Three Ways in Which Polymers Act Differently From Small Molecules


Alors vous voulez savoir comment et pourquoi les polymères, ces macromolécules, agissent différemment des petites molécules. Bon, je vais vous le dire. Il y a, pour ceux d'entre vous qui ne se sont pas donné la peine de lire le titre, trois manières pour les polymères d'agir différemment  des petites molécules. Et les raisons sont un petit peu plus compliquées que simplement "parce qu'ils sont plus gros". On les appelle en général:

C'est très bien, ces noms savants, mais qu'est-ce qu'ils veulent dire en réalité?

Enchevêtrement des chaînes

Rappelez-vous que la plupart des polymères sont despolymères linéaires; c'est-à-dire que ce sont des molécules dont les atomes sont reliés en une longue ligne pour former une immense chaîne. La plupart du temps, mais pas toujours, cette chaîne n'est pas raide et droite, mais elle est flexible. Elle tourne et se plie et finit par être toute emmêlée. De plus les chaînes s'emmêlent les unes aux autres et sont finalement toutes enchevêtrées.

Quand le polymère est fondu, les chaînes se comportent comme un plat de spaghetti. Si vous tirez sur un seul spaghetti, il glisse hors du lot sans aucun problème. Mais quand les polymères sont froids et à l'état solide, ils se comportent plutôt comme un peloton de ficelle. Mais nous ne parlons pas non plus d'un nouveau peloton de ficelle très bien enroulé. Nous parlons d'un vieux peloton de ficelle que vous gardez depuis des années. Essayez de sortir un brin de cette ficelle: c'est en général un peu difficile. Le plus probable est que vous finirez par faire un gros nud!

Les polymères solides sont comme ça. Les chaînes sont toutes emmêlées, et il est difficile de les démêler. C'est ce qui rend les polymères si résistants dans des matériaux tels que plastiques, peintures, élastomères, et composites.

Addition des Forces Intermoléculaires

Vous vous rappelez les forces intermoléculaires? Sinon, je vais vous aider. Toutes les molécules, aussi bien les grosses que les petites, s'attirent les unes les autres grâce aux forces électrostatiques. Certaines molécules sont plus attirées les unes par les autres que d'autres molécules. Les molécules polaires se fixent mieux ensemble que les molécules non polaires. Par exemple, l'eau et le méthane ont des masses moléculaires à peu près identiques. La masse molaire du méthane est de seize, celle de l'eau est de dix huit.  Le méthane est un gaz à température ambiante, l'eau est un liquide. C'est parce que l'eau est très polaire alors que le méthane ne l'est pas.

Comme je l'ai dit, les forces intermoléculaires agissent sur les polymères comme sur les petites molécules. Mais avec les polymères  ces forces sont très complexes. Plus la molécule est grosse plus elle exerce une force intermoléculaire forte. Même les faibles forces de Van der Waals entrent en jeu et sont suffisantes pour lier solidement différentes chaîne de polymères. C'est une autre raison pour laquelle les polymères peuvent être des matériaux très résistants. Le polyéthylène, par exemple n'est pas du tout polaire. Seules les forces de Van der Waals maintiennent sa cohésion, mais il est si résistant qu'il est utilisé pour fabriquer des gilets pare-balles.

Échelle de temps du mouvement

C'est une manière savante de dire que les polymères bougent plus lentement que les petites molécules. Imaginez que vous soyez instituteur et que ce soit l'heure du déjeuner. Vous devez emmener les enfants depuis la classe jusqu'à la cantine, sans en perdre un seul et en causant un minimum de dommage au territoire que vous devez couvrir jusqu'à la cantine. Garder les enfants en ligne est difficile. Ils adorent courir partout, sauter et crier et rebondir de ci de là. Une bonne façon d'y mettre bon ordre, c'est que les enfants se tiennent tous par la main pour aller à la cantine. Ca ne sera pas facile, car il y aura beaucoup de petits garçons trop machos pour prendre la main des filles et d'autres trop peu sûrs d'eux pour prendre la main de quiconque. Mais une fois que vous aurez réussi, leur capacité à courir partout s'en trouvera beaucoup réduite. Bien sûr, leur mouvement sera toujours chaotique. La chaîne d'enfants va se courber et serpenter sur le chemin qui la mène au pâté de soja déguisé en Dieu sait quoi. Mais le mouvement sera beaucoup plus lent. Vous voyez, si un enfant a l'idée de se précipiter dans une direction, il ou elle va être freiné par le poids de tous les autres enfant auxquels il ou elle est lié. Certes, l'enfant peut dévier du droit chemin et entraîner quelques autre enfants avec lui, mais la déviation sera beaucoup plus petite que si les enfants ne se tenaient pas par la main.

C'est pareil avec les molécules. Un paquet de petites molécules peut bouger beaucoup plus vite et de façon beaucoup plus chaotique quand elles ne sont pas attachées entre elles. Attachez les molécules ensemble en une longue chaîne et elles ralentissent, exactement comme les enfants quand ils se tiennent par la main.

Alors en quoi cela rend-il les matériaux polymères différents des autres matériaux faits de petites molécules? Cette faible vitesse de mouvement fait faire aux polymères des choses très inhabituelles. Par exemple si vous dissolvez un polymère dans un solvant, la solution sera beaucoup plus visqueuse que le solvant pur. En fait, la mesure de ce changement de viscosité est utilisée pour estimer la masse moléculaire du polymère. Cliquer ici pour savoir comment.


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