Полимер

Терминът „Полимер“ се отнася до макромолекула, състояща се от множество молекули, и то от един (или дори повече) видове атоми (или направо от групи атоми). Важно е да се отбележи, че много от химическите и физическите свойства не се променят, когато премахнем или добавим една (или повече) подобни конституционни единици.

Сега модерните полимери обикновено се създават чрез процес, известен като поликондензация, или полимеризация.

Ключовото, в което другите материали и полимерите се различават, е т.нар. структура на молекулите, подредени във вериги – обикновено става въпрос за дълги линейни структури от свързани атоми (или техните групи), в които има определена редовна структура. Това може (но не трябва) да бъде прекъснато от разклонения (тогава това са т.нар. разклонени полимери или мрежови полимери).

Тази информация е важна, защото иначе бихме могли да считаме за полимери и например диаманти (или днес толкова популярния графен), защото техните молекулни маси са еднакво високи.

За да бъдем изчерпателни – не е минало толкова много време, откакто понятието полимер се отнасяше само до макромолекулни вещества, създадени от молекули с формула Xn „(числото n показваше колко пъти се повтаря структурата). Не трябва да забравяме, че днес под понятието полимери попадат и вещества с явно нечисто химически произход: например нуклеинови киселини и разнообразни протеини. Това е така, защото структурата на тяхната молекула се състои от огромен брой много подобни структурни единици, които постоянно се повтарят.

За да бъде областта на съвременната химия и полимерите по-прегледна, учените решиха да разграничат ясно нещата: например всички полимери с биологичен произход днес попадат под понятието биополимери (или биомакромолекулни вещества). Например, най-известният биополимер е целулозата, която съдържа около хиляда единици глюкоза. Това е причината, поради която целулозата има толкова голяма относителна молекулна маса (около 200 хиляди).

Примери за най-разпространените химически полимери от практиката

Най-известният представител на обикновените химически полимери е полиетиленът, който може да бъде изобразен по следния начин:

H―(CH2)n―H

или:

H―(CH2―CH2)n―H

когато някой иска да подчертае, че е създаден чрез полимеризация на етилен.

Друг сравнително добре познат полимер е т.нар. полибутадиен (най-старият изкуствен каучук):

H―(CH2―CH═CH―CH2)n―H

можем да имаме и полибутадиен, завършващ с хидроксилна група (HTPB), което изглежда така:

HO―(CH2―CH═CH―CH2)n―OH

Друг добър пример за модерен (и вече не толкова прост) полимер е поливинилхлоридът (PVC):

H―(CH2―CHCl)n―H

Какви структури могат да приемат полимерите?

Всички горепосочени полимери са неразклонени и с прави структури. Ако искаме да се запознаем с по-сложен полимер, добър пример е известният на всички естествен каучук. Естественият каучук произлиза от мономерната единица на въглеводорода изопрен (или може да служи и полистирен със синтетичен произход).

Полимерите от всички видове, разбира се, не е задължително да създават само прости и линейни вещества. Дори между връзките на мономерните единици могат да се създават химически връзки, които създават специфична и несравнима пространствена/плоска структура на дадения полимер.

Всички полимери, разбира се, могат да бъдат създадени от повече от един мономер, поради което те се наричат съполимери. Молекулите тук могат и не трябва да имат редовна структура на своите мономерни единици. От това следва логично, че както нуклеиновите киселини, така и протеините са в това отношение ясни съполимери.

Какви са механичните свойства на полимерите?

Един от най-важните фактори, който интересува човечеството при всички химически полимери, са техните механични и физически свойства. Именно те определят как ще се държи даден полимер в макросвета и в по-голям мащаб.

• Якост на опън – това свойство определя колко голямо удължение даден полимер може да издържи, преди да се скъса. Това е много важно, тъй като обикновено е най-важният фактор за тях. Общо казано, якостта на опън на даден полимер се увеличава с дължината на неговата верига/създаването на по-сложна структура от типа мрежа при целулозата.
• Еластичен модул – той определя колко еластичен е даден полимер. Дефиниран е за влакна с определена дължина и дебелина. Тази стойност не е фиксирана и се променя значително в зависимост от температурата.