User:Vladan legetic

-šabloni-       {Пф201415}

Uvod
Polimeri su široko rasprostranjeni mikro molekuli. Oni su deo samog čovekovog organizma-proteini, nukleinske kiseline, a takodje se nalaze i u čovekovoj okolini. Danas poznajemo brojne sintetičke polimere bez čije upotrebe ne bi moglo da se zamisli savremeno društvo i rad velikog dela industrije(plastične). Mnogi od ovih makromolekula bili su poznati od davnina, još od samog početka života na zemlji ali je isto tako usled potrebe da se proizvedu novi sintetski materjali došlo do razvoja hemije makromolekula (mase, vlakna,adhezivi,premazi…)

Obzirom na ovako veliki značaj polimera za čoveka, a sa druge strane imajuci u vidu da je to još uvek nepovoljno istražena grana hemije, pozeleo sam da se bolje upoznam sa ovom vrstom makromolekula.

U daljem toku rada biće obrađeni: sam pojam polimera, njihove vrste, građa o dobijanje kao i primena istih.

Polimeri
Polimerom se naziva veliki molekul koji se sastoji iz mnogo(grčki: poli) konstitutivnih jedinica osnovnih motiva(grčki: meros) međusobno povezanih kovalentnim vezama.

Ti mali molekuli, koji se nazivaju monomerima sadrže barem dve funkcionalne grupe koje im omogućavaju medjusobno povezivanje kovalentnim vezama.

Monomeri se mogu podeliti u tri grupe

Hemijske reakcije kojima se molekuli monomera povezuju u makromolecule nazivaju se reakcije polimerizacije.
 * 1) Monomeri koji nose dve ili vise funkcionalnih grupa, kao sto su naprimer:
 * 2) Hidrokiseline(HO-R-COOH)
 * 3) Aminokiseline(N2-R-COOH)
 * 4) Diamini(HN-R-NH2)
 * 5) Dihloridi(U-R-O)
 * 6) Monomeri sa nezasićenom i to najčešće dvostrukim i trostrukim vezama, kao što su naprimer:
 * 7) Eten(H2C=CH2)
 * 8) Propen(CH2=CHCH3)
 * 9) Ciklični monomeri sa heteroatomom u prstenu, kao što su
 * 10) Etilen-oksid(C2H4O)

Polimeri se predstavljaju pomoću hemiske formule ostatka monomera, označenog zagradom i brojem n, osnovnih motiva-monomera. U lancu makromolekula, koji se naziva stepenom polimerizacije i najčešće označava sa X.

Npr. Makromolekul polietilena dobijen polimerizacijom etena uprošćeno se prikazuje na sledeći način:

Nomenklatura polimera nije jedinstvena. U prvom period dobijali su trivijalne nazive od kojih se neki i danas koriste, npr: celuloza, belančevine, kaučuk…

Modifikovani prirodni polimeri imaju imena nastala kombinacijom trivijalnog imena polimera i imena koje ukazuje na hemijsku reakciju kojom je dati polimer modifikovan: nitroceluloza, metil celuloza, karboksimetilskrob…

Polimeri dobijeni polimerizacijom vinilnih monomera obeležavaju se kombinacijom prefiksa poli i imena monomera, polietilen, polistiren, poli-vinil-hlorid.

Polimeri dobijeni reakcijom polikondenzacije imaju ime prema karakterističnoj grupi. Na primer, ako sadrže amidnu grupu(-CONH-) nazivaju se poliamidi, a sa estarskom grupom(-COO-) poliestri.

Od 1972. God. Primenjuje se IUPAC nomenklatura.

Klasifikacija polimera
Polimeri mogu da se klasifikuju prema rezličitim kriterijumima kao što su: poreklo, hemijski sastav monomera, način povezivanja u makromolekule itd… Nijedna dosadašnja klasifikacija nije sveobuhvatna i opšte prihvaćena

Klasifikacija polimera prema poreklu i sastavu
Prema svom poreklu, polimeri se dele u dve velike grupe: prirodne i sintetske. Obe grupe polimera mogu da budu modifikovane. Prema sastavu polimeri iz ove osnovne grupe mogu da budu organski, neorganski ili element-organski. Tako se na osnovu ovih priterijuma polimeri mogu klasifikovati na sledeci način:

Makromolekuli organskih polimera, pored C atoma u osnovnom lancu mogu da sadrže atome O, N,S.

Makromolekuli organsko-neorganskih polimera, u osnovnom lancu, pored C atoma mogu da sadrže i druge atome osim O,H,S.

Makromolekuli neorganskog polimera u osnovnom lancu ne sadrže atome C, ali se oni mogu nalaziti u sastavu bočnih grupa.

Klasifikacija polimera prema mehanizmu reakcije polimerizacije
Poliadicija- molekuli monomera jednostavno adiraju jedan na drugi

Polikondenzacija – u toku reakcije eliminišu se manju molekuli(obično voda ili amonijak)

Klasifikacija polimera prema vrsti monomera

 * Ukoliko se makromolekul sastoji od jedne vrste monomera, nagrađeni polimer se naziva homopolimer.


 * Ukoliko monomeri nisu jednaki tada se nazivaju monomeri, a nastao jednaki tada se nazivaju konomeri, a nastali polimeri kopolimeri ili heteropolimer

Klasifikacija polimera na osnovu strukture makromolekula

 * 1) Podela na osnovu oblika makromolekula:
 * 2) Linerni – kada su dugi polimerni lanci naslonjenu jedan na drugi.
 * 3) Razgranati – račvasti
 * 4) Umreženi – kada su medjusobno molimerni lanci trodimenzionalno povezani

Podela na osnovu načina pružanja makromolekula u prostoru

 * Monodimenzionalni ili lančasti – makromolekuli se pružaju u samo jednom pravcu
 * Bidimenzionalni ili linearni – makromolekuli se pružaju u dva pravca
 * Tridimenzionalni ili prostorni – makromolekuli se pruzaju u sva tri pravca

Građa i dobijanje prirodnih polimera
Prirodni polimeri najčešće sadrže različite osnovne jedinice – komonomere. Upravo iz tog razloga redosled njihovog vezivanja u velikom broju slučajeva i danas nije poznat, što predstavlja osnovnu karakteristiku po kojoj se prirodni polimeri razlikuju i klasifikuju.

Prirodni polimeri se mogu podeliti u četiri grupe:

1. Proteini – makromolekuli izgrađeni od velikog broja aminokiselina. Struktura i osobine proteina zavise od vrste, broja i načina na koji su raspoređeni aminokiselinski ostaci. Samim tim svaki protein ima jedinstvenu strukturu odnosno odgovarajuću biolosku funkciju. Kod svih aminokiselina koje ulaze u sastav proteina, amino i karboksilna grupa vezane sun a isti ugljenikov atom.


 * Aminokiselina(monomer)
 * Protein(polimer)

Najznačajnija reakcija aminokiselina je reakcija karboksilne grupe jedne i amino-grupe druge aminokiseline. Tako nastaje amidna veza- peptidna veza. Povezivanjem aminokiselina nastaju peptide, a ako se poveže vise od 50 aminokiselinskih ostataka nastaje protein. Ova polimerna jedinjenja imaju značajne funkcije(enzimi, albumin,antitela, fibrinogen…)

2. Polisaharidi – makromolekuli nastali povezivanjem velikog broja monosaharidnih jedinki glikozidnom vezom. Kao i drugi polimeri i polisaharidi se dele na homo-polisaharide(izgrađene od jedne vrste monosaharida) i heteropolisaharide (sadrže dve ili vise monosaharidnih jedinica.)

Polisaharidi se prema svojoj biološkoj funkciji dele na


 * Rezervne
 * Skrob (biljni polisaharid, energetska rezerva biljkama i hrana životinjama)
 * Glikogen(rezervni polisaharid životinja)
 * Strukturne
 * Celuloza (gradivna komponenta ćelijskih struktura)

3. Nukleinske kiseline – makromolekuli, izgrađeni od velikog broja monomera tzv. Nukleotida. Nukleotidi su složene građe, sadrže fosfornu kiselinu, pentozu i heterociklične baze. U zavisnosti da li sadrže ribozu ili dezoksikozu dele se na ribonukleotidne i dezoksiribonukleotide. Shodno tome postoje dve vrste nukleinskih kiselina – DNK i RNK.

DNK je nosilac i prenosilac naslednih osobina u svim živim organizmima.

Postoje tri osnovne vrste RNK u ćelijama – ribozomalna RNK, transportna RNK i informaciona RNK. Svaka ima karakterističan sastav, molekulsku masu i biološku funkciju.

4. Polipropeni – prirodni kaučuk je polipropen tj. Linarni polimer izoprena (C5H8)n. Poznata su dva izmera kaučuka:


 * Kaučuk – cis isomer 1,4 poliizoprena(monomerne jedinice izoprena sa iste strane dvogube veze)


 * B – gutaperka– trans izomer1,4 poliizoprena(monomerne jedinice izoprena sa suprotne strane dvogube veze)

Kaučuk – prirodna guma, Indijska guma je elastični ugljovodonični polimer – elastomer koji je originalno izveden iz lateksa mlečnog koloida koga proizvode neke biljke. Pradomovina biljke kaučuk je Brazil, a danas se uzgaja u gotovo svim područjima žarkog pojasa. Na biljkama se napravi zarez u kori, Lepljivi, mleku sličan lateks se sakuplja i potom prerađuje u gumu. Kaučuk je termoplastni i termostabilni metarijal.

1839. godine Čarls Gudjir opazio je da kaučuk sa dodatkom sumpora, zagrevanjem daje smeśu koja pokazuje znatno izmenjena svojstva. Kasnije je ovaj spoj kaučuka i sumpora dobio naziv guma, a sam process nazvan je vulkanizacija. U pravo vreme najveća primena gume bila je kao izolacioni material, a do naglog porasta proizvodnje dolazi sa razvojem automobilske industrije. Prve autogume bile su od pune gume, a od 1888. Prema patent Dunlopa primenjuju se gume ispunjene vazduhom.

Pri vulkanizaciji dolazi do stvaranja unakrsnih veza(silfidne i disulfidne) koje povezuju polimerne lance, daju im cvrstinu i sprečavaju klizanje.

Građa i dobijanje sintetskih polimera
Sintetski polimeri dobijaju se hemiskim procesima u odgovarajućim postrojenjima. U zavisnosti od svojstva tj. građe i hemijskih osobina monomera nastaju sintetski polimeri različitih karakteristika.

Klasifikacija sintetskih polimera prema menizmu reakcije polimerizacije.
Kao sto je već pomenuto reakcije polimerizacije mogu biti reakcije adicije i kondenzacije.

Adiciona polimerizacija
U zavisnosti od tipa molekula koji pokreće process polimerizacije reakcije adicije dele se na slobodno radikalske i jonske reakcije polimerizacije.

Adicione slobodno radikalske reakcije polimerizacije – Polimerizacioni process započinje zahvaljujući prisustvu malih količina nestabilnih jedinjenja – inicijatora. Inicijatori stvaraju nestabilne jedinke tipa slobodnih radikala. Najbolji inicijatori su molekuli peroksida.

Faze polimerizacije:


 * 1) Faza – faza inicijacije: Peroksidi se zagrevanjem raspadaju i grade slobodne radikale. Radikal se adira na molekul alkena i nastaje drugi slobodni radikal.
 * 2) Faza – faza elongacije(propagacije): Radikal nastao u prvoj fazi adira se na drugi molekul alkena gradeći novi radikal.
 * 3) Faza – faza terminacije: Rast polimera završava se spajanjem dva radikala.

Vinilni Polimeri
Adiciona slobodna radikalska polimerizacija je jedna od najvažnijih reakcija za jedinjenja koja sadrže ugljenik-ugljenik dvostruku vezu (npr. etilen). Povezivanjem ovakvih monomera nastaju vinilni polimeri (npr. polietilen)

Polietilen je elastičan, proziran, nepolarne structure, otporan na vodu i brojne hemikalije. Koristi se za izradu ambalažnog materijala za prehrambene, farmaceutske, tekstilne i druge proizvode(boce, folije vreće), za izradu elektromehaničkog, montažnog i drugog pribora, za izolaciju električnih kablova, impregnaciju tekstilnih vlakana i papira…

Prisustvo različitih supstituenata (-CL, -C6H5) u molekulima alkena dovodi do nastanka polimera različitih osobina a samim tim i namene.

Polivinilhlorid nastaje polimerizacijom vinilhlorida. Njegovom preradom dobija se čvrsta plastična masa otporna na delovanje hemijskih sredstava. Nedostatak mu je sto omekšava već na 80-85oC, a na hladnoći je krt.

PVC je slučajno otkriven najmanje dva puta u 19. veku. Prvi put ga je otkrio Henri Viktor Regnault 1835. god, a drugi put Eugen Baumann 1872. Oba se puta polimer pojavio kao bela, čvrsta supstancaunutar boca vinilhlorida koje su ostavljene na sunčevoj svetlosti.

U 20. veku Ivan Ostromislenski i Fritz Klater pokušali su da koriste PVC u komercijalnim proizvodima, ali je krhki polimer uzrokovao propast bilo kog proizvoda. 1926. Waldo Seman osmislio je metodu plastificiranja PVC, mešajuci gas a različitim aditivima. Rezultat je bio fleksibilniji material koji je uskoro postigao veliku komercijalnu upotrebu!

Zbog prilagodljivosti i niske cene PVC se koristi u razne svrhe; kao ambalaža, za izradu nameštaja, igračaka, medicinskih pomagala, građevinskog materijala. Međutim, ybog svoje raširenosti postaje jedan od najvećih ekoloških problema, čemu doprinosi i njegova toksičnost u svim fazama proizvodnje, preko upotrebe do odlaganja.

U smislu donešene dobiti, PVC je jedan od najvrednijih proizvoda u hemijskoj industriji, ali se ipak sve vise podstiče korišćenje prirodnih materijala zbog zabrinutosti za okolinu! PVC se u velikoj meri danas reciklira.

U vinilne polimere spadaju i Teflon, saran, orlon, lucit… Koji takođe danas imaju značajnu primenu u industriji.

Konjugovani Polimeri
Konjugovani dieni takođe podležu slobodno radikalskoj adicionoj polimerizaciji. Zbog nedovoljne količine prirodnog kaučuka javila se potreba za njegovom dodatnom sintezom. Najpoznatiji sintetski kaučuk bio je na bazi butadiena. U početku se kao inicijator reakcije koristio butadien-Na(odatle i naziv Buna kaučuk) a kasnije peroksidi.

Razlike u stereohemiji tj. Prostornom rasporedu izoprnskih jedinica u molekulu polizoprena, bile su osnovna prepreka za dobijanje sintetskog kaučuka zadovoljavajućih osobina. Prirodni kaučuk je cis-izomer, a sintetski cis-i trans-izomera.

Usavrsavanjem hemiskih metoda, kako za sam proces sinteze tako i za razdavjanje smeša stereoizomera, proizvedena su mnoga jedinjenja sa čak i boljim osobinama od prirodnog kaučuka.

Neopren – polimer hloroprena, otporan na toplotu, sunčevu svetlost, hemijske supstance. Koristi se za izradu plastičnih cevi, zapušača, zastitnih rukavica.

Jonska polimerizacija
Jonska polimerizacija je tip lančane polimerizacije. Na osnovu vrste jona, koji iniciraju reakciju, razlikuju se dva tipa jonske polimerizacije: katjonska i anjonska. Katjonska polimerizacija je povezana sa obrazovanjem karbkatjona, dok je anjonska povezana sa nastankom barbanjona.

Jonske reakcije odvijaju se u prisustvu katalizatora. Za iniciranje velikog broja jonskih reakcija, pored katalizatora, neophodno je i kokatalizatora. Jedna od oblika jonske polimerizacije jeste mogucnost regulisanja reakcije rasta lanca, što omogućuje dobijanje polimera sa unapred zadatim svojstvima.

Jonska polimerizacija se odvija većom brzinom od slobodno radikalske, što dovodi do obrazovanja polimera sa većim molekulskim masama.

Katjonska polimerizacija
Najčešći inicijatori katjonske polimerizacije su protonske kiseline sa glomaznim anjonima(HCl,H2SO4,HClSO4)ili kiseline Luisovog tipa (BF3,ALCl3) tzv Fridel-Kraftsovi katalizatori.

Iniciranje reakcije odvija se prenosom katjona (najčešće protona) na molekul monomera pri čemu se obrazuje karbokatjon.

Butil guma se najviše koristi za proizvodnju unutrašnjih automobilskih guma.

Anjonska polimerizacija
Kao katalizatori anjonske polimerizacije najčešće se koriste hidroksidi, alkosidi, matalodganska jedinjenja, njihovi kompleksi itd.

Polimeri nastali ovim mehanizmom odlikuju se visokom stereohemijskom kontrolom!

Kondenzaciona polimerizacija
Kao što je u prethodnom tekstu navedeno pod reakcijama kondenzacione polimerizacije podrazumevaju se one reakcije u kojima dolazi do izdvajanja vode ili nekog drugog malog molekula(amonijak…) U reakcijama kondenzacije dolazi do međusobnog reagovanja različitih funkcionalnih grupa pri čemu ravnopravno učestvuju monomeri, komonomeri, rastući makromolekuli. Sintetisan je veliki broj kondenzacionih polimera: polietri, poliamidi, aminoplasti, fenoplasti itd.

Polietri
Ukoliko su monomeri u molekulskom nizu povezani atomom kiseonika tada govorimo o polietrima.

Jedan od najznačajnijih polietara je polimetilanoksid. Dobija se iz formaldehida, nerastvoran je u većini rastvarača, otporan na toplotu, zbog čega ima značajnu primenu kao material u inženjerske svrhe. Linarni polietri mogu se dobici i kondenzacijom cikličnih etara kao npr.

Polietilenglikol koji nastaje iz etilenoksida

Poliestri
Poliamidi nastaju kondenzacijom aminokiselina ili diamida i dikarbonskih kiselina. Imaju osobine prirodnih vlakana, a najpoznatiji su najlon i perlon. Polamidi su našli primenu u tekstilnoj industriji jer dobro zamenjuju svilu.

Aminoplasti
Aminoplasti nastaju postepeni. U pravoj reakciji dolazi do kondenzacije uree i kormaldehida pri čemu nastaje linarni polimer. Njegovim zagrevanjem u prisustvu viška formaldehida nastaje umreženi polimer – urea-formaldehidna smola ili aminoplast(polaps) Koristi se u drvnoprerađivačkoj industriji.

Fenoplasti
Fenoplasti ili fenol-formaldehidne smole spadaju u najznačajnije sintetske plastične mase. Linarni polimer nastaje kondenzacijom fenola i formaldetida, a daljim zagrevanjem dolazi do umrežavanja i nastanka umreženog polimera – bakelit. LInarni polimer kodisti se za proizvodnju boja i lakova, a umrezeni kao isolator u elektroindustriji.

Zaključak
Hemija makromolekula je vrlo složena nauka; povezuje hemiju, hemijsko inženjerstvo, poznavanje matarijala, fiziku i druge oblasti. Razvoj ove naučne discipline i dalje je u velikom usponu. Stalna istraživanja omogućila su veliki napredak u proučavanju, sintezi novih i poboljšavanju karakteristika već poznatih polimera.

Prirodni polimeri su deo samog čoveka i njegove okoline, što ih čini suštinski bitnim za ljude, međutim na njih se ne gleda na isti način kao na sintetske polimere it tog razloga što oni nisu delo “ljudske genijalnosti”. Mnogo veća pažnja usmerena je upravo razvoju sintetskih polimera! NJihovi otkriće i ogromna upotreba u današnjoj industriji svakako predstavlja najveću dobit za savremeno društvo! Niska cena, dostupnost i primena u najrazličitije svrhe učinili su ih neophodnim sirovinama u prehrambenoj, farmaceutskoj, autoindustriji, građevini… Nažalost za temu sintetskih polimera vezuju se i manje dobre stvari. Svedoci smo velikog zagađenja životne sredine upravo produktima sintetskih polimera. Danas se sve veća pažnja čitavog sveta usmerava na reciklažu ovih materijala i buđenje svesti kod ljudi o odgovornoj upotrebi kesa, flaša, sintetičkih stvari…

Tema rada bila je veoma interesantna za uzučavanja. Upoznao sam se bliže sa velikim značajem polimera, sa činjenicom da jos uvek postoje velike mogućnosti za razvoj ovih makromolekula… Ipak jedna činjenica ostavila je na mene jak utisak, a to je da ljudi moraju da se koliko god je to moguće vrate prirodnim materijalima kako ne bi u potpunosti ugrozili svoju životnu sredinu.

literatura
1.Blagijević Z., Farmaceutska hemija, Farmaceutski fakultet Beograd 1972. 2.Vitivirović D., Hemijska tehnologija, Naučna knjiga, Beograd 1990. 3.Lehninger A. biochemistry, Worth Publishers, New York 1987.