Τι είναι τα μονομερή και τα πολυμερή;

Ένα μονομερές είναι η μονάδα έναρξης για ένα πολυμερές. Είναι ένα μόνο μόριο που μπορεί να αντιδράσει με άλλα μονομερή για να σχηματίσει ένα πολυμερές μέσω της διαδικασίας του πολυμερισμού.

Ένα μονομερές, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι ένα μόνο μόριο που μπορεί να αντιδράσει με άλλα μόρια μονομερούς για να σχηματίσει ένα πολυμερές. Είναι η βασική μονάδα ενός πολυμερούς και μπορεί να θεωρηθεί ως το θεμελιώδες δομικό στοιχείο μιας πολυμερούς ένωσης. Αυτό καθιστά αρκετά απλό τον ορισμό ενός πολυμερούς… είναι ένα μεγάλο μόριο που αποτελείται από μικρές υπομονάδες που ονομάζονται μονομερή. Ένα πολυμερές μπορεί επίσης να αναφέρεται ως μακρομόριο . Ένα μόριο δεν είναι παρά μια ομάδα δύο ή περισσότερων ατόμων που συγκρατούνται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς.

Τα πολυμερή που βρίσκονται συνήθως περιλαμβάνουν υδατάνθρακες, λιπίδια ή πρωτεΐνες και αποτελούνται όλα από επαναλαμβανόμενες μονάδες μονομερών. Τα μονομερή υδατανθράκων που ονομάζονται μονοσακχαρίτες αποτελούνται από μονάδες γλυκόζης και φρουκτόζης. Τα λιπίδια αποτελούνται ομοίως από λιπαρά οξέα και γλυκερίνη. Το DNA ή το RNA στο σώμα μας βρίσκει την προέλευσή του από τα νουκλεοτίδια, τα οποία είναι μονομερή. Τέλος, τα δομικά στοιχεία του σώματός μας, οι πρωτεΐνες, αποτελούνται επίσης από μονομερείς μονάδες που ονομάζονται αμινοξέα.

Είναι ασφαλές να πούμε ότι για να είναι ένα μόριο μονομερές, πρέπει να έχει την ικανότητα να αλληλεπιδρά με άλλα μονομερή μόρια.

Τι είναι ένα μονομερές;

Ένα μονομερές είναι ένα μόριο υδρογονάνθρακα χαμηλού μοριακού βάρους. Στη χημεία, υδρογονάνθρακας είναι οποιαδήποτε ένωση που αποτελείται εξ ολοκλήρου από μόρια υδρογόνου και άνθρακα. Ένα μονομερές μπορεί επίσης να σχηματίσει διμερή (δύο μονάδες μονομερών), τριμερή (τρεις μονάδες μονομερών) και ούτω καθεξής.

Οι μονάδες μονομερούς σε ένα πολυμερές συνδέονται μεταξύ τους με τη βοήθεια χημικών δεσμών, οι οποίοι διατηρούν τη διαμόρφωση του τελικού πολυμερούς. Υπάρχουν διάφοροι τύποι διαμορφώσεων που μπορεί να έχει ένα πολυμερές, ανάλογα με τις μονάδες μονομερούς που είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι πολλές μονομερείς μονάδες έχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα, αλλά διαφορετικές διαμορφώσεις. Τέτοια μόρια με τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα, αλλά ποικίλες διαμορφώσεις, ονομάζονται ισομερή. Η γλυκόζη, η γαλακτόζη και η φρουκτόζη είναι κοινά παραδείγματα ισομερών μονομερών. Έχουν παρόμοιους χημικούς τύπους, δηλαδή παρόμοιο αριθμό ατόμων στο μόριο, αλλά η μοριακή διάταξη αυτών των ατόμων είναι διαφορετική, προκαλώντας 3 διαφορετικές ενώσεις.

Ισομερή μονομερή. (Φωτογραφία:Emir Kaan/Shutterstock)

Διαφορετικά ισομερή μόρια της ίδιας μονάδας μονομερούς προσδίδουν διαφορετικές ιδιότητες στην πολυμερή ένωση.

Τι είναι ένα πολυμερές;

Ένα πολυμερές αποτελείται από επαναλαμβανόμενες μονάδες μονομερούς και μπορεί να είναι είτε φυσικό είτε συνθετικό. Τα πολυμερή αποτελούν σημαντικό μέρος του συστήματός μας, όπως αναφέρθηκε παραπάνω. Τα πολυμερή βρίσκονται επίσης σε διαμάντια, χαλαζία και άλλα τεχνητά υλικά, όπως σκυρόδεμα, γυαλί, χαρτί, πλαστικά και καουτσούκ.

Ένα πολυμερές μπορεί να είναι ένα ομοπολυμερές ή ένα ετεροπολυμερές . Ένα ομοπολυμερές έχει επαναλαμβανόμενες μονάδες του ίδιου μονομερούς, όπως το πολυβινυλοχλωρίδιο. Ένα ετεροπολυμερές έχει δύο ή περισσότερες διαφορετικές μονάδες μονομερούς. Οι πρωτεΐνες είναι ένα ευρέως διαδεδομένο ετεροπολυμερές, λόγω της ποικιλίας των αμινοξέων που συνδέονται μεταξύ τους.

Οι επαναλαμβανόμενες μοριακές μονάδες ενώνονται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς, που περιλαμβάνει την κοινή χρήση ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο ατόμων. Αυτό καθιστά τον δεσμό σχετικά ισχυρό, σε σύγκριση με άλλους τύπους χημικών δεσμών. Ως αποτέλεσμα, ένα πολυμερές είναι ισχυρότερο και πολύ πιο δύσκολο να σπάσει. Το σκληρό κέλυφος ενός καβουριού αποτελείται από το πολυμερές χιτίνη, το οποίο καθιστά πολύ δύσκολο να σπάσει το κέλυφος αυτού του πλάσματος!

Τα οργανικά πολυμερή βρίσκονται σε ζωντανά όντα και παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο, όπως η κυτταρίνη και η λιγνίνη στα φυτά. Η λιγνίνη βοηθά στο σχηματισμό φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων, ενώ η κυτταρίνη απαιτείται για να δώσει ακαμψία στα ίδια κυτταρικά τοιχώματα.

Ένα πολυμερές κυτταρίνης που υπάρχει στα φυτικά κύτταρα. (Φωτογραφία :Designua/Shutterstock)

Λοιπόν… πώς σχηματίζουν τα μονομερή αυτά τα πολυμερή μακράς αλυσίδας; Συμβαίνει με μια περίπλοκη διαδικασία που ονομάζεται πολυμερισμός.

Τι είναι ο πολυμερισμός;

Η διαδικασία σχηματισμού πολυμερούς μέσω μιας χημικής αντίδρασης ονομάζεται πολυμερισμός . Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ορισμένες χημικές ομάδες χάνονται, γεγονός που οδηγεί σε ένα διαφορετικό τελικό προϊόν από αυτό που αναμενόταν. Ως αποτέλεσμα, το πολυμερές δεν διατηρεί πάντα τις ίδιες χημικές ιδιότητες των αρχικών μονάδων μονομερούς. Οι αντιδράσεις πολυμερισμού διακρίνονται σε δύο τύπους:αλυσιδωτή αντίδραση και βήμα-αντίδραση .

Αντίδραση πολυμερισμού στυρενίου. (Φωτογραφία :Designua/Shutterstock)

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, εάν υπάρχουν ισομερή μονομερή στην αντίδραση, τείνουν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο συμβαίνει ο ομοιοπολικός δεσμός, ο οποίος τροποποιεί τις ιδιότητες ενός πολυμερούς.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα μονομερές έχει τουλάχιστον έναν διπλό δεσμό άνθρακα προς άνθρακα. Ένα άτομο άνθρακα έχει 6 ηλεκτρόνια και μπορεί να σχηματίσει απλούς δεσμούς, διπλούς δεσμούς ή τριπλούς δεσμούς με άλλα άτομα. Οι περισσότεροι από αυτούς είναι ομοιοπολικοί δεσμοί και περιλαμβάνουν την κοινή χρήση ενός, δύο ή τριών ηλεκτρονίων με άλλα άτομα, αντίστοιχα. Τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους για να αποκτήσουν μεγαλύτερη σταθερότητα, επομένως εκείνα τα άτομα που διαθέτουν ηλεκτρόνιο είναι συνήθως πιο αντιδραστικά από άλλα.

Κάθε χημική ένωση με ελεύθερο ηλεκτρόνιο που μπορεί να συνδεθεί με άλλα άτομα για να σχηματίσει ενώσεις ονομάζεται ελεύθερη ρίζα. Αυτές οι ελεύθερες ρίζες είναι σαν καταλύτες που συνδέονται με τους διπλούς δεσμούς μιας μονάδας μονομερούς για να σχηματίσουν το πολυμερές. Η ελεύθερη ρίζα σπάει τον διπλό δεσμό και συνδέεται με το μονομερές, με αποτέλεσμα τη μεταφορά του ελεύθερου ηλεκτρονίου από τη ρίζα στον εξωτερικό άνθρακα της μονάδας μονομερούς. Αυτό το ελεύθερο ηλεκτρόνιο ξεκινά στη συνέχεια σε αναζήτηση άλλων μονομερών μονάδων και ξεκινά μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία, όπου οι μονομερείς μονάδες συνδέονται μεταξύ τους. Αυτός είναι ο τύπος πολυμερισμού με αλυσιδωτή αντίδραση. Τα πολυμερή που παράγονται με αυτόν τον τρόπο είναι ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους.

Ο πολυμερισμός σταδιακής αντίδρασης, από την άλλη πλευρά, παράγει ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους και απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία. Αυτό ονομάζεται επίσης αντίδραση συμπύκνωσης, καθώς κατά τη διάρκεια της αντίδρασης μπορεί να σχηματιστούν υποπροϊόντα όπως το νερό ή το υδροχλωρικό οξύ. Οι περισσότερες από αυτές τις αντιδράσεις πολυμερισμού συμπύκνωσης περιλαμβάνουν ένα διλειτουργικό μονομερές. Ένα μονομερές με δύο διαφορετικές λειτουργικές ομάδες ονομάζεται διλειτουργικό μονομερές.

Πολυμερισμός σταδιακής αντίδρασης με απελευθέρωση μορίου νερού. (Φωτογραφία:Calvero/Wikimedia Commons)

Ένας υποκαταστάτης είναι ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων που αντικαθιστούν ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου που υπάρχουν στον αρχικό υδρογονάνθρακα, με αποτέλεσμα ένα νέο μόριο. Αυτό μας δίνει τον ορισμό μιας λειτουργικής ομάδας ως συγκεκριμένου υποκαταστάτη εντός του μορίου που βοηθά να προσδώσει μια διαφορετική χημική ιδιότητα στο μόριο. Αυτό το διλειτουργικό μονομερές μπορεί στη συνέχεια να συνδεθεί με άλλα μονομερή και στις δύο κατευθύνσεις και να επιτρέψει στην αλυσίδα να αναπτυχθεί, δίνοντάς μας έτσι το πολυμερές.

Συμπέρασμα

Κάπου γύρω στο 1899, ένας Γερμανός επιστήμονας προσπαθούσε να αποσυνθέσει μια ένωση που ονομάζεται διαζομεθάνιο βρήκε κάποια κολλώδη ύλη στο κάτω μέρος της φιάλης του. Μετά από μεγάλη έρευνα, διαπιστώθηκε ότι κατά λάθος είχε φτιάξει ένα πολυμερές μορίων -CH2– που ονομάζεται πολυμεθυλένιο.

Αργότερα, το 1935, ορισμένοι Βρετανοί επιστήμονες, ενώ προσπαθούσαν να αντιδράσουν το αιθυλένιο με τη βενζαλδεΰδη, συνάντησαν ένα κηρώδες στερεό που αργότερα ονομάστηκε πολυαιθυλένιο ή κοινώς πλαστικό. Σήμερα, τα περισσότερα καλώδια είναι τυλιγμένα με πολυμερή πολυαιθυλενίου για μόνωση.

Το πολυαιθυλένιο χρησιμοποιείται πιο συχνά από τους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο σε διάφορες μορφές, όπως σακούλες σκουπιδιών, μπουκάλια αναψυκτικού, συσκευασίες, δοχεία κ.λπ. Έχουμε διανύσει πολύ δρόμο από το να συναντήσουμε πολυμερή μέχρι την κατασκευή τους για συγκεκριμένες βιομηχανικές χρήσεις.

Την επόμενη φορά που θα εργάζεστε σε ένα εργαστήριο χημείας, ίσως θελήσετε να ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά στα υπολείμματα που σχηματίζονται μετά από μια αντίδραση. Είναι πολύ πιθανό να ανακαλύψετε και εσείς ένα πολυμερές!