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Nov 26, 2023

Spiegazione: cosa sono i polimeri?

Polymers, whether artificial (such as the plastic shown) or natural, are made of

I polimeri, siano essi artificiali (come la plastica mostrata) o naturali, sono costituiti da catene ripetitive di unità chimiche più piccole. Qui, gli atomi di carbonio sono mostrati in nero, l'ossigeno in rosso e l'idrogeno in bianco.

Molecola/iStockphoto

Di Sid Perkins

13 ottobre 2017 alle 5:50

I polimeri sono ovunque. Basta guardarsi intorno. La tua bottiglia d'acqua in plastica. Le punte in gomma siliconica degli auricolari del telefono. Il nylon e il poliestere nella tua giacca o nelle tue scarpe da ginnastica. La gomma dei pneumatici dell'auto di famiglia. Adesso guardati allo specchio. Anche molte proteine ​​nel tuo corpo sono polimeri. Considera la cheratina (KAIR-uh-tin), la sostanza di cui sono fatti i tuoi capelli e le tue unghie. Anche il DNA nelle vostre cellule è un polimero.

Per definizione, i polimeri sono grandi molecole realizzate legando (collegando chimicamente) una serie di elementi costitutivi. La parola polimero deriva dalle parole greche che significano "molte parti". Ognuna di queste parti è chiamata dagli scienziati monomero (che in greco significa "una parte"). Pensa a un polimero come a una catena, in cui ciascuno dei suoi anelli è un monomero. Questi monomeri possono essere semplici – solo un atomo o due o tre – oppure potrebbero essere complicate strutture a forma di anello contenenti una dozzina o più di atomi.

In un polimero artificiale, ciascun anello della catena sarà spesso identico a quello vicino. Ma nelle proteine, nel DNA e in altri polimeri naturali, gli anelli della catena spesso differiscono da quelli vicini.

In alcuni casi, i polimeri formano reti ramificate anziché singole catene. Indipendentemente dalla loro forma, le molecole sono molto grandi. Sono così grandi, infatti, che gli scienziati li classificano come macromolecole. Le catene polimeriche possono includere centinaia di migliaia di atomi, anche milioni. Più lunga è la catena polimerica, più pesante sarà. E, in generale, polimeri più lunghi conferiranno ai materiali che ne derivano una temperatura di fusione e di ebollizione più elevata. Inoltre, più lunga è la catena polimerica, maggiore è la sua viscosità (o resistenza allo scorrimento come liquido). Il motivo: hanno una superficie maggiore, il che li spinge ad attaccarsi alle molecole vicine.

Lana, cotone e seta sono materiali naturali a base di polimeri utilizzati fin dall'antichità. Anche la cellulosa, il componente principale del legno e della carta, è un polimero naturale. Altri includono le molecole di amido prodotte dalle piante. [Ecco un fatto interessante: sia la cellulosa che l'amido sono costituiti dallo stesso monomero, lo zucchero glucosio. Eppure hanno proprietà molto diverse. L'amido si dissolverà in acqua e potrà essere digerito. Ma la cellulosa non si dissolve e non può essere digerita dagli esseri umani. L'unica differenza tra questi due polimeri è il modo in cui i monomeri di glucosio sono stati legati insieme.]

Gli esseri viventi costruiscono proteine ​​– un particolare tipo di polimero – da monomeri chiamati amminoacidi. Sebbene gli scienziati abbiano scoperto circa 500 aminoacidi diversi, gli animali e le piante ne utilizzano solo 20 per costruire le loro proteine.

In laboratorio, i chimici hanno molte opzioni mentre progettano e costruiscono polimeri. Possono costruire polimeri artificiali da ingredienti naturali. Oppure possono usare gli amminoacidi per costruire proteine ​​artificiali diverse da quelle prodotte da Madre Natura. Più spesso, i chimici creano polimeri da composti realizzati in laboratorio.

Le strutture polimeriche possono avere due componenti diversi. Tutti iniziano con una catena base di collegamenti legati chimicamente. Questa è talvolta chiamata la sua spina dorsale. Alcuni possono anche avere parti secondarie che pendono da alcuni (o tutti) gli anelli della catena. Uno di questi attaccamenti può essere semplice come un singolo atomo. Altri possono essere più complessi e indicati come gruppi pendenti. Questo perché questi gruppi pendono dalla catena principale del polimero proprio come i singoli ciondoli pendono dalla catena di un braccialetto con ciondoli. Poiché sono esposti all'ambiente circostante più degli atomi che compongono la catena stessa, questi "fascini" spesso determinano il modo in cui un polimero interagisce con se stesso e con altre cose nell'ambiente.

A volte i gruppi pendenti, invece di pendere liberamente da una catena polimerica, collegano effettivamente due catene insieme. (Pensa a questo come ad un piolo che si estende tra le gambe di una scala.) I chimici si riferiscono a questi legami come legami incrociati. Tendono a rinforzare un materiale (come la plastica) realizzato con questo polimero. Inoltre rendono il polimero più duro e più difficile da sciogliere. Quanto più lunga è la reticolazione, tanto più flessibile diventa il materiale.