TRE COSE CHE RENDONO DIVERSI I POLIMERI



Volete dunque sapere come e perché questi polimeri, queste macromolecole, agiscono in modo diverso dalle piccole molecole. Ve lo dirò, perché siamo gente simpatica. Per quelli che non hanno letto il titolo vi informo che ci sono tre modi in cui i polimeri agiscono in modo diverso dalle piccole molecole, e la ragione non è  semplicemente "perché sono più grandi":

E' tutto molto bello, questi termini sono fantastici, ma cosa significano nella realtà?

Aggrovigliamenti

Ricordate che la maggior parte dei polimeri sono polimeri lineari; si tratta di molecole i cui atomi sono uniti in una lunga linea che forma una lunghissima catena. La maggior parte delle volte, non sempre, questa catena non è rigida e diritta, ma è flessibile. Si gira e si piega per formare una massa aggrovigliata. Le catene tendono a torcersi e ad avvilupparsi una intorno all'altra, in modo che tutte le molecole di polimero formino un enorme massa aggrovigliata.

Quando un polimero viene fuso, le catene assomigliano ad un piatto di spaghetti aggrovigliati. Se cercate di prenderne uno, viene via senza problemi. Ma quando i polimeri sono freddi, allo stato solido, agiscono come un gomitolo di spago. E non stiamo parlando di un gomitolo nuovo ben avvolto. Parliamo di quei vecchi gomitoli tutti aggrovigliati che avete accumulato per anni. Cercare di tirare fuori un filo da questo pasticcio è un poÕ più difficile. E' più probabile che facciate un enorme nodo!

I polimeri solidi sono così. Le catene sono tutte aggrovigliate una con l'altra ed è difficile districarle. Questa è la ragione che rende particolarmente resistenti alcune  plastiche, vernice, elastomeri, e compositi.

Somma delle forze intermolecolari

Ricordate le forze intermolecolari? Se non le ricordate ve le spiegherò. Tutte le molecole, sia quelle piccole che i polimeri, interagiscono una con l'altra, attraendosi grazie all'elettrostaticità. Alcune molecole vengono attratte più di altre. Le molecole polari si uniscono insieme meglio di quelle non polari. Ad esempio l'acqua ed il metano hanno pesi molecolari simili. Il peso del metano è sedici, quello dell'acqua è diciotto. Il metano è un gas a temperatura ambiente, l'acqua è un liquido. Questo perché l'acqua è molto polare, abbastanza polare da rimanere unita come liquido, mentre il metano è altamente non polare, per cui non si attrae.

Come ho detto le forze intermolecolari influenzano i polimeri proprio come le piccole molecole. Nei polimeri queste forze sono altamente combinate.Più è grande la molecola più si creano forze intermolecolari.  Anche quando sono in gioco solo le deboli forze di Van der Waals, possono essere molto forti nel legare insieme diverse catene polimeriche, E' un'altra ragione per cui i polimeri possono essere materiali così resistenti. Il polietilene ad esempio è altamente non polare. Ha solo le forze di Van der Waals ma è talmente resistente che viene utilizzato per produrre giubbotti antiproiettile.

Scala dei tempi di movimento

E' un modo simpatico per dire che  i polimeri si muovono molto più lentamente di quanto si muovano le piccole molecole. Immaginate di essere un insegnante delle elementari, ed è ora di andare a pranzo. Il vostro compito è quello di portare i vostri bambini dalla classe alla mensa, senza perdere nessuno di loro, e facendolo con minimi danni all'area che dovete percorrere per arrivare alla mensa. Tenerli in fila diventa difficile. Ai bambini piccoli piace correre avanti e indietro, saltare, urlare e correre di qua e di là. Un metodo per cercare di frenare tutto questo movimento è quello di far si che si diano la mano per andare a mangiare. Non è sicuro che tutti si calmeranno, anche perché ci saranno sempre molti maschietti che non vorranno dare la mano alle bambine vicino a loro, ed altri che sono troppo insicuri per dare la mano a qualcuno. Una volta che siete riusciti nel vostro intento, la loro possibilità di correre avanti e indietro è molto limitata. Naturalmente il loro movimento continuerà ad essere caotico. La catena di bambini curverà e striscerà un poÕ di qua e un poÕ di là durante il percorso per andare a mangiare le loro polpette di soia mascherate da chissà cosa. Il movimento sarà comunque molto più lento. Vedete se un bambino si mette in testa di andare in una direzione, non può perché verrebbe schiacciato dal peso degli altri bambini ai quali è legato. Certo, il bambino può deviare dal percorso e fare in modo che pochi altri lo facciano, ma la deviazione è molto limitata rispetto a come sarebbe se i bambini non si tenessero per mano.

Le molecole si comportano nello stesso modo. Un gruppo di piccole molecole si può muovere avanti e indietro molto più velocemente e in modo molto più caotico quando le molecole non sono legate una all'altra. Legate le molecole insieme in una enorme lunga catena ed esse  rallenteranno il loro movimento, proprio come fanno i bambini quando si uniscono a catena.

A questo punto cosa rende un materiale polimerico diverso da un materiale composto da piccole molecole? Questa bassa velocità di movimento fa sì che i polimeri facciano cose strane. Se sciogliete un polimero in un solvente, la soluzione sarà molto più viscosa del solvente puro. In effetti, la misurazione di questo cambio di viscosità viene utilizzata per stimare il peso molecolare del polimero. Cliccate qui per scoprirlo.



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