Co to jest radykalna polimeryzacja?

Słowo polimer oznacza „wiele jednostek” i odnosi się do chemicznego procesu dodawania jednej jednostki do drugiej, do drugiej - i tak dalej - do momentu wytworzenia łańcucha o pożądanej wielkości. Niektóre reakcje polimeryzacji wykorzystują dodatnio naładowane jony węgla lub karbokacje; podczas gdy inni stosują ujemnie naładowane atomy węgla lub karbaniony. Jednak trzeci mechanizm realizuje to zadanie przy użyciu wolnych rodników, a proces ten nazywa się polimeryzacją rodnikową. Wolne rodniki to atomy lub fragmenty molekularne z reaktywnym niesparowanym elektronem, które można wykorzystać do zwiększenia wielkości mniejszej cząsteczki. „Inicjator” jest wymagany do rozpoczęcia reakcji polimeryzacji wolnorodnikowej.

Generalnie, inicjator jest cząsteczką posiadającą słabe wiązanie chemiczne, która równomiernie rozdziela się na rodniki, przy czym każdy fragment zabiera pojedynczy elektron, a nie jeden fragment przyjmujący zarówno elektrony, jak i drugi, żaden. Chlor gazowy (Cl ₂ ) poddany działaniu światła ultrafioletowego dzieli się na dwa rodniki, każdy oznaczony jako Cl ∙, z kropką reprezentującą samotny elektron. Gdy ten reaktywny rodnik jednoczy się z elektrycznie obojętną cząsteczką organiczną, powstaje większy rodnik, który może dalej reagować i tak dalej. Dodatkowe powszechne inicjatory obejmują nadtlenki organiczne - z wiązaniem - (O – O) - i związki azowe - związki mające wiązanie - (N = N) -.

Po zainicjowaniu reakcji kontynuuje się jej propagacja, przy czym liczba wolnych rodników pozostaje zasadniczo stała. Jeden przykład tego można zaobserwować w rodnikowej polimeryzacji gazu etylenowego przy użyciu organicznego inicjatora nadtlenkowego, R – O – O – R. Niewielka ilość nadtlenku jest dzielona na jego składowe rodniki (R – O ∙) i wprowadzana do etylenu (CH ₂ = CH ₂ ). Obie reagują, co powoduje dodanie i obecność nowego gatunku (R – O – CH _{2 –} CH ₂ ∙). To samo jest reaktywne i atakuje drugą cząsteczkę gazu etylenowego, aby wytworzyć jeszcze inny, większy gatunek (R – O – CH _{2 –} CH ₂ CH _{2 –} CH ₂ ∙); ostatecznie reakcja zostaje zatrzymana.

Chociaż reakcję polimeryzacji rodnikowej zatrzymuje się w dogodnym punkcie, istnieją naturalne procesy, które zmniejszają liczbę dostępnych uczestników reakcji wolnorodnikowych przed osiągnięciem tego punktu. Jeden z nich nazywa się „kombinacją”, niezamierzonym połączeniem wolnych rodników. W cytowanym przykładzie 2 R – O – CH _{2 –} CH ₂ ∙ → R – O – CH ₂ –CH ₂ –CH ₂ –CH ₂ –O – R. Inną reakcją uboczną jest „dysproporcja”, w której jeden rodnik porywa atom wodoru z drugiego rodnika, jak w R – O – CH _{2 –} CH ₂ ∙ + ∙ CH _{2 –} CH ₂ –O – R → R – O – CH ₂ CH ₃ + CH ₂ = CH – O – R. Powstały polimer, polietylen, można zapisać - (CH ₂ – CH ₂ ) _n -. Ponieważ nie wszystkie łańcuchy produktu w procesie polimeryzacji rodnikowej będą równej długości w momencie zakończenia reakcji, masę cząsteczkową można podać jako średnią masę cząsteczkową lub jako pewną formę rozkładu masy cząsteczkowej.