Polymerizace je název chemického procesu, jehož výsledkem je tvorba makromolekul (velkých molekul) nazývaných polymery, prostřednictvím kombinace menších molekul, monomerů.
reakce na polymerizace v přírodě je velmi běžný, jak můžeme vidět u sacharidů (jako škrob) a bílkovin (jako kasein v mléce). Vyskytuje se také synteticky, protože velká většina polymerů používaných lidmi v každodenním životě je vyrobena uměle.
První polymer vyrobený z polymerizace syntetický byl bakelit v roce 1909 belgickým chemikem Leo Hendrikem Baekelandem.
Obecně, pro monomer, který má být kombinován s jiným (ať už jsou stejné nebo různé) v reakci polymerizaceje nutná existence volné valence (chemická vazba, která má být provedena) v obou monomerech.
Tyto valence vznikají v důsledku rozbití vazeb pomocí katalyzátorů (jako je nikl), vnějšími podmínkami, jako je světlo a teplo, nebo jevem rezonance ve struktuře (posun elektronů).
Při výrobě polypropylenu (PP polymer), který se například používá v domácím náčiní a hračkách pí odkaz (π) v každé molekule je rozdělen takto:
Přerušení pí vazby v propylenu
Každý propylenový monomer se tedy může vázat se dvěma dalšími propylenovými monomery a vytvořit polymer PP nebo polypropylen (předpona poly označuje několik monomerních jednotek). Nejčastějším způsobem znázornění polymeru je monomer v závorkách a na vnější straně písmeno n, které označuje několik monomerů, jak můžeme vidět v případě PP polymeru:
Zastoupení PP polymeru
reakce na polymerizace lze provést různými způsoby, jak uvidíme níže:
a) Reakce adiční polymerace
V tomhle polymerizacev monomeru vždy dojde k přerušení vazby pí, což způsobí, že se ve struktuře objeví dvě volné valence, jako při tvorbě polyethylen, polymer široce používaný ve farmaceutických obalech.
Polymerní adiční strukturní vzorec polyethylenu
Na polymerizace z polyethylenu se jako monomer používají molekuly ethylenu (ethenu), které mají mezi dvěma atomy uhlíku pí vazbu. Když je tato vazba přerušena, objeví se dvě volné valence, jedna na každém atomu uhlíku, který se podílel na vazbě pí. Monomery se přesně spojují v každé z těchto valencí, to znamená, že valence jedné je spojena s valencí druhé a tak dále.
Rovnice tvorby polyethylenu
b) Adiční polymerační reakce 1.4
Při této polymeraci monomery představují dvě střídající se dvojné vazby (jedna pi a jedna sigma), což podporuje jev rezonance (střídání polohy pí elektronů vazby pí), jako při tvorbě syntetického kaučuku (polybutadienu)
Strukturní vzorec polybutadienu
Monomerní jednotkou tohoto polymeru je butadien, který má dvě střídající se dvojné vazby. S rezonancí má struktura dvojnou vazbu mezi uhlíky 2 a 3 a dvě volné valence na uhlíkech 1 a 4. Právě v těchto volných valencích uhlíků 1 a 4 se monomery spojují.
Butadienová rezonance
c) Reakce kondenzační polymerace nebo eliminace
Je to reakce na polymerizace ve kterém povinně dva monomery (stejné nebo různé) současně ztrácejí atomy nebo skupiny, což má za následek dvě volné valence v každé z nich. Tímto způsobem vždy dochází k eliminaci vodíku z monomeru, který se následně spojí s halogenem (F, Cl, Br, I), OH, NH2nebo na CN druhého monomeru.
Takže v polymerizace eliminací vždy dochází ke vzniku vody, halogenované kyseliny (HCl, HI, HF, HBr), amoniaku (NH3) nebo kyselina kyanovodíková (HCN) navíc k polymeru. Viz například znázornění tvorby polyesteru, materiálu používaného jako tkanina:
Rovnice tvorby polyesteru
Polyester tvořící monomery jsou kyselina p-benzendiová a ethan-1,2-diol. V tom to můžeme pozorovat polymerizace dochází k eliminaci molekul vody, protože dva monomery mají dva hydroxyly. V tomto procesu kyselina ztrácí dva hydroxyly a dialkohol ztrácí pouze vodík ze svých hydroxylů:
Polyesterová struktura
Polyesterové monomery jsou spojeny kyslíkem v alkoholu a uhlíkem v karboxylové kyselině.
Ode mě, Diogo Lopes Dias
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-polimerizacao.htm