Parole chiave
legame
covalente, radicale libero
Una delle reazioni più
diffuse ed utili per ottenere i polimeri è la polimerizzazione radicalica.
Viene utilizzata per ottenere polimeri dai monomeri vinilici, ossia da
piccole molecole contenenti i doppi legami carbonio-carbonio. Tra i polimeri
ottenuti con la polimerizzazione radicalica abbiamo: polistirene
polimetilmetacrilato,
polibutadiene,
polivinilacetato
polietilene ramificato. Ok, come introduzione può
bastare. Cos'è questa reazione, e come avviene?
La molecola indicata dalla freccia è lo stesso perossido di benzoile che elimina i brufoli dei teenagers e trasforma gli adolescenti pieni di angoscia in giovani cittadini, famosi, felici ed attraenti, almeno così dice la pubblicità
Questi elettroni non sarannomolto contenti di essere soli e vorranno comunque accoppiarsi. Se riescono a trovare un QUALSIASI elettrone per accoppiarsi, lo fanno. Il doppio legame carbonio-carbonio in un monomero vinilico come l'etilene ha una coppia di elettroni che viene facilmente attaccata dal radicale libero. L'elettrone non accoppiato, quando si avvicina alla coppia di elettroni non può che rubarne uno alla stessa coppia per pareggiare il suo. Questa nuova coppia di elettroni forma un nuovo legame chimico tra il frammento di iniziatore e uno degli atomi di carbonio del doppio legame della molecola di monomero. Questo elettrone, non avendo altro posto dove andare, si associa con l'atomo di carbonio che non è legato al frammento di iniziatore. E questo, come vedete, ci riporta alla situazione iniziale, infatti abbiamo un nuovo radicale libero quando l'elettrone non accoppiato ricade su quell'atomo di carbonio. L'intero processo, la scissione dei legami della molecola di iniziatore per formare i radicali, seguito dalla reazione del radicale con una molecola di monomero viene detta fase di inizio della polimerizzazione.
Se volete vedere la scissione
del perossido di benzoile per formare i radicali e la rezione con l'etilene
cliccate qui
Questo processo, l'aggiunta di ulteriori molecole di monomero alla catena crescente, viene detto propagazione.
Poiché continua a riformarsi il radicale, aggiungiamo ancora molecole di etilene, ed otteniamo una lunga catena. Le reazioni auto-scatenanti come questa vengono dette reazioni a catena. Fino a quando la catena continua a crescere, a chi interessa se alcuni elettroni rimangono spaiati?
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Purtroppo agli elettroni
interessa. I radicali non sono stabili, e alla fine trovano un modo per
accoppiarsi senza generare un nuovo radicale. La nostra piccola reazione
a catena quindi si arresterà. Può accadere in diversi modi.
Il modo più semplice è quando le estremità di due
catene in crescita si trovano tra loro. I due elettroni non accoppiati
si uniscono per formare una coppia e un nuovo legame chimico si unisce
alle loro rispettive catene. Viene detto accoppiamento.
L'accoppiamento è uno dei due principali tipi di reazione di terminazione. La terminazione è la terza ed ultima fase della polimerizzazione a catena. Inizio e propagazione sono le prime due fasi, naturalmente.
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Ecco l'altra reazione di terminazione:>
Un altro metodo con cui gli
elettroni non accoppiati possono terminare la polimerizzazione viene detto
disproporzionamento Si tratta di un metodo abbastanza difficile con cui
due catene polimeriche in crescita risolvono il problema dei loro elettroni
non accoppiati. Nel disproporzionamento, quando due estremità della
catena in crescita si trovano vicine, l'elettrone non accoppiato di una
catena si comporta in modo strano. Invece di unirsi semplicemente con l'elettrone
non accoppiato dell'altra catena, cerca altrove un altro compagno. Ne trova
uno nel legame carbonio-idrogeno dell'atomo di carbonio vicino all'altro
radicale di carbonio. Il nostro elettrone non accoppiato afferra non solo
uno degli elettroni di questo legame, ma anche l'atomo di idrogeno. La
nostra prima catena a questo punto non ha elettroni non accoppiati, l'atomo
di carbonio che si trova all'estremità ha in comune otto elettroni
e tutti sono felici.
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Tutti tranne la catena polimerica che ha perso il suo atomo di idrogeno!. Adesso non solo ha un atomo di carbonio con un elettrone non accoppiato, bensì due! Sembra una brutta cosa ma non è poi così difficile. I due radicali del carbonio, essendo proprio uno vicino all'altro, possono unire facilmente i loro elettroni non accoppiati per formare una coppia e quindi il legame chimico tra i due atomi di carbonio. I due atomi hanno già condiviso una coppia di elettroni e la seconda coppia in comune crea un legame doppio alla fine della catena polimerica.
Talvolta, l'elettrone non accoppiato all'estremità della catena in crescita è così triste che si accoppierà con un elettrone del legame idrogeno-carbonio lungo la catena principale di un'altra catena polimerica. Rimane un elettrone non accoppiato che non è nemmeno vicino alla parte terminale della catena di propagazione. Questo elettrone non può formare un legame doppio nel modo in cui lo ha fatto l'elettrone dell'ultimo esempio, ma può reagire e lo farà con una molecola di monomero, così come lo ha fatto il frammento di iniziatore. Inizia una nuova catena che si sviluppa dal centro della prima catena! Questo processo viene detto trasferimento di catena verso il polimero ed il risultato è un polimero ramificato. E' un problema soprattutto con il polietilene, tanto che il polietilene lineare non ramificato non si può ottenere con la polimerizzazione con radicalica
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per vedere il processo completo della reazione di ramificazion