Che cos'è la polimerizzazione radicale?
Il termine polimero significa "molte unità" e si riferisce a un processo chimico di aggiunta di un'unità a un'altra, a un'altra - e così via - fino a quando non viene prodotta una catena delle dimensioni desiderate. Alcune reazioni di polimerizzazione impiegano ioni di carbonio caricati positivamente o carbocazioni; mentre altri impiegano atomi di carbonio carichi negativamente, o carbanioni. Tuttavia un terzo meccanismo svolge il compito usando i radicali liberi e il processo si chiama polimerizzazione radicale. I radicali liberi sono atomi o frammenti molecolari con un elettrone spaiato non accoppiato che può essere usato per aumentare le dimensioni di una molecola più piccola. È richiesto un "iniziatore" per iniziare la reazione nella polimerizzazione dei radicali liberi.
Generalmente, l'iniziatore è una molecola che possiede un debole legame chimico che si divide uniformemente in radicali, ogni frammento porta via un singolo elettrone, anziché un frammento che riceve entrambi gli elettroni e l'altro, nessuno. Il gas di cloro (Cl 2 ) esposto alla luce ultravioletta si divide in due radicali, ciascuno annotato come Cl ∙, con un punto che rappresenta l'elettrone solitario. Quando questo radicale reattivo si unisce a una molecola organica elettricamente neutra, il risultato è un radicale più grande che può reagire ulteriormente e così via. Altri iniziatori comuni includono perossidi organici - con un legame - (O – O) - e composti azoici - composti aventi un legame - (N = N).
Una volta avviata la reazione, la propagazione della reazione continua, con il numero di radicali liberi che rimane essenzialmente costante. Un esempio di questo può essere visto nella polimerizzazione radicale del gas etilene usando un iniziatore di perossido organico, R – O – O – R. Una piccola quantità di perossido viene suddivisa nei suoi radicali componenti (R – O ∙) e immessa in gas etilene (CH 2 = CH 2 ). I due reagiscono, con conseguente aggiunta e presenza di una nuova specie (R – O – CH 2 –CH 2 ∙). Questo è di per sé reattivo e attacca una seconda molecola di gas etilene per produrre ancora un'altra specie più grande (R – O – CH 2 –CH 2 CH 2 –CH 2 ∙); alla fine, la reazione viene fermata.
Sebbene la reazione di polimerizzazione dei radicali sia fermata in un punto conveniente, ci sono processi naturali che riducono il numero di partecipanti disponibili alla reazione dei radicali liberi prima di raggiungere quel punto. Uno di questi è chiamato "combinazione", l'unione involontaria di radicali liberi. Nell'esempio citato, 2 R – O – CH 2 –CH 2 ∙ → R – O – CH 2 –CH 2 –CH 2 –CH 2 –O – R. Un'altra reazione collaterale è la "sproporzione", in cui un radicale cattura un atomo di idrogeno da un altro radicale, come in R – O – CH 2 –CH 2 ∙ + ∙ CH 2 –CH 2 –O – R → R – O – CH 2 CH 3 + CH 2 = CH – O – R. Il risultante polimero, polietilene, può essere scritto - (CH 2 –CH 2 ) n -. Poiché non tutte le catene di prodotti nel processo di polimerizzazione radicalica avranno la stessa lunghezza al momento della terminazione della reazione, il peso molecolare può essere dato come peso molecolare medio o come una qualche forma di distribuzione del peso molecolare.