Co to jest monomer?
Monomer jest powtarzalną strukturą lub jednostką w typie dużej cząsteczki znanej jako polimer. Słowo pochodzi od greckiego mono oznaczającego jeden, a meros oznaczającego część; jest to jedna z wielu podobnych części długiego łańcucha, który tworzy cząsteczkę. Monomery łączą się ze sobą, tworząc polimery podczas reakcji chemicznej zwanej polimeryzacją, w której cząsteczki łączą się, dzieląc elektrony w tak zwanym wiązaniu kowalencyjnym. Mogą również łączyć się ze sobą, tworząc mniejsze struktury: dimer składa się z dwóch monomerów i trimeru, na przykład trzech. Polimery mogą składać się z wielu tysięcy tych jednostek.
Właściwości strukturalne polimeru zależą od ułożenia monomerów, z których się składa. Może to wpływać na jego rozpuszczalność w wodzie, temperaturę topnienia, reaktywność chemiczną lub trwałość. Dwa polimery mogą zawierać te same cząsteczki monomeru, ale ze względu na ich rozmieszczenie mogą mieć różne właściwości.
Klejenie
Kluczową cechą jednostki monomeru jest jej zdolność do łączenia się z co najmniej dwiema innymi cząsteczkami. Liczba cząsteczek, z którymi jednostka może się łączyć, zależy od liczby miejsc aktywnych, w których można utworzyć wiązania kowalencyjne. Jeśli może łączyć się tylko z dwiema innymi cząsteczkami, powstają struktury łańcuchowe. Jeśli można połączyć się z trzema lub więcej innymi monomerami, można zbudować bardziej zaawansowane, trójwymiarowe, usieciowane polimery. Pierwiastek węgla stanowi podstawę większości polimerów, ponieważ jest jednym z niewielu pierwiastków, które mogą wiązać się w czterech różnych kierunkach z czterema innymi atomami.
Proces wiązania niekoniecznie wymaga połączenia dwóch jednostek monomeru. W wielu przypadkach każda jednostka traci jeden lub dwa atomy, które tworzą inny produkt. Na przykład, jedna jednostka może zrezygnować z atomu wodoru, a druga grupa hydroksylowa lub wodór-tlen, w celu utworzenia wiązania, z wytworzeniem wody (H2O) jako produktu ubocznego. Ten typ polimeryzacji jest znany jako reakcja kondensacji.
Rodzaje polimerów
Polimer składający się wyłącznie z jednego rodzaju jednostki monomeru nazywa się homopolimerem. Jeśli występuje więcej niż jeden typ jednostki, jest to znane jako kopolimer. Można je pogrupować w różne kategorie, w zależności od sposobu rozmieszczenia jednostek:
- Naprzemiennie: dwie różne jednostki naprzemiennie ze sobą, na przykład… ABABAB…
- Okresowo: dana sekwencja jednostek jest powtarzana, na przykład… ABCABCABC…
- Blok: dwa lub więcej różnych homopolimerów jest związanych razem, na przykład… AAAABBBB…
- Statystyka: sekwencja jednostek nie ma ustalonego wzorca, ale niektóre kombinacje są bardziej prawdopodobne niż inne
- Losowo: sekwencja nie ma dostrzegalnego wzorca
Naturalne monomery
Jednym z najczęstszych naturalnych monomerów jest glukoza, prosty węglowodan. Może łączyć się z innymi cząsteczkami glukozy na różne sposoby, tworząc szereg różnych polimerów. Celuloza znajdowana w ścianach komórkowych roślin składa się z łańcuchów cząsteczek glukozy o długości do 10 000 lub więcej jednostek, co nadaje jej włóknistą strukturę. W skrobi jednostki glukozy tworzą rozgałęzione łańcuchy. Liczne zakończenia gałęzi tworzą punkty, w których enzymy mogą zacząć rozkładać cząsteczkę, co czyni ją łatwiejszą do strawienia niż celuloza.
Innymi przykładami są aminokwasy, które mogą łączyć się, tworząc białka, i nukleotydy, które mogą polimeryzować wraz z niektórymi związkami węglowodanowymi, tworząc DNA i RNA, cząsteczki, na których opiera się całe znane życie. Izopren, związek węglowodorów występujący w wielu zakładach, może polimeryzować w naturalną gumę. Elastyczność tej substancji wynika z faktu, że jednostki tworzą zwinięte łańcuchy, które można rozciągać i które zwalniają się z powrotem w stan zwinięty po zwolnieniu.
Sztuczne polimery
Wyprodukowano wiele syntetycznych polimerów, które obejmują materiały codziennego użytku, takie jak tworzywa sztuczne i kleje. Często monomery, z których są zbudowane, są naturalnie występującymi związkami, chociaż często można je wytwarzać syntetycznie. W większości przypadków są to węglowodory - cząsteczki zawierające tylko węgiel i wodór.
Jednym z przykładów jest etylen (C2H4, prosty węglowodór wytwarzany przez rośliny, ale wytwarzany na dużą skalę z ropy naftowej. Może być polimeryzowany z wytworzeniem polietylenu - czasami nazywanego polietylenem - najczęściej stosowanym tworzywem sztucznym. W istocie , powstaje w wyniku przekształcenia podwójnego wiązania między dwoma atomami węgla etylenu w pojedyncze wiązanie, pozostawiając każdy z nich zdolny do utworzenia kolejnego pojedynczego wiązania z sąsiadującym atomem węgla i umożliwiając utworzenie długich łańcuchów. Inne przykłady to propylen i styren, które są stosowane do produkcji odpowiednio polipropylenu i polistyrenu.