Makrocząsteczek (lub polimer cząsteczek ) jest bardzo duża cząsteczka , która ma stosunkowo dużą masę cząsteczkową . Pojęcie makrocząsteczki zostało wprowadzone w 1922 roku przez niemieckiego chemika Hermanna Staudingera . Makrocząsteczkę utworzoną z podobnych jednostek chemicznych połączonych wiązaniami kowalencyjnymi można opisać jako cząsteczkę polimeru , zbiór takich cząsteczek jest polimerem. Wiele białek można również uznać za makrocząsteczki.
Makrocząsteczki organiczne mogą być wynikiem procesów biologicznych (polimery naturalne) lub można je otrzymać w wyniku reakcji chemicznych (polimery syntetyczne ).
Naturalne makrocząsteczki są pochodzenia organicznego lub mineralnego . Można wspomnieć o polisacharydach ( celuloza , skrobia itp.), Białkach ( wełna , jedwab itp.), Kwasach nukleinowych , kauczuku naturalnym itp.
Znaczenie polimerów naturalnych jest znaczne. Natura produkuje rocznie dziesiątki miliardów ton celulozy.
Struktura naturalnych makrocząsteczek jest złożona, często ze względu na występowanie powtarzającego się wzoru. Na przykład białko to sekwencja aminokwasów pobrana z około dwudziestu różnych. Ze swojej strony DNA jest powtórzeniem zasad pobranych z czterech nukleotydów. Te odmiany są podstawą różnorodności białek w jednym przypadku, a możliwością kodowania w drugim.
Polisacharydy, takie jak celuloza, składają się z łańcuchów, w których odtwarzany jest ten sam wzór (glukoza). Różnorodność tych makrocząsteczek wynika z przypadkowości rozgałęzień, które przedstawia łańcuch.
Kauczuk naturalny jest jednym z niewielu polimerów pochodzenia naturalnego, które mają strukturę, w której wzór jest powiązany z regularnością.
Naturalne polimery mineralne mają bardzo różny charakter. Na przykład nanorurki węglowe można uznać za makrocząsteczki, ponieważ tworzące je atomy węgla są połączone kowalencyjnymi wiązaniami węgiel-węgiel. Jako takie nie różnią się od omawianych wcześniej makrocząsteczek organicznych.
Właściwości naturalnych makrocząsteczek są powiązane z kategoriami (białko, DNA itp.), Do których należą. Na przykład białka pełnią trzy funkcje: strukturyzującą (włókno mięśniowe), specyficzną (transport tlenu) lub katalizującą (enzym).
Otrzymuje się je albo poprzez chemiczną modyfikację naturalnych makrocząsteczek, na przykład w celu poprawy pewnych właściwości, albo w wyniku syntezy z monomeru otrzymywanego z produktów petrochemicznych.
W tej rodzinie można wymienić estry celulozy, takie jak octan celulozy lub nitroceluloza .
Szczególnie ważna jest ich różnorodność.
W przypadku makrocząsteczek pochodzenia syntetycznego układy molekularne wynikają z polimeryzacji cząsteczek monomeru .
Makrocząsteczka (łańcuch polimeru) generalnie powstaje w wyniku połączenia wiązań kowalencyjnych dużej liczby podobnych powtarzających się jednostek (w przypadku homopolimerów ) lub różnych ( kopolimery ).
Makrocząsteczki pochodzenia syntetycznego są zasadniczo oparte na wiązanie kowalencyjne dużej ilości węgla z węgla tworzących wielkocząsteczkowego szkieletu . Jednak znane są polimery syntetyczne zawierające łańcuchowe heteroatomy, takie jak tlen (na przykład w polieterach i poliestrach ) lub azot (w przypadku poliamidów , poliuretanów itp.).
Istnieją również makrocząsteczki, których szkielet nie zawiera atomu węgla, takie jak silikony, które składają się z kowalencyjnych łańcuchów atomów krzemu i tlenu (-Si-O-).
W nanorurek z węgla również makrocząsteczkami, jak i grafit , który składa się z dużych arkuszy atomów węgla (makrocząsteczek wymiarowe C 2D ).
Nanorurka węglowa
Struktura grafitowa
W przypadku diamentu struktura polimeru, która rozciąga się w trzech kierunkach przestrzeni ( trójwymiarowa makrocząsteczka C 3D ) ma takie same wymiary jak kryształ .
Istnieją inne nieorganiczne struktury polimerowe, zwłaszcza z rodziny krzemianów (patrz artykuł). Można wspomnieć o trójwymiarowej makrocząsteczce krystalicznego dwutlenku krzemu , w której cztery atomy tlenu O w czworościanie SiO 4są wspólne z innymi czworościanami SiO 4, co prowadzi do powtarzającej się jednostki o wzorze SiO 2.
Czworościan SiO 4
Krzemionka krystalizowana (SiO 2 ) n (atomy Si w kolorze szarym i O w kolorze czerwonym)