makromolekula

1. Biokim./Kim.

Oso molekula handia, milaka atomoz osatua. Jatorriaren arabera, naturalak (proteinak, gantzak, kautxua, zelulosa), natural eraldatuak (zelulosa-esterrak, kautxu kloratua) edo sintetikoak (poliolefinak, poliesterrak eta bestelako polimeroak) izan daitezke.

Estireno monomeroa eta dagokion polimeroa, poliestirenoa (PS)
Estireno monomeroa eta dagokion polimeroa, poliestirenoa (PS)

1. Biokim./Kim.
Oso molekula handia, milaka atomoz osatua. Jatorriaren arabera, naturalak (proteinak, gantzak, kautxua, zelulosa), natural eraldatuak (zelulosa-esterrak, kautxu kloratua) edo sintetikoak (poliolefinak, poliesterrak eta bestelako polimeroak) izan daitezke.

Makromolekula Edit

Egilea: Marian Iriarte

MAKROMOLEKULA

Makromolekula, izenak berak dioen bezala, molekula handia edo erraldoia dela esan daiteke, hau da, pisu molekular handiko substantzia bat. Muga zehatza non jarri behar den jakitea erraza ez bada ere, pisu molekularra milatik gora dagoenean makromolekulaz hitz egin daiteke gehienetan. Dena den, makromolekula arrunt baten pisu molekularra 500.000 inguruan egon daiteke, eta batzuetan milioikakoa izatera ere iristen da. Makromolekulen izen orokorraren azpian, talde oso garrantzitsua da polimeroena. Polimeroa etengabe errepikatzen den unitateen multzoak osatzen du, eta hori lortzeko abiapuntu izan diren erreaktiboak monomeroak dira, eta errepikatzen den unitateak monomero horien antza du (lotura bat edo beste aldatuko da, atomo bat edo beste aldatuko da, baina egitura nagusian monomeroak ikusiko dira). Polimeroak, oro har, makromolekulak dira, pisu molekular handikoak izaten baitira, baina badira polimero ez diren makromolekulak ere —adibidez, tabakoaren mosaikoaren birusa, hainbat proteina erraldoieta abar—. Bereizketa hori egin ondoren, makromolekula eta polimero hitzak, bata zein bestea, erabiliko ditugu noiznahi.

Makromolekula-motak

Makromolekulak naturalak zein sintetikoak izan daitezke. Naturalen artean aspalditik erabilitakoak daude —hala nola almidoia, zelulosa, zeta, kautxu naturala...— eta, horien ondoan, polimero sintetikoak —XIX. mendetik aurrera etengabe lortu dira laborategian—. Makromolekulak sailkatzeko hainbat modu dago: kristalinoa izan ala ez izan, materialak sare-egitura izan edo ez izan..., baina sailkapen nagusiak hauek dira.

Erreakzio-motaren arabera

Polimeroa lortzeko erreakzioari begiratuz gero, bi polimero-mota bereizten dira (polimerizazio):

  • Adizio-polimeroak: polimero hauetan monomeroa gehienetan lotura bikoiztuna da, eta erreakzioa lotura horren gainean gertatzen da. Adizio-polimero gehienak polimero binilikoak dira, erabilitako monomeroek lotura binilikoa baitute. Bukaeran lortzen den polimeroak ez du soilik pisu molekular handia izango; pisu molekularren banaketa zabala edo estua izango du, eta horixe da polimeroen ezaugarri garrantzitsuenetako bat: polimeroen izaera haien pisu molekular handiari zor zaio, baina baita pisu molekular bakarra ez izateari ere. Horrexegatik, polimero baten izaera adierazi nahi denean, ez da nahikoa haren izena esatea, izen berberaren azpian oso pisu molekular ezberdina izan dezaketen kateak baitaude. Beraz, polimero batek izena katean zehar errepikatzen den egiturari zor dio, ez unitate horren errepikatze-kopuruari. Hala, estireno monomerotik eratorritako polimeroari poliestireno (PS) esaten zaio, metil metakrilatotik sortutakoari poli(metil metakrilato) (PMMA), binil klorurotik datorrenari polibinil kloruro (PVC) eta abar.

grafikoak1

Estireno monomeroa eta dagokion polimeroa, poliestirenoa (PS)

  • Kondentsazio-polimeroak: izenak berak dioen bezala, kondentsazio-erreakzioa gertatzen da, hau da, monomeroetatik abiatuz polimeroa eratuz doan neurrian, molekula txikiren bat (gehienetan ura) askatu eta desagertu egiten da katetik. Erreakzio-mota honetan kimika organikoan arruntak diren erreakzioak sartzen dira, adibidez, azido eta alkoholen arteko esterifikazio-erreakzioa, azido eta aminen arteko amidak emateko erreakzioa... Kasu honetan, bi monomero-mota ezberdin egoten dira erreakzio-ontzian normalean, eta bakoitzak gutxienez bi funtzio-talde izan behar ditu: adibidez, bata diazido bat baldin bada, bestea dialkohol bat izan daiteke.

grafikoak2

Nylon 6,6 polimeroa lortzeko kondentsazio-erreakzioa

Polimero horiei izena ipintzeko garaian, erreakzioan parte hartu duten monomeroak kontuan hartuz, katean zehar errepikatuko den unitateari begiratu behar zaio. Adibidez: Az. tereftalikoa + etilenglikola = Poli(etilen tereftalatoa)

grafikoak3

Poli(etilen tereftalatoa)n (PET) errepikatzen den egitura kimikoa

Kondentsazio-polimero sintetikoen artean ezagunenak, beharbada, poliesterrak (PET, PBT...), poliamidak edo nylonak, poliuretanoak, polikarbonatoak... dira.

Zinetikaren arabera

Badago polimeroak sailkatzeko beste modu bat; adibidez, polimerizazio-erreakzioaren zinetikari begiratuz egiten dena. Lehen aipatutako adizio-polimeroak lortzeko erreakzioa kate-erreakzioa da; kate horretan gertatzen dira hastea, hedatzea eta amaitzea. Beraz, oro har, polimero biniliko gehienak (adizio-polimeroak) kate-polimerizazioz lortzen dira.

Kondentsazio-erreakzioetan, aldiz, ez dago kate-erreakziorik; erreakzioaren hasiera-hasieratik, ontzian dauden monomero edo erreaktibo guztiak erreakzionatzeko gai dira, ez dira "aktibatu" behar, aurreko kasuan bezala. Oraingoan, erreakzioa etapaka gertatzen dela esan ohi da.

Esan bezala, ia gehienetan kondentsazio-erreakzioak etapakakoak dira, eta adizio-erreakzioak, aldiz, kate-erreakzioak. Dena den, badago salbuespenik: adibidez, poliuretanoak etapakako erreakzioetan lortzen dira, eta ez da molekularik desagertzen.

Kopolimeroak

Polimeroetan etengabe errepikatzen den unitate bat dagoela esan dugu, adizioz zein kondentsazioz eratu den unitatea. Baina bada beste talde garrantzitsu bat; kopolimeroena, hain zuzen ere.

Adizio-polimerizazio batean, monomero-mota bakarra erabili beharrean, elkarrekin erreakzionatzeko gai diren monomero bat baino gehiago erabiliz gero, monomero ezberdinak katean jarriko dira, ordena batean edo bestean. Monomero horiek elkarrekin erreakzionatzeko duten joeraren arabera, ordenazio ezberdinak lortuko genituzke. Esate baterako, A monomeroak beti bere buruarekin erreakzionatzeko joera baldin badauka, eta B monomeroak gauza bera, polimero-katean zehar blokeak ikusiko ditugu, hau da, A monomeroz osatutako bloke baten ondoren B monomeroz osatutako beste bateta abar. Baina A monomeroak B-rekin erreakzionatzeko joera handia baldin badauka, eta B monomeroak A-rekin, monomeroak txandaka sartuko dira katean, eta txandakako kopolimero bat izango genuke. Erreakzionatzeko joerak antzerakoak baldin badira batarekin eta bestearekin, monomeroak zoriz sartuko dira katean, eta zorizko kopolimeroa izango dugu. Kopolimeroei esker, kautxu sintetikoen munduak izugarrizko bultzada jaso zuen mundu-gerren garaian, Ameriketatik ekartzen zen kautxu naturala ordezkatzeko beste erreakzio batzuk garatu behar izan ziren eta. Kopolimeroak, nolabait, neurrira egindako materialak lortzeko aukera paregabea dira, monomero baten propietateak eta bestearenak egoki konbinatuz gero, propietate berriak dituen materiala lor baitaiteke.

grafikoak4

Kopolimero-motak

Berezitasun nabarmenena

Makromolekulen edo polimeroen ezaugarririk nabarmenenak —eta beste substantzietatik, organikoetatik zein ez-organikoetatik, bereizten dituztenak— dira pisu molekular handia eta ez izatea pisu molekular bakarra, baizik eta banaketa bat. Horri esker, polimeroen egituran elkarren artean katramilatuta dauden kate luzeak ikusi behar dira, egositako espagetien antzera. Egitura hori dela eta, polimeroen portaera mekanikoa, erreologikoa (fluxuaren aurrean dutena), termikoa eta abar bereziak dira. Adibidez, beroaren aurrean duten portaeraren arabera, polimeroak termoplastikoak edo termoegonkorrak izan daitezke. Termoplastikoak direnean, materiala berotu eta bigundu egiten da, eta isuri egin daiteke; horrexegatik identifikatzen dira askotan polimero eta plastiko terminoak. Aitzitik, hainbat polimero ez dira biguntzen berotutakoan, euren egiturari bere horretan eusten diote denbora batez, eta, azkenean, gehiegi berotuz gero, materiala erre, degradatu egiten da. Horiei termoegonkor esaten zaie. Azken finean, portaera horren zergatia polimero horien egituran datza: polimero termoplastikoak saretu gabeko kate luzez osaturik daude, eta termoegonkorrak, aldiz, kate horien artean saretzea gertatutakoan sortzen dira. Horrexegatik, lehenengoak berotutakoan, kateak askatuz joaten dira, katramilak askatuz, eta, mugikortasun handiagoa dutenez, jariatu edo isuri egiten dira. Termoegonkorretan, kateen artean lotura kobalenteak daudenez, ez dira askatzen, eta materiala ez da biguntzen.

Polimeroen pisu molekularraren banaketari zor zaion beste propietate bat egitura erdikristalinoa da. Makromolekuletan, substantzia organiko arruntetan ez bezala, gehienetan substantzia amorfoak aurkitzen ditugu; hau da, kate polimerikoak espazioan ez daude ordenatuta, eta ez dago egitura kristalinorik. Dena den, zenbait kasutan polimeroaren kateak modu ordenatu batean jartzen dira, eta, horrenbestez, egitura kristalinoak agertzen dira. Substantzia organikoetan ez bezala, polimero kristalinoak ez dira inoiz guztiz kristalinoak, hau da, egitura ordenatu horrekin batera, inongo ordenarik gabeko ingurune amorfoa egongo da polimero horren baitan.

Aplikazio garrantzitsuenak

Polimeroen izaera termoplastikoari esker, material horiekin nahi beste itxuratako, formatako, tamainatako eta abarretako produktuak egin daitezke erraz. Edozein tresna, tramankulu, altzari... egiteko molde egokia prestatzea da egin beharrekoa. Molde egokia eraiki eta gero, nahikoa da polimeroa berotan bigun dagoenean moldean sartzea, eta, gero, moldea hoztutakoan, barruko materiala gogortu eta nahi dugun itxura izango du. Gainera, propietate termoplastiko horrek aukera ematen du material berbera behin baino gehiagotan erabili eta prozesatu ahal izateko.

Polimero termoegonkorrak, aldiz, beste aplikazio askotan erabili ohi dira, adibidez, propietate mekaniko sendoak izanik materialak elastikotasuna mantendu behar duenean; autoetako gurpilak kautxu saretuz eginak daude, esate baterako. Zoritxarrez, propietateak galdutakoan, material horiek ezin dira berriro ere prozesatu, termoplastikoen antzera.

Polimeroak gure eguneroko bizitzako hainbat eta hainbat lekutan agertzen dira: altzarietan (PVCzko leihoetan, adibidez), plastikozko altzarietan, hormetarako estalduretan (pintura akrilikoak), jantzietan (nylonezko zuntzak, lycra, poliesterrak), ontzigintzan (PET, PVC...), automobilgintzan (polikarbonatoak, polimetilmetakrilatoak...), medikuntzan (josturak, protesiak, apositu transdermikoak, inplanteak...). Alor horietan guztietan polimeroak erabiltzen dira, kate luzeak hain zuzen ere, baina aplikazioaren arabera oso propietate bereziak dituzte. Adibidez, polimeroen aplikazioetako bat itsasgarrien mundua da; gehienetan, polimero termoegonkorrak erabiltzen dira itsasgarrietan: adibidez, bi ontzitan dauden osagaiak nahastutakoan polimeroa saretu egiten da, eta horrek heltzen die itsatsi nahi direnei.

grafikoak5

Itsasgarri termoegonkorra

Dena den, badira termoplastikoak diren itsasgarriak ere, Superglue markakoak adibidez.

Kasu horretan, ontzian dagoena monomeroa da, oraindik polimerizatu gabe, eta nahikoa da eguratsean dagoen hezetasuna erreakzioa gertatu eta polimerizatzeko.

Gaur egun, polimeroen inguruko ikerkuntza polimero biodegradagarriak, biobateragarriak, ingurumenerako egokiagoak eta gero eta aplikazio zehatzagoetarakoak lortzearen inguruan dabil.