Senyawa makromolekul adalah Definisi, komposisi, karakteristik, sifat

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 17:49

Senyawa dengan berat molekul tinggi adalah polimer yang memiliki berat molekul besar. Mereka dapat berupa senyawa organik dan anorganik. Bedakan antara zat amorf dan kristal, yang terdiri dari cincin monomer. Yang terakhir adalah makromolekul yang dihubungkan oleh ikatan kimia dan koordinasi. Secara sederhana, senyawa bermolekul tinggi adalah polimer, yaitu zat monomer yang tidak mengubah massanya ketika zat "berat" yang sama melekat padanya. Jika tidak, kita akan berbicara tentang oligomer.

Apa yang dipelajari ilmu senyawa makromolekul?

Kimia polimer makromolekul adalah studi tentang rantai molekul yang terdiri dari subunit monomer. Ini mencakup area penelitian yang sangat luas. Banyak polimer memiliki kepentingan industri dan komersial yang signifikan. Di Amerika, seiring dengan penemuan gas alam, sebuah proyek besar diluncurkan untuk membangun pabrik untuk produksi polietilen. Etana dari gas alam diubahmenjadi etilen, monomer dari mana polietilen dapat dibuat.

Sebuah polimer sebagai senyawa makromolekul adalah:

Setiap kelas zat alami atau sintetis yang terdiri dari molekul yang sangat besar yang disebut makromolekul.
Banyak unit kimia sederhana yang disebut monomer.
Polimer menyusun banyak bahan dalam organisme hidup, termasuk, misalnya, protein, selulosa, dan asam nukleat.
Selain itu, mereka membentuk dasar mineral seperti intan, kuarsa dan feldspar, serta bahan buatan seperti beton, kaca, kertas, plastik dan karet.

Kata "polimer" menunjukkan jumlah unit monomer yang tidak terbatas. Ketika jumlah monomer sangat tinggi, senyawa tersebut kadang-kadang disebut sebagai polimer tinggi. Ini tidak terbatas pada monomer dengan komposisi kimia atau berat molekul dan struktur yang sama. Beberapa senyawa organik alami dengan berat molekul tinggi terdiri dari satu jenis monomer.

Namun, sebagian besar polimer alami dan sintetis terbentuk dari dua atau lebih jenis monomer yang berbeda; polimer semacam itu dikenal sebagai kopolimer.

Zat alami: apa perannya dalam kehidupan kita?

Senyawa organik berbobot molekul tinggi organik memainkan peran penting dalam kehidupan manusia, menyediakan bahan struktural dasar dan berpartisipasi dalam proses vital.

Misalnya, bagian padat dari semua tumbuhan terbuat dari polimer. Ini termasuk selulosa, lignin dan berbagai resin.
Bubur adalahpolisakarida, polimer yang terdiri dari molekul gula.
Lignin terbentuk dari jaringan polimer tiga dimensi yang kompleks.
Resin pohon adalah polimer dari hidrokarbon sederhana, isoprena.
Polimer isoprena lain yang dikenal adalah karet.

Polimer alami penting lainnya termasuk protein, yang merupakan polimer asam amino, dan asam nukleat. Mereka adalah jenis nukleotida. Ini adalah molekul kompleks yang terdiri dari basa yang mengandung nitrogen, gula dan asam fosfat.

Asam nukleat membawa informasi genetik di dalam sel. Pati, sumber energi makanan yang penting dari tumbuhan, adalah polimer alami yang terbuat dari glukosa.

Kimia senyawa makromolekul melepaskan polimer anorganik. Mereka juga ditemukan di alam, termasuk berlian dan grafit. Keduanya terbuat dari karbon. Perlu diketahui:

Dalam berlian, atom karbon terhubung dalam jaringan tiga dimensi yang memberikan material kekerasannya.
Dalam grafit, digunakan sebagai pelumas dan pensil "timah", atom karbon terikat pada bidang yang dapat meluncur satu sama lain.

Banyak polimer penting mengandung atom oksigen atau nitrogen serta atom karbon di tulang punggung. Bahan makromolekul seperti itu dengan atom oksigen termasuk poliasetal.

Poliasetal paling sederhana adalah poliformaldehida. Ini memiliki titik leleh yang tinggi, kristal, tahan abrasi danaksi pelarut. Resin asetal lebih mirip logam daripada plastik lainnya dan digunakan dalam pembuatan suku cadang mesin seperti roda gigi dan bantalan.

Substansi diperoleh secara artifisial

Senyawa makromolekul sintetik diproduksi dalam berbagai jenis reaksi:

Banyak hidrokarbon sederhana seperti etilena dan propilena dapat diubah menjadi polimer dengan menambahkan satu demi satu monomer ke rantai yang sedang tumbuh.
Polietilen, terdiri dari monomer etilen berulang, adalah polimer aditif. Ini dapat memiliki hingga 10.000 monomer yang terhubung dalam rantai heliks panjang. Polietilen adalah kristal, tembus cahaya, dan termoplastik, yang berarti melunak saat dipanaskan. Digunakan untuk pelapis, pengemasan, bagian cetakan, serta botol dan wadah.
Polypropylene juga kristal dan termoplastik, tetapi lebih keras dari polietilen. Molekulnya dapat terdiri dari 50.000-200.000 monomer.

Senyawa ini digunakan dalam industri tekstil dan untuk pencetakan.

Polimer aditif lainnya termasuk:

polibutadiena;
poliisoprena;
polikloroprena.

Semuanya penting dalam produksi karet sintetis. Beberapa polimer, seperti polistirena, bersifat seperti kaca dan transparan pada suhu kamar, dan juga termoplastik:

Polystyrene dapat diwarnai dengan warna apa saja dan digunakan dalam pembuatan mainan dan plastik lainnyaitem.
Ketika satu atom hidrogen dalam etilena digantikan oleh atom klor, vinil klorida terbentuk.
Ini berpolimerisasi menjadi polivinil klorida (PVC), bahan termoplastik tidak berwarna, keras, kaku, yang dapat dibuat menjadi berbagai bentuk, termasuk busa, film, dan serat.
Vinil asetat, dihasilkan dari reaksi antara etilen dan asam asetat, berpolimerisasi menjadi resin lunak amorf yang digunakan sebagai pelapis dan perekat.
Ini berkopolimerisasi dengan vinil klorida untuk membentuk keluarga besar bahan termoplastik.

Polimer linier yang dicirikan oleh pengulangan gugus ester di sepanjang rantai utama disebut poliester. Poliester rantai terbuka tidak berwarna, kristal, bahan termoplastik. Senyawa makromolekul sintetik yang memiliki berat molekul tinggi (dari 10.000 hingga 15.000 molekul) digunakan dalam produksi film.

Poliamida sintetis langka

Poliamida termasuk protein kasein alami yang ditemukan dalam susu dan zein yang ditemukan dalam jagung, yang digunakan untuk membuat plastik, serat, perekat, dan pelapis. Perlu diperhatikan:

Poliamida sintetis termasuk resin urea-formaldehida, yang termoset. Mereka digunakan untuk membuat benda cetakan dan sebagai perekat dan pelapis untuk tekstil dan kertas.
Yang juga penting adalah resin poliamida yang dikenal sebagai nilon. Merekatahan lama, tahan terhadap panas dan abrasi, tidak beracun. Mereka bisa diwarnai. Penggunaannya yang paling terkenal adalah sebagai serat tekstil, tetapi mereka memiliki banyak kegunaan lain.

Keluarga penting lainnya dari senyawa kimia sintetis dengan berat molekul tinggi terdiri dari pengulangan linier dari kelompok uretana. Poliuretan digunakan dalam pembuatan serat elastomer yang dikenal sebagai spandeks dan dalam pembuatan lapisan dasar.

Kelas lain dari polimer adalah campuran senyawa organik-anorganik:

Perwakilan terpenting dari keluarga polimer ini adalah silikon. Senyawa dengan berat molekul tinggi mengandung atom silikon dan oksigen yang berselang-seling dengan gugus organik yang terikat pada masing-masing atom silikon.
Silikon dengan berat molekul rendah adalah minyak dan gemuk.
Spesies dengan berat molekul lebih tinggi adalah bahan elastis serbaguna yang tetap lembut bahkan pada suhu yang sangat rendah. Mereka juga relatif stabil pada suhu tinggi.

Polimer dapat berupa tiga dimensi, dua dimensi, dan tunggal. Unit berulang sering terdiri dari karbon dan hidrogen, dan kadang-kadang oksigen, nitrogen, belerang, klorin, fluor, fosfor, dan silikon. Untuk membuat rantai, banyak unit yang secara kimiawi dihubungkan atau dipolimerisasi bersama, sehingga mengubah karakteristik senyawa dengan berat molekul tinggi.

Fitur apa yang dimiliki zat makromolekul?

Sebagian besar polimer yang dihasilkan adalah termoplastik. Setelahpolimer terbentuk, dapat dipanaskan dan dibentuk kembali. Properti ini membuatnya mudah untuk ditangani. Kelompok termoset lain tidak dapat dicairkan kembali: setelah polimer terbentuk, pemanasan ulang akan terurai tetapi tidak meleleh.

Karakteristik senyawa makromolekul polimer pada contoh kemasan:

Bisa sangat tahan terhadap bahan kimia. Pertimbangkan semua cairan pembersih di rumah Anda yang dikemas dalam plastik. Dijelaskan semua konsekuensi dari kontak dengan mata, tetapi kulit. Ini adalah kategori polimer berbahaya yang melarutkan segalanya.
Sementara beberapa plastik mudah berubah bentuk oleh pelarut, plastik lainnya ditempatkan dalam kemasan yang tidak dapat dipecahkan untuk pelarut agresif. Mereka tidak berbahaya, tetapi hanya dapat membahayakan manusia.
Larutan senyawa makromolekul paling sering dipasok dalam kantong plastik sederhana untuk mengurangi persentase interaksinya dengan zat di dalam wadah.

Sebagai aturan umum, berat polimer sangat ringan dengan tingkat kekuatan yang signifikan. Pertimbangkan berbagai kegunaan, dari mainan hingga struktur rangka stasiun ruang angkasa, atau dari serat nilon tipis di celana ketat hingga Kevlar yang digunakan dalam pelindung tubuh. Beberapa polimer mengapung di air, yang lain tenggelam. Dibandingkan dengan massa jenis batu, beton, baja, tembaga atau aluminium, semua plastik adalah bahan yang ringan.

Sifat senyawa makromolekul berbeda:

Polimer dapat berfungsi sebagai isolator termal dan listrik: peralatan, kabel, outlet listrik, dan kabel yang dibuat atau dilapisi dengan bahan polimer.
Peralatan dapur tahan panas dengan gagang panci dan wajan resin, gagang teko kopi, busa lemari es dan freezer, cangkir berinsulasi, pendingin, dan peralatan tahan microwave.
Pakaian dalam termal yang dikenakan oleh banyak pemain ski terbuat dari polipropilena, sedangkan serat pada jaket musim dingin terbuat dari akrilik dan poliester.

Senyawa dengan berat molekul tinggi adalah zat dengan karakteristik dan warna yang tidak terbatas. Mereka memiliki banyak sifat yang dapat lebih ditingkatkan dengan berbagai aditif untuk memperluas aplikasi. Polimer dapat berfungsi sebagai dasar untuk meniru kapas, sutra dan wol, porselen dan marmer, aluminium dan seng. Dalam industri makanan, mereka digunakan untuk memberi jamur sifat yang dapat dimakan. Misalnya, keju biru yang mahal. Dapat dimakan dengan aman berkat pemrosesan polimer.

Pemrosesan dan penerapan struktur polimer

Polimer dapat diproses dengan berbagai cara:

Ekstrusi memungkinkan produksi serat tipis atau tabung besar yang berat, film, botol makanan.
Injection moulding memungkinkan untuk membuat bagian yang kompleks, seperti bagian bodi mobil yang besar.
Plastik dapat dituang ke dalam tong atau dicampur dengan pelarut untuk menjadi bahan perekat atau cat.
Elastomer dan beberapa plastik dapat diregangkan dan fleksibel.
Beberapa plastik mengembang selama pemrosesan untuk mempertahankan bentuknya, seperti botol air minum.
Polimer lain dapat berbusa, seperti polistirena, poliuretan, dan polietilen.

Sifat senyawa makromolekul bervariasi tergantung pada aksi mekanik dan metode memperoleh zat. Hal ini memungkinkan untuk diterapkan di berbagai industri. Senyawa makromolekul utama memiliki jangkauan tujuan yang lebih luas daripada senyawa yang berbeda dalam sifat khusus dan metode pembuatannya. Universal dan "aneh" "menemukan diri mereka sendiri" di sektor makanan dan konstruksi:

Senyawa dengan berat molekul tinggi terdiri dari minyak, tetapi tidak selalu.
Banyak polimer dibuat dari unit berulang yang sebelumnya terbentuk dari gas alam, batu bara, atau minyak mentah.
Beberapa bahan bangunan terbuat dari bahan terbarukan seperti asam polilaktat (dari jagung atau selulosa dan serat kapas).

Menarik juga karena hampir tidak mungkin diganti:

Polimer dapat digunakan untuk membuat item yang tidak memiliki alternatif bahan lain.
Mereka dibuat menjadi film tahan air transparan.
PVC digunakan untuk membuat tabung medis dan kantong darah yang memperpanjang umur simpan produk dan turunannya.
PVC dengan aman mengirimkan oksigen yang mudah terbakar ke tabung fleksibel yang tidak mudah terbakar.
Dan bahan antitrombogenik seperti heparin dapat dimasukkan dalam kategori kateter PVC fleksibel.

Banyak perangkat medis berfokus pada fitur struktural senyawa makromolekul untuk memastikan fungsi yang efektif.

Larutan zat makromolekul dan sifat-sifatnya

Karena ukuran fase terdispersi sulit diukur dan koloid berbentuk larutan, terkadang koloid mengidentifikasi dan mengkarakterisasi sifat fisikokimia dan transpor.

Fase koloid	Sulit	Solusi bersih	Indikator dimensi
	Jika koloid terdiri dari fase padat yang terdispersi dalam cairan, partikel padat tidak akan berdifusi melalui membran.	Ion atau molekul terlarut akan berdifusi melalui membran pada difusi penuh.	Karena pengecualian ukuran, partikel koloid tidak dapat melewati pori-pori membran UF yang lebih kecil dari ukurannya sendiri.
Konsentrasi dalam komposisi larutan senyawa makromolekul	Konsentrasi yang tepat dari zat terlarut yang sebenarnya akan tergantung pada kondisi eksperimental yang digunakan untuk memisahkannya dari partikel koloid yang juga terdispersi dalam cairan.	Tergantung pada reaksi senyawa makromolekul ketika melakukan studi kelarutan untuk zat yang mudah terhidrolisis seperti Al, Eu, Am, Cm.	Semakin kecil ukuran pori membran ultrafiltrasi, semakin rendah konsentrasinyapartikel koloid terdispersi yang tersisa dalam cairan ultrafilter.

Hidrokoloid didefinisikan sebagai sistem koloid di mana partikel dari molekul makromolekul adalah polimer hidrofilik yang terdispersi dalam air.

Kecanduan Air	Kecanduan panas	Ketergantungan pada metode produksi
Hidrokoloid adalah partikel koloid yang terdispersi dalam air. Dalam hal ini, perbandingan kedua komponen mempengaruhi bentuk polimer - gel, abu, keadaan cair.	Hidrokoloid dapat bersifat ireversibel (dalam satu keadaan) atau reversibel. Misalnya, agar, hidrokoloid ekstrak rumput laut yang dapat dibalik, dapat berada dalam bentuk gel dan padat, atau bergantian antara keadaan dengan penambahan atau penghilangan panas.	Memperoleh senyawa makromolekul, seperti hidrokoloid, bergantung pada sumber alami. Misalnya, agar-agar dan karagenan diekstraksi dari rumput laut, gelatin diperoleh dengan hidrolisis protein sapi dan ikan, dan pektin diekstraksi dari kulit jeruk dan pomace apel.
Dessert gelatin, terbuat dari bubuk, memiliki komposisi hidrokoloid yang berbeda. Dia diberkahi dengan lebih sedikit cairan.	Hidrokoloid digunakan dalam makanan terutama untuk mempengaruhi tekstur atau viskositas (misalnya saus). Namun, konsistensi sudah tergantung pada metode perlakuan panas.	Pembalut medis berbasis hidrokoloid digunakan untuk merawat kulit dan luka. PADAmanufaktur didasarkan pada teknologi yang sama sekali berbeda, dan polimer yang sama digunakan.

Hidrokoloid utama lainnya adalah xanthan gum, gum arabic, guar gum, locust bean gum, turunan selulosa seperti karboksimetil selulosa, alginat dan pati.

Interaksi zat makromolekul dengan partikel lain

Gaya berikut memainkan peran penting dalam interaksi partikel koloid:

Tolakan tanpa memperhatikan volume: ini mengacu pada kurangnya tumpang tindih antara partikel padat.
Interaksi elektrostatik: Partikel koloid sering kali membawa muatan listrik dan karena itu saling tarik-menarik atau tolak-menolak. Muatan fase kontinu dan fase terdispersi, serta mobilitas fase, adalah faktor yang mempengaruhi interaksi ini.
Gaya Van der Waals: Hal ini disebabkan interaksi antara dua dipol, yang permanen atau terinduksi. Bahkan jika partikel tidak memiliki dipol permanen, fluktuasi kerapatan elektron menghasilkan dipol sementara dalam partikel.
Gaya entropi. Menurut hukum kedua termodinamika, sistem masuk ke keadaan di mana entropi dimaksimalkan. Hal ini dapat menyebabkan terciptanya kekuatan efektif bahkan di antara bola keras.
Gaya sterik antara permukaan berlapis polimer atau dalam larutan yang mengandung analog non-adsorben dapat memodulasi gaya antarpartikel, menciptakan gaya tolak sterik tambahan yangsebagian besar bersifat entropis, atau kekuatan penipisan di antaranya.

Efek terakhir sedang dicari dengan superplasticizer yang diformulasikan secara khusus yang dirancang untuk meningkatkan kemampuan kerja beton dan mengurangi kadar airnya.

Kristal polimer: di mana ditemukan, seperti apa bentuknya?

Senyawa bermolekul tinggi termasuk kristal genap, yang termasuk dalam kategori zat koloid. Ini adalah susunan partikel yang sangat teratur yang terbentuk pada jarak yang sangat jauh (biasanya dalam urutan beberapa milimeter hingga satu sentimeter) dan terlihat mirip dengan rekan atom atau molekulnya.

Nama koloid yang ditransformasi	Contoh pemesanan	Produksi
Opal Berharga	Salah satu contoh alami terbaik dari fenomena ini ditemukan dalam warna spektral murni batu	Ini adalah hasil dari relung padat dari bola silikon dioksida (SiO2) koloid amorf

Partikel berbentuk bola ini diendapkan di reservoir yang sangat silika. Mereka membentuk massa yang sangat teratur setelah bertahun-tahun sedimentasi dan kompresi di bawah aksi gaya hidrostatik dan gravitasi. Susunan periodik partikel bola submikrometer memberikan susunan rongga interstisial yang serupa yang bertindak sebagai kisi difraksi alami untuk gelombang cahaya tampak, terutama bila jarak interstisial memiliki urutan yang sama besarnya dengan gelombang cahaya datang.

Dengan demikian, ditemukan bahwa karena menjijikkanInteraksi Coulomb, makromolekul bermuatan listrik dalam media berair dapat menunjukkan korelasi seperti kristal jarak jauh dengan jarak antar partikel seringkali jauh lebih besar daripada diameter partikel individu.

Dalam semua kasus ini, kristal senyawa makromolekul alami memiliki warna cemerlang yang sama (atau permainan warna), yang dapat dikaitkan dengan difraksi dan interferensi konstruktif dari gelombang cahaya tampak. Mereka memenuhi hukum Bragg.

Sejumlah besar percobaan pada studi yang disebut "kristal koloid" muncul sebagai hasil dari metode yang relatif sederhana yang dikembangkan selama 20 tahun terakhir untuk mendapatkan koloid monodispersi sintetik (polimerik dan mineral). Melalui berbagai mekanisme, pembentukan tatanan jangka panjang diwujudkan dan dilestarikan.

Penentuan berat molekul

Berat molekul adalah sifat kritis dari suatu bahan kimia, terutama untuk polimer. Tergantung pada bahan sampel, metode yang berbeda dipilih:

Berat molekul serta struktur molekul molekul dapat ditentukan dengan menggunakan spektrometri massa. Menggunakan metode infus langsung, sampel dapat disuntikkan langsung ke detektor untuk mengkonfirmasi nilai bahan yang diketahui atau memberikan karakterisasi struktural dari bahan yang tidak diketahui.
Informasi berat molekul polimer dapat ditentukan dengan menggunakan metode seperti kromatografi pengecualian ukuran untuk viskositas dan ukuran.
UntukMenentukan berat molekul polimer memerlukan pemahaman kelarutan polimer tertentu.

Massa total suatu senyawa sama dengan jumlah massa atom individu dari setiap atom dalam molekul. Prosedur dilakukan sesuai dengan rumus:

Tentukan rumus molekul molekul.
Gunakan tabel periodik untuk mencari massa atom setiap unsur dalam molekul.
Kalikan massa atom setiap unsur dengan jumlah atom unsur tersebut dalam molekul.
Angka yang dihasilkan diwakili oleh subskrip di sebelah simbol elemen dalam rumus molekul.
Hubungkan semua nilai bersama untuk setiap atom dalam molekul.

Contoh perhitungan berat molekul rendah sederhana: Untuk mencari berat molekul NH_{3, langkah pertama adalah mencari massa atom nitrogen (N) dan hidrogen (H). Jadi, H=1, 00794N=14, 0067.}

Kemudian kalikan massa atom setiap atom dengan jumlah atom dalam senyawa. Ada satu atom nitrogen (tidak ada subscript yang diberikan untuk satu atom). Ada tiga atom hidrogen, seperti yang ditunjukkan oleh subscript. Jadi:

Berat molekul suatu zat=(1 x 14,0067) + (3 x 1,00794)
Bobot molekul=14.0067 + 3.02382
Hasil=17, 0305

Contoh menghitung berat molekul kompleks Ca₃(PO₄)_{2 adalah opsi perhitungan yang lebih kompleks:}

Dari tabel periodik, massa atom setiap unsur:

Ca=40, 078.
P=30, 973761.
O=15.9994.

Bagian yang sulit adalah mencari tahu berapa banyak setiap atom dalam senyawa. Ada tiga atom kalsium, dua atom fosfor dan delapan atom oksigen. Jika bagian gabungan dalam tanda kurung, kalikan subskrip segera setelah karakter elemen dengan subskrip yang menutup tanda kurung. Jadi:

Berat molekul suatu zat=(40.078 x 3) + (30.97361 x 2) + (15.9994 x 8).
Berat molekul setelah perhitungan=120, 234 + 61, 94722 + 127, 9952.
Hasil=310, 18.

Bentuk kompleks elemen dihitung dengan analogi. Beberapa di antaranya terdiri dari ratusan nilai, jadi mesin otomatis sekarang digunakan dengan database semua nilai g/mol.