L'histoire des polymères doit être abordée en commençant par les références aux premiers polymères connus.

Ainsi, certains matériaux d’origine naturelle largement utilisés depuis la plus haute antiquité (comme la cellulose ou le cuir) sont principalement constitués de polymères.

XIXème siècle

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, la composition des polymères était inconnue jusqu'à il y a quelques siècles, quand ils ont commencé à déterminer comment ces substances se sont formées, et ont même cherché à établir une méthode pour obtenir une fabrication artificielle.

Le terme «polymères» a été utilisé pour la première fois en 1833, grâce au chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius, qui l'a utilisé pour désigner des substances de nature organique ayant la même formule empirique mais ayant des masses molaires différentes.

Ce scientifique était également chargé de inventer d'autres termes, tels que "isomère" ou "catalyse"; même s'il convient de noter qu'à cette époque, le concept de ces expressions était complètement différent de ce qu'elles signifient actuellement.

Après quelques expériences pour obtenir des polymères synthétiques issus de la transformation d'espèces polymères naturelles, l'étude de ces composés devenait de plus en plus pertinente.

Le but de ces investigations était d’obtenir l’optimisation des propriétés déjà connues de ces polymères et l’obtention de nouvelles substances susceptibles de répondre à des objectifs spécifiques dans différents domaines de la science.

20ème siècle

En observant que le caoutchouc était soluble dans un solvant de nature organique et que la solution résultante présentait des caractéristiques inhabituelles, les scientifiques étaient perturbés et ne savaient pas comment les expliquer.

À travers ces observations, ils en ont déduit que des substances comme celle-ci présentaient un comportement très différent des molécules plus petites, comme elles pouvaient le constater en étudiant le caoutchouc et ses propriétés.

Ils ont noté que la solution étudiée avait une viscosité élevée, une diminution significative du point de congélation et une pression osmotique de faible amplitude; on en déduit qu'il existe plusieurs solutés de masse molaire très élevée, mais les érudits refusent de croire en cette possibilité.

Ces phénomènes, qui se sont également manifestés dans certaines substances telles que la gélatine ou le coton, ont amené les scientifiques à penser à l’heure où ce type de substances était constitué d’agrégats de petites unités moléculaires, telles que C₅H₈ ou C₁₀H₁₆, liés par des forces intermoléculaires.

Bien que cette idée erronée soit restée pendant quelques années, la définition qui persiste jusqu’à présent était celle donnée par le chimiste allemand et lauréat du prix Nobel de chimie, Hermann Staudinger.

XXI siècle

La définition actuelle de ces structures en tant que substances macromoléculaires liées par des liaisons covalentes a été inventée en 1920 par Staudinger, qui a insisté pour concevoir et réaliser des expériences jusqu'à trouver des preuves de cette théorie au cours des dix années suivantes.

Le développement de la «chimie des polymères» a commencé et n’a depuis que suscité l’intérêt des chercheurs du monde entier, comptant parmi les pages de son histoire des scientifiques très importants, parmi lesquels Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, entre autres, en plus de ceux précédemment nommés.

Actuellement, les macromolécules polymères sont étudiées dans différents domaines scientifiques, tels que la science des polymères ou la biophysique, où les substances résultantes de liaison de monomères par des liaisons covalentes avec des méthodes et des objectifs différents sont étudiées.

Certes, des polymères naturels tels que le polyisoprène à ceux d'origine synthétique tels que le polystyrène, ils sont utilisés très fréquemment, sans nuire à d'autres espèces telles que les silicones, constitués de monomères à base de silicium.

En outre, un grand nombre de ces composés d'origine naturelle et synthétique sont constitués de deux ou plusieurs classes différentes de monomères, ces espèces polymères ayant reçu le nom de copolymères.

Polymérisation

Pour approfondir le sujet des polymères, il faut commencer par parler de l’origine du mot polymère, qui vient des termes grecs polys, ce qui signifie "beaucoup"; et simple, qui fait référence aux "parties" de quelque chose.

Ce terme est utilisé pour désigner les composés moléculaires qui ont une structure constituée de plusieurs unités répétitives, ce qui provoque la propriété d'une masse moléculaire relative élevée et d'autres caractéristiques intrinsèques de celles-ci.

Ainsi, les unités qui composent les polymères sont basées sur des espèces moléculaires qui ont une masse moléculaire relative relativement faible.

Dans cet ordre d'idées, le terme polymérisation ne s'applique qu'aux polymères synthétiques, plus spécifiquement aux procédés utilisés pour obtenir ce type de macromolécules.

Par conséquent, la polymérisation peut être définie comme la réaction chimique utilisée dans la combinaison de monomères (un à la fois) pour produire les polymères correspondants à partir de ceux-ci.

De cette manière, la synthèse des polymères est réalisée à travers deux types de réactions principales: les réactions d'addition et les réactions de condensation, qui seront décrites en détail ci-dessous.

Polymérisation par réactions d'addition

Ce type de polymérisation a la participation de molécules insaturées qui ont des doubles ou triples liaisons, en particulier carbone-carbone.

Dans ces réactions, les monomères subissent des combinaisons les uns avec les autres sans élimination d'aucun de leurs atomes, où les espèces polymères synthétisées par rupture ou ouverture du cycle peuvent être obtenues sans générer l'élimination de petites molécules.

Du point de vue cinétique, cette polymérisation peut être considérée comme une réaction en trois étapes: initiation, propagation et terminaison.

D'abord, le début de la réaction se produit, dans lequel le chauffage est appliqué à une molécule considérée comme un initiateur (noté R₂) générer deux espèces radicalaires de la manière suivante:

R₂ → 2R ∙

Si la production de polyéthylène est utilisée comme exemple, alors l'étape suivante est la propagation, où le radical réactif formé se rapproche d'une molécule d'éthylène et une nouvelle espèce radicalaire se forme comme suit:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Ce nouveau radical est ensuite associé à une autre molécule d'éthylène, et ce processus se poursuit successivement jusqu'à la combinaison de deux radicaux à longue chaîne pour finalement créer le polyéthylène, dans la réaction appelée terminaison.

Polymérisation par réactions de condensation

Dans le cas d'une polymérisation par des réactions de condensation, la combinaison de deux monomères différents se produit habituellement, en plus de l'élimination consécutive d'une petite molécule, qui est généralement de l'eau.

De même, les polymères produits par ces réactions présentent souvent des hétéroatomes, tels que l'oxygène ou l'azote, faisant partie de leur structure principale. Il arrive aussi que l'unité répétitive qui représente la base de sa chaîne ne possède pas la totalité des atomes qui se trouvent dans le monomère auquel elle pourrait être dégradée.

En outre, il existe des méthodes qui ont été développées plus récemment, y compris la polymérisation par plasma, qui présentent ne correspondent pas parfaitement à l'un des types ci-dessus polymérisation discuté est mis en évidence.

De cette manière, des réactions de polymérisation d'origine synthétique, à la fois additionnelles et condensées, peuvent se produire en l'absence ou en présence d'une espèce de catalyseur.

La polymérisation par condensation est largement utilisée dans la fabrication de nombreux composés couramment présents dans la vie quotidienne, tels que le dacron (mieux connu sous le nom de polyester) ou le nylon.

Autres formes de polymérisation

En plus de ces procédés de synthèse de polymères artificiels il y a aussi la synthèse biologique, qui est définie comme la zone d'étude qui gère l'enquête de biopolymères, qui sont divisés en trois catégories principales: les polynucléotides, les polypeptides et polysaccharides.

Dans les organismes vivants peut effectuer la synthèse de naturellement par des procédés impliquant la présence de catalyseurs tels que l'enzyme polymérase dans la production de polymères tels que l'acide désoxyribonucléique (ADN).

Dans d'autres cas, la plupart des enzymes utilisées dans la polymérisation de type biochimique sont des protéines, qui sont des polymères formés à base d'acides aminés essentiels et dans la plupart des processus biologiques.

En plus des substances biopolymères obtenus par ces procédés, il existe d'autres commercialement très pertinent, tel que du caoutchouc vulcanisé est produit par chauffage du caoutchouc en présence de soufre d'origine naturelle.

Ainsi, parmi les techniques utilisées pour la synthèse du polymère par modification chimique de polymères naturels sont la vente aux enchères, la reticulation et l'oxydation.

Types de polymères

Les types de polymères peuvent être classés selon différentes caractéristiques; Par exemple, ils sont classés en thermoplastiques, thermodurcis ou élastomères en fonction de leur réponse physique au réchauffement.

En outre, en fonction du type de monomères dont ils sont constitués, ils peuvent être des homopolymères ou des copolymères.

De même, selon le type de polymérisation par lequel ils sont produits, ils peuvent être des polymères d'addition ou de condensation.

De même, des polymères naturels ou synthétiques peuvent être obtenus en fonction de leur origine; ou organique ou inorganique en fonction de sa composition chimique.

Propriétés

- Sa caractéristique la plus notable est l’identité répétitive de ses monomères comme base de sa structure.

- Ses propriétés électriques varient selon son objectif.

- Ils ont des propriétés mécaniques telles que l'élasticité ou la résistance à la traction, qui définissent leur comportement macroscopique.

- Certains polymères présentent des propriétés optiques importantes.

- La microstructure qu’ils ont directement affecte leurs autres propriétés.

- Les caractéristiques chimiques des polymères sont déterminées par les interactions de type attractives entre les chaînes qui les forment.

- Ses propriétés de transport sont liées à la vitesse du mouvement intermoléculaire.

- Le comportement de ses états d’agrégation est lié à sa morphologie.

Exemples de polymères

Parmi les nombreux polymères existants, on peut citer les suivants:

Polystyrène

Utilisé dans des conteneurs de différents types, ainsi que dans des conteneurs utilisés comme isolants thermiques (pour refroidir l'eau ou stocker la glace) et même dans les jouets.

Polytétrafluoroéthylène

Plus connu sous le nom de Téflon, il est utilisé comme isolant électrique, également dans la fabrication de rouleaux et pour le revêtement d’ustensiles de cuisine.

Polychlorure de vinyle

Utilisé dans la production de canaux pour murs, carreaux, jouets et tuyaux, ce polymère est commercialement connu sous le nom de PVC.

Références

1. Wikipedia. (s.f.) Polymère Récupéré de en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Chimie, neuvième édition. Mexique: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (s.f.) Introduction aux polymères. Récupéré de chem.libretexts.org
4. Cowie, J.M. G. et Arrighi, V. (2007). Polymères: chimie et physique des matériaux modernes, troisième édition. Récupéré de books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polymère Récupéré de britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polymères: les origines et la croissance d'une science. Récupéré de books.google.co.ve