21.12
Polymères
Le mot polymère est dérivé des mots grecs “poly” qui signifie “beaucoup” et “mer” qui signifie “pièces” Les polymères sont de longues chaînes de moléc…
Un polymère est une chaîne de petites molécules, appelés monomères, qui sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes. Les organismes peuvent synthétiser des polymères biologiques, ou les scientifiques peuvent synthétiser des polymères en laboratoire. Les polymères naturels comprennent l'ADN, le matériel génétique trouvé dans tous les organismes vivants, et protéines, polysaccharides, et les lipides, les éléments constitutifs de la vie.
Les plastiques font partie des polymères synthétiques les plus courants et comprennent le nylon, le polyéthylène et le téflon. Le processus de liaison des monomères les uns aux autres pour former une molécule plus grosse est connue sous le nom de polymérisation. Les monomères polymérisent par deux mécanismes de réaction distincts, condensation et addition.
La polymérisation par condensation est quand deux monomères avec un atome d'hydrogène réactif et groupe hydroxyle, respectivement, liés les uns aux autres avec la libération d'eau comme sous-produit. La plupart des polymères naturels sont formés par des réactions de condensation. En plus de la polymérisation, des monomères avec des doubles liaisons carbone-carbone s'ajoutent les unes aux autres pour former un polymère sans génération de sous-produit par la libération d'atomes.
Polymères constitués du même type de monomères sont connus sous le nom d'homopolymères, et ceux constitués de différents types de monomères sont appelés hétéropolymères. La cellulose, le polymère naturel le plus abondant, est un homopolymère du glucose, tandis que l'agarose, un polymère d'origine marine, est un hétéropolymère de galactose et 3, 6-anhydro-L-galactopyranose. Les polymères ont différentes structures en fonction sur leur type de monomères.
Les polymères linéaires sont de longues chaînes de monomères. Par exemple, la cellulose est un polymère linéaire maintenu ensemble par des liaisons bêta 1, 4-glycosidiques. Les polymères ramifiés ont des chaînes qui se séparent d'une chaîne principal, telle que l'amylopectine, un composant de l'amidon qui se ramifie après 24 à 30 monomères par le biais de liaisons alpha glycosidiquesiaisons 1, 6.
Les polymères réticulés ont deux chaînes ou plus maintenues ensemble en plusieurs points comme une échelle, comme un polymère construit d'échelle de silicium, ou forment un réseau complexe de chaînes interconnectées comme le gel formé par les pectines dans les gelées et les marmelades.
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Q1: What is a polymer and what are monomers?
A polymer is a chain of small molecules called monomers held together by covalent bonds. Monomers are the individual units that link to form larger polymer molecules. Organisms synthesize biological polymers like DNA and proteins, while scientists create synthetic polymers such as plastics, nylon, polyethylene, and teflon in laboratories.
Q2: What is the difference between condensation and addition polymerization?
Condensation polymerization occurs when monomers with reactive hydrogen and hydroxyl groups link together, releasing water as a byproduct. Most natural polymers form this way. Addition polymerization involves monomers with carbon-carbon double bonds joining without releasing byproducts. The overview notes that addition polymerization requires an initiator molecule and is faster than condensation polymerization, which typically requires heat and a catalyst.
Q3: How do homopolymers and heteropolymers differ?
Homopolymers consist of the same type of monomer repeated throughout the chain, such as cellulose, which is composed entirely of glucose units. Heteropolymers contain two or more different types of monomers, like agarose, a marine polymer made of galactose and 3,6-anhydro-L-galactopyranose units linked together.
Q4: What are the main structural types of polymers?
Linear polymers form long, unbranched chains of monomers, such as cellulose held by beta 1,4-glycosidic bonds. Branched polymers have chains splitting from the main backbone, like amylopectin in starch. Crosslinked polymers have two or more chains connected at multiple points, forming ladder-like or network structures similar to pectins in jellies and jams.
Q5: What are examples of natural polymers found in living organisms?
Natural polymers include DNA, the genetic material in all living organisms, and proteins, polysaccharides, and lipids, which serve as building blocks of life. Cellulose is the most abundant natural polymer on Earth. These biological polymers are typically formed through condensation polymerization reactions within cells.
Q6: How does polymerization initiate and terminate in addition reactions?
Addition polymerization requires an external initiator molecule with an unpaired valence electron that reacts with a monomer's double bond, creating a reactive chain. Each newly added monomer retains an unpaired electron, allowing the chain to grow. The reaction terminates when two chains with unpaired electrons bond together, eliminating all unpaired electrons and stopping polymer growth.
Q7: Why are synthetic polymers like plastics widely used in industry?
Synthetic polymers such as nylon, polyethylene, and teflon are among the most common polymers because they can be engineered in laboratories with specific properties suited for various applications. Unlike natural polymers, synthetic polymers can be designed through controlled addition or condensation reactions to achieve desired characteristics for industrial, commercial, and consumer products.