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?
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.
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.
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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Somma
delle forze intermolecolari
Scala
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