Polimer

Polimer ili makro-molekul je jedinjenje velike molekulske mase i sastoji se od velikog broja manjih osnovnih jedinica, monomera.^[4]^[5] Monomeri su uglavnom povezani kovalentnim vezama.^[6] Reč polimer je izvedena od grčkih reči πολυ (polú) — „mnogo” i μέρος (méros) — „deo”. Zbog širokog spektra svojstava,^[7] sintetički i prirodni polimeri igraju bitnu i sveprisutnu ulogu u svakodnevnom životu.^[8] Poznati primeri polimera su plastika, DNK i proteini. Reakcija nastajanja polimera naziva se polimerizacija. Prema vrsti reakcije kojom se dobijaju, polimeri se dele na adicione polimere, koji se dobijaju reakcijama adicije, i kondenzacione polimere, koji se dobijaju reakcijama kondenzacije. Njihova velika molekulska masa, u odnosu na jedinjenja malih molekula, proizvodi jedinstvena fizička svojstva uključujući žilavost, viskoelastičnost, i tendenciju formiranja staklastih i semikristalnih struktura, pre nego kristala. Izrazi polimer i smola su često sinonimni za plastiku.

IUPAC definicija

Polimer je supstanca sastavljena od makromolekula.^[2] Makromolekul je molekul visoke relativne molekulske mase, čija struktura u osnovi sadrži višestruko ponavljanje jedinica izvedenih, doslovno ili konceptualno, iz molekula niske relativne molekulske mase.^[3]

Izraz polimer potiče od grčke reči πολύς (polús, što znači „mnogi, mnogo”) i μέρος (méros, što znači „deo”), a odnosi se na molekul čija je struktura sastavljena od više ponavljajućih jedinica, od kojih potiče karakteristična visoka relativna molekulska masa i prateća svojstva.^[3] Jedinice koje čine polimere potiču, doslovno ili konceptualno, iz molekula niske relativne molekulske mase.^[3] Termin je skovao 1833. godine Jens Jakob Bercelijus, mada s definicijom koja se razlikuje od moderne IUPAC definicije.^[9]^[10] Savremeni koncept polimera kao kovalentno vezanih makromolekularnih struktura predložio je 1920. Herman Štaudinger,^[11] koji je proveo narednu deceniju pronalazeći eksperimentalne dokaze za ovu hipotezu.^[12]

Polimeri se proučavaju u oblastima biofizike i makromolekulske nauke, te polimerne nauke (koja uključuje hemiju polimera i fiziku polimera). Istorijski gledano, proizvodi koji potiču od povezivanja ponavljajućih jedinica kovalentnim hemijskim vezama bili su glavni fokus polimerne nauke; nastajuća važna područja nauke sada se fokusiraju na nekovalentne veze. Polisizopren od lateksne gume je primer biološkog polimera, a polistiren stiropora je primer sintetskog polimera. U biološkom kontekstu, u esencijalno svi biološki makromolekuli - tj. proteini (poliamidi), nukleinske kiseline (polinukleotidi) i polisaharidi - su čisto polimerni ili su sastavljeni u velikom delu polimernih komponenti - npr. izoprenilirani ili lipidno-modifikovani glikoproteini, gde se mali lipidni molekuli i oligosaharidi modifikacije koje se javljaju na poliamidnoj osnovi proteina.^[13]

Najjednostavniji teorijski modeli za polimere su idealni lanci.

Uobičajeni primeri

Polimeri se mogu podeliti u dva tipa: prirodne i sintetičke ili one koji su načinili ljudi.

Prirodni polimerni materijali poput konoplje, šelaka, ćilibara, vune, svile i prirodne gume korišteni su vekovima. Postoji mnoštvo drugih prirodnih polimera, poput celuloze koja je glavni sastojak drveta i papira.

Spisak sintetičkih polimera, u približnom redosledu svetske potražnje, uključuje polietilen, polipropilen, polistiren, polivinil hlorid, sintetičku gumu, fenol formaldehidnu smolu (ili bakelit), neopren, najlon, poliakrilonitril, PVB, silikon i mnoge druge. Više od 330 miliona tona ovih polimera se napravi svake godine (2015).^[14]

Najčešće, neprekidno povezana osnova polimera koji se koristi za pripremu plastike sastoji se uglavnom od atoma ugljenika. Jednostavni primer je polietilen, čije se ponavljajuće jedinice zasnivaju na etilenskom monomeru. Postoje mnoge druge strukture; na primer, elementi poput silicijuma formiraju poznate materijale poput silikona, primeri su Sili puti i vodootporni vodoinstalacioni zaptivni materijal. Kiseonik je takođe često prisutan u polimernim osnovama, kao što su polietilen glikol, polisaharidi (u glikozidnim vezama) i DNK (u fosfodiesterskim vezama).

Kondenzacioni polimeri

Kondenzacioni polimeri se dobijaju reakcijama kondenzacije u kojima se monomeri povezuju uz eliminaciju malog molekula, obično vode ili nekog alkohola male molekulske mase. Da bi se formirao polimer, svaki od monomera mora imati bar dve funkcionalne grupe kojima reaguje. U slučaju kada monomeri imaju tri ili više funkcionalnih grupa, stvaraju se uslovi za dobijanje umreženih polimera.

Sinteza

Polimerizacija

Polimerizacija je proces kombinovanja mnoštva malih molekula poznatih kao monomeri u kovalentno vezani lanac ili mrežu. Tokom procesa polimerizacije, neke hemijske grupe mogu se izgubiti iz svakog monomera. To se događa pri polimerizaciji PET poliestera. Monomeri su tereftalna kiselina (HOOC—C₆H₄—COOH) i etilen glikol (HO—CH₂—CH₂—OH), dok je ponavljajuća jedinica —OC—C₆H₄—COO—CH₂—CH₂—O—, što odgovara kombinaciji dva monomera sa gubitkom dva molekula vode. Poseban segment svakog monomera koji je ugrađen u polimer poznat je kao ponovljena jedinica ili monomerski ostatak.

Laboratorijske sintetske metode uglavnom se dele u dve kategorije, postepena polimerizacija i polimerizacija lančanog rasta.^[15] Suštinska razlika između ova dva pristupa je u tome što se pri polimerizaciji rasta lanca monomeri dodaju u lanac samo jedan po jedan,^[16] kao u polietilenu, dok se u postepenoj polimerizaciji lanci monomera mogu direktno kombinovati jedni s drugima,^[17] kao u poliestru. Novije metode, poput plazmene polimerizacije se uredno ne uklapaju u ove kategorije. Reakcije sintetske polimerizacije mogu se izvoditi sa katalizatorom ili bez njega. Laboratorijska sinteza biopolimera, posebno proteina, područje je intenzivnih istraživanja.

Biološka sinteza

Postoje tri glavne klase biopolimera: polisaharidi, polipeptidi, i polinukleotidi. U živim ćelijama, oni se mogu sintetisati enzimski posredovanim procesima, kao što je formiranje DNK katalizirano DNK polimerazom. Sinteza proteina uključuje brojne enzimski posredovane procese za transkribovanje genetskih informacija iz DNK u RNK i potom se ta informacija translira da bi se sintetizovali određeni protein iz aminokiselina. Protein može biti dalje modifikovan nakon translacije kako bi se obezbedila odgovarajuća struktura i funkcionisanje. Postoje i drugi biopolimeri poput gume, suberina, melanina i lignina.

Vidi još

Reference

^ 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.
^ IUPAC. „polymer”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
^ ^a ^b ^v IUPAC. „macromolecule (polymer molecule)”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
^ „Polymer – Definition of polymer”. The Free Dictionary. Pristupljeno 23. 7. 2013.
^ „Define polymer”. Dictionary Reference. Pristupljeno 23. 7. 2013.
^ „Polymer on Britannica”.
^ Painter, Paul C.; Coleman, Michael M. (1997). Fundamentals of polymer science: an introductory text. Lancaster, Pa.: Technomic Pub. Co. str. 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. str. 1. ISBN 978-0-19-856526-0.
^ If two substances had empirical formulae that were integer multiples of each other – e.g., acetylene (C₂H₂) and benzene (C₆H₆) – Berzelius called them "polymeric". See: Jöns Jakob Berzelius (1833) "Isomerie, Unterscheidung von damit analogen Verhältnissen" (Isomeric, distinction from relations analogous to it), Jahres-Bericht über die Fortschitte der physischen Wissenschaften …, 12: 63–67. From page 64: "Um diese Art von Gleichheit in der Zusammensetzung, bei Ungleichheit in den Eigenschaften, bezeichnen zu können, möchte ich für diese Körper die Benennung polymerische (von πολυς mehrere) vorschlagen." (In order to be able to denote this type of similarity in composition [which is accompanied] by differences in properties, I would like to propose the designation "polymeric" (from πολυς, several) for these substances.)
Originally published in 1832 in Swedish as: Jöns Jacob Berzelius (1832) "Isomeri, dess distinktion från dermed analoga förhållanden," Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi, pages 65–70; the word "polymeriska" appears on page 66.
^ Jensen, William B. (2008). „Ask the Historian: The origin of the polymer concept” (PDF). Journal of Chemical Education. 85 (5): 624—625. Bibcode:2008JChEd..85..624J. doi:10.1021/ed085p624. Arhivirano iz originala (PDF) 18. 06. 2018. g. Pristupljeno 22. 03. 2020.
^ Staudinger, H (1920). „Über Polymerisation” [On polymerization]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (na jeziku: German). 53 (6): 1073—1085. doi:10.1002/cber.19200530627.
^ Allcock, Lampe & Mark 2003, str. 21
^ Feizi, Ten; Chai, Wengang (2004). „Oligosaccharide microarrays to decipher the glyco code”. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 5 (7): 582—588. PMID 15232576. doi:10.1038/nrm1428.
^ World Plastics Production
^ Sperling, L. H. (Leslie Howard) (2006). Introduction to physical polymer science. Hoboken, N.J.: Wiley. str. 10. ISBN 978-0-471-70606-9.
^ Sperling, str. 11
^ Sperling, str. 15

Literatura

Allcock, Harry R.; Lampe, Frederick W.; Mark, James E. (2003). Contemporary Polymer Chemistry (3 izd.). Pearson Education. str. 21. ISBN 978-0-13-065056-6.
McCrum, N. G.; Buckley, C. P.; Bucknall, C. B. (1997). Principles of polymer engineering. Oxford; New York: Oxford University Press. str. 1. ISBN 978-0-19-856526-0.
Painter, Paul C.; Coleman, Michael M. (1997). Fundamentals of polymer science: an introductory text. Lancaster, Pa.: Technomic Pub. Co. str. 1. ISBN 978-1-56676-559-6.
Sperling, L. H. (Leslie Howard) (2006). Introduction to physical polymer science. Hoboken, N.J.: Wiley. str. 10. ISBN 978-0-471-70606-9.
Cowie, J. M. G. (John McKenzie Grant) (1991). Polymers: chemistry and physics of modern material. Glasgow: Blackie. ISBN 978-0-412-03121-2.
Ezrin, Myer. (1996). Plastics failure guide : cause and preventio. Munich ; New York: Hanser Publishers : Cincinnati. ISBN 978-1-56990-184-7.
Lewis, P. R. (Peter Rhys); Reynolds, Ken.; Gagg, Colin. (2004). Forensic materials engineering : case studi. Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-8493-1182-6.
Wright, David C. (2001). Environmental Stress Cracking of Plastics. RAPRA. ISBN 978-1859570647.
Lewis, Peter Rhys (2010). Forensic polymer engineering : why polymer products fail in service. Cambridge [etc.]: Woodhead Publishing. ISBN 978-1-84569-185-1.
Workman, Jerome; Workman, Jerry (2001). Handbook of organic compounds: NIR, IR, Raman, and UV-Vis spectra featuring polymers and surfactants. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-763560-6.
Hall, Christopher (1989). Polymer materials (2nd izd.). 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.
Membranes on Polyolefins Plants Vent Recovery, Improvement Economics Program. Intratec. 2. 8. 2012. ISBN 978-0615678917. Arhivirano iz originala 13. 5. 2013. g.

Spoljašnje veze

[1] 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.

[goldbook2-2] IUPAC. „polymer”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).

[goldbook-3] v IUPAC. „macromolecule (polymer molecule)”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).

[4] „Polymer – Definition of polymer”. The Free Dictionary. Pristupljeno 23. 7. 2013.

[5] „Define polymer”. Dictionary Reference. Pristupljeno 23. 7. 2013.

[6] „Polymer on Britannica”.

[PC1-7] Painter, Paul C.; Coleman, Michael M. (1997). Fundamentals of polymer science: an introductory text. Lancaster, Pa.: Technomic Pub. Co. str. 1. ISBN 978-1-56676-559-6.

[MBB1-8] McCrum, N. G.; Buckley, C. P.; Bucknall, C. B. (1997). Principles of polymer engineering. Oxford; New York: Oxford University Press. str. 1. ISBN 978-0-19-856526-0.

[9] If two substances had empirical formulae that were integer multiples of each other – e.g., acetylene (C₂H₂) and benzene (C₆H₆) – Berzelius called them "polymeric". See: Jöns Jakob Berzelius (1833) "Isomerie, Unterscheidung von damit analogen Verhältnissen" (Isomeric, distinction from relations analogous to it), Jahres-Bericht über die Fortschitte der physischen Wissenschaften …, 12: 63–67. From page 64: "Um diese Art von Gleichheit in der Zusammensetzung, bei Ungleichheit in den Eigenschaften, bezeichnen zu können, möchte ich für diese Körper die Benennung polymerische (von πολυς mehrere) vorschlagen." (In order to be able to denote this type of similarity in composition [which is accompanied] by differences in properties, I would like to propose the designation "polymeric" (from πολυς, several) for these substances.)
Originally published in 1832 in Swedish as: Jöns Jacob Berzelius (1832) "Isomeri, dess distinktion från dermed analoga förhållanden," Årsberättelse om Framstegen i Fysik och Kemi, pages 65–70; the word "polymeriska" appears on page 66.

[10] Jensen, William B. (2008). „Ask the Historian: The origin of the polymer concept” (PDF). Journal of Chemical Education. 85 (5): 624—625. Bibcode:2008JChEd..85..624J. doi:10.1021/ed085p624. Arhivirano iz originala (PDF) 18. 06. 2018. g. Pristupljeno 22. 03. 2020.

[11] Staudinger, H (1920). „Über Polymerisation” [On polymerization]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (na jeziku: German). 53 (6): 1073—1085. doi:10.1002/cber.19200530627.

[12] Allcock, Lampe & Mark 2003, str. 21

[13] Feizi, Ten; Chai, Wengang (2004). „Oligosaccharide microarrays to decipher the glyco code”. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 5 (7): 582—588. PMID 15232576. doi:10.1038/nrm1428.

[14] World Plastics Production

[15] Sperling, L. H. (Leslie Howard) (2006). Introduction to physical polymer science. Hoboken, N.J.: Wiley. str. 10. ISBN 978-0-471-70606-9.

[16] Sperling, str. 11

[17] Sperling, str. 15

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[1]

[2]

[3]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]