Loading AI tools
חומר העשוי ממולקולות ענק שרשרתיות מוויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
פּוֹלִימֶר (באנגלית: Polymer) הוא חומר העשוי ממולקולות ענק שרשרתיות המורכבות מיחידות חוזרות הקשורות ביניהן בקשרים קוולנטיים, או באמצעות קשרים תוך-מולקולריים חזקים אחרים. מקור השם "פולימר" הוא ביוונית: "פולי" משמעו הרבה, ו"מר" משמעו יחידה. יחידה בפולימר נקראת בשם "מונומר"; ביוונית: "מונו" משמעו אחד, ו"מר" משמעו יחידה.
תהליך החיבור של המונומרים ליצירת פולימר נקרא פִּילְמוּר.
פולימרים שמקורם מהטבע מכונים פולימרים טבעיים. בנוסף להם קיימת קבוצה גדולה נוספת של פולימרים מלאכותיים או חצי מלאכותיים שנקראים פולימרים סינתטיים וחצי-סינתטיים, בהתאמה.
תחומי המדע העיקריים שעוסקים במחקר של פולימרים הם: כימיה וביולוגיה, ובפרט, כימיה אורגנית, כימיה פולימרית, ביוכימיה, ביופיזיקה, ביולוגיה מבנית, וביוטכנולוגיה.
פיתוח תהליכי הייצור והעיבוד ההנדסיים של פולימרים הוא אחד מתחומי העיסוק של ההנדסה הכימית.
פולימרים הם המרכיב העיקרי של כל מוצרי הפלסטיק, והם הקובעים, כמעט את כל תכונותיו.
בדרך כלל שמו של פולימר נקבע לפי המונומר המרכיב אותו יחד עם התחילית "פולי". אם מספר המונומרים גדול אפשר לכתוב את הנוסחה הכימית של הפולימר בצורה מקוצרת ולציין את מספר היחידות החוזרות. השם השיטתי יהיה פולי (שם מונומר).
דוגמאות:
שרטוט של מבני לואיס למולקולות פולימר הוא דבר שאינו מקובל, וגם על סף הבלתי אפשרי, וזאת בשל גודלן העצום של מולקולות הפולימר. כתחליף, משרטטים את היחידה החוזרת בפולימר, תוך תחימה שלה בסוגרים מרובעים. מחוץ לסוגרים יש לציין את מספר הפעמים בו היחידה חזרה (ניתן גם להשאיר זאת כמספר טבעי כלשהו n).
כדי לבדוק אם כתבנו את יחידת המבנה של הפולימר בצורה נכונה, יש לשכפל את יחידת המבנה אל שני הצדדים, ולבדוק שאכן התקבל הפולימר שאותו ביקשנו לצייר.
![]() היחידה החוזרת בפוליפרופילן |
![]() היחידה החוזרת בפוליסטירן |
![]() היחידה החוזרת בפוליקרבונט |
מקובל למיין פולימרים על סמך אחת או יותר מהאפשרויות הבאות:
בחלק מהפולימרים תיתכן אפשרות לקיומם של מרכזים כיראלים (נובע מאסימטריה על האטום המרכזי כתוצאה מנוכחותם של ארבעה מתמירים שונים). במצב זה ניתן למנות שלוש אפשרויות לסידור של המתמירים על השרשרת הפחמנית העיקרית:
השוואה בין Tg ל-Tm | |
---|---|
Tg – טמפרטורת המעבר הזכוכיתית | Tm – טמפרטורת ההיתוך |
מתייחס לשינויים באזורים האמורפים שבפולימר. | מתייחס לשינויים באזורים הגבישים של הפולימר. |
ב Tg לא חל שינוי במצב צבירה, החומר הופך מזגוגי לרך ונמתח. | ב Tm חל שינוי במצב צבירה, פולימר מוצק הופך לנוזל. |
Tg תלויה בחופש הפיתול של קטעי שרשרת, בגורמים מגבילי פיתול. | תלוי בחוזק הקשרים הבין שרשרתים, ובשינוי אנטרופיית ההיתוך. |
במעבר ממצב זגוגי למצב פלסטי נקלטת אנרגיה והטמפרטורה עולה בצורה רציפה, אך חל שינוי בשיפוע העלייה. | במעבר ממוצק לנוזל נקלטת אנרגיה אך הטמפרטורה נשארת קבועה. |
מעל Tg חל שינוי בתכונות מקרוסקופיות: הנפח הסגולי עולה, הקשיחות יורדת, הצפיפות יורדת. | מעל Tm חל שינוי חד בתכונות המקרוסקופיות: הנפח הסגולי עולה, הקשיחות יורדת, הצפיפות יורדת. |
המיון מתבצע על בסיס הקבוצה הכימית המרכזית בפולימר. לדוגמה: עבור פוליאתילן טרפתאלט, הקבוצה המרכזית היא אסטר, ולכן מדובר בפוליאסטר.
דוגמה נוספת: בניילון, הקבוצה המרכזית היא אמיד, ולכן מדובר בפוליאמיד.
גורמים המשפיעים על רמת הגבישיות:
מדדים לקביעת אורך הפולימר ומסתו:
הפולימרים נוצרים בתהליך הנקרא פילמור (polymerization) בו מולקולות המונומר (המגיבים) נקשרות זו לזו תוך יצירת שרשראות ארוכות, המהוות את הפולימר. שני סוגים עיקריים של פילמור קיימים:
לטכניקת הפילמור שנבחרה יש חשיבות מכרעת על תכונותיו הכימיות והפיזיקליות של הפולימר שהתקבל. שיטת הפילמור עשויה להכתיב את אורך השרשרת שתתקבל, את המסה המולקולרית הממוצעת לפולימר ואת חלוקת הגדלים היחסית של הפולימר. אלו ישפיעו על רמת הגבישיות, ומכאן גם על תכונותיו הפיזיקליות והמכניות של הפולימר, כגון: טמפרטורת היתוך, קשיות, אלסטיות ועוד.
יש מונומרים שניתן לפלמר בשתי השיטות, ולקבל בכל אחת מהן, פולימר בעל תכונות ומאפיינים שונים. על כן, נודעת חשיבות רבה לבחירת תהליך הפילמור.
![]() פילמור סיפוח (בדוגמה: קבלת פוליוויניל כלוריד בפילמור סיפוח של המונומר ויניל כלוריד). |
![]() (בדוגמה: קבלת ניילון בפילמור דחיסה של דו-חומצה קרבוקסילית ודיאמין, תוך שחרור מולקולת מים). |
פולימרים עם רמת גבישיות גבוהה, סיעוף נמוך, וקשרים בין מולקולריים חזקים, יתעוותו פחות כתוצאה מאמצי כפיפה, מתיחה, גזירה ופיתול המופעלים עליהם. לעומת זאת, חוזק הנגיפה שלהם (שבירה כתוצאה ממכה פתאומית) נמוך יותר. עבור פולימרים שבירים האנרגיה המועברת במכה, לא מתפזרת היטב בשל חוסר גמישות של השרשרות.
מאמץ מתיחה – הפעלת כוח מתיחה על הפולימר משפיע בעיקר על ההערכות המרחבית של השרשרות, ועל המרחק ביניהם. במאמץ מתיחה פולימרים עשויים להגיב באחד משני האופנים הבאים:
תכונות מכניות של פולימרים נבחרים[3] | |||
---|---|---|---|
פולימר | חוזק מתיחה MPa | % ההתארכות ברקיעה | חוזק נגיפה (ft-lb/inch) |
פוליאתילן נמוך צפיפות | 14 | 700 | 13.0 |
פוליפרופילן | 30 | 400 | 1.5 |
טפלון | 20 | 250 | 3.0 |
פוליסטירן | 46 | 1-2 | 0.5 |
פולימתיל מתאקרליט | 58 | 5 | 0.5 |
פוליוויניל כלוריד | 60 | 10 | 0.8 |
פוליקרבונט | 62 | 90 | 15.0 |
החל משנות ה-50 של המאה העשרים, עם התבססותה של התעשייה הפולימרית והעמקת המחקר בה, נמצא כי פולימרים מסוימים מציגים תכונות הולכה חשמלית החורגות בצורה משמעותית מהערכים המקובלים למבודדים.
תופעת המוליכות החשמלית הזו עוררה התלהבות עצומה בקרב הקהילה המדעית בשל הפוטנציאל העצום הטמון בפולימרים אלה, להשתלב ביישומים שונים כתחליף למתכות – "מתכות סינתטיות"[4].
התחום נמצא, מאז, בחזיתו של המחקר המדעי, שאת פירותיו אנו יכולים למצוא במגוון רחב של יישומיים, כגון: סוללות חשמליות, התקנים פולטי אור, טרנזיסטורים אורגנים, ציפויים לסרטי צילום ולמסכים, "חלונות חכמים", ואף עור מלאכותי להענקת יכולת חישה לרובוטים[5].
אחד ההסברים למוליכות החשמלית של קבוצת הפולימרים הללו היא קיומן של מערכות מצומדות מלאות על כול אורכם של שרשרות הפולימר[5].
דוגמאות ליחידות החוזרות של פולימרים מוליכים חשובים:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.