Leerdoelen
•Je kunt uitleggen hoe polymeren zichzelf kunnen herstellen.
•Je kunt uitleggen hoe polymeren stroom kunnen geleiden.
Hoe kunnen kunststof hechtingen in je lichaam oplossen?
Kunststof hechtingen in het lichaam, zoals die na een operatie worden gebruikt, kunnen oplossen doordat ze zijn gemaakt van polymeren die langzaam hydrolysereacties ondergaan. Polymeren zijn lange molecuulketens, opgebouwd uit kleinere eenheden, de monomeren. Bij hydrolysereacties worden de bindingen tussen de monomeren verbroken door watermoleculen, waardoor de lange ketens uiteenvallen.
Voorbeelden van dergelijke polymeren zijn polyactide en polyglycolzuur. Deze stoffen zijn zo ontworpen dat de bindingen tussen de monomeren langzaam opengeknipt worden door watermoleculen. Dit proces kan afhankelijk zijn van de pH (zuurgraad) van de omgeving. De lange polymeerketens vallen geleidelijk uiteen in kleine zuren. Deze kleine zuren kan het lichaam vervolgens uitscheiden of verbranden.
Hoe herstellen polymeren zichzelf?
Sommige polymeren kunnen zichzelf herstellen door het verbreken en opnieuw vormen van waterstofbruggen. Waterstofbruggen zijn relatief zwakke bindingen tussen moleculen, die ontstaan door de aantrekkingskracht tussen een waterstofatoom (H) van het ene molecuul en een sterk elektronegatief atoom, zoals stikstof (N), van een ander molecuul.
Voor zelfherstellend rubber wordt bijvoorbeeld een polymeer gebruikt dat via een reeks chemische stappen ontstaat uit onverzadigde vetzuren zoals oliezuur. Dit polymeer heeft veel NH-groepen, die onderling waterstofbruggen kunnen vormen. Deze waterstofbruggen verbinden verschillende delen van de polymeerketen.
Hoe werkt het zelfherstelmechanisme?
1.Breuk of doorsnijding: Wanneer het polymeer breekt of wordt doorgesneden (bijvoorbeeld in een rubberen band), verbreken de waterstofbruggen.
2.Contactherstel: Door de gebroken zijden van het polymeer tegen elkaar te drukken, komen de NH-groepen die waterstofbruggen kunnen vormen weer met elkaar in contact.
3.Opnieuw vormen van bindingen: De waterstofbruggen kunnen zich hierdoor opnieuw vormen, waardoor het polymeernetwerk zich herstelt.
Dit zelfherstel is mogelijk omdat waterstofbruggen geen atoombindingen zijn. Atoombindingen zijn sterke chemische bindingen binnen moleculen die niet zomaar te herstellen zijn na een breuk. Waterstofbruggen zijn intermoleculaire krachten die relatief gemakkelijk verbreken en opnieuw gevormd kunnen worden, waardoor een polymeer met deze eigenschap zichzelf kan repareren.
Hoe kunnen polymeren stroom geleiden?
Polymeren kunnen stroom geleiden, ondanks dat het vaak moleculaire stoffen zijn, als zij een geconjugeerd systeem bezitten. Een geconjugeerd systeem is een moleculaire structuur waarbij dubbele en enkele bindingen afwisselend voorkomen in de keten.
Wat is een geconjugeerd systeem?
•Het bestaat uit een afwisseling van dubbele en enkele bindingen.
•Deze afwisseling zorgt ervoor dat de elektronen in de dubbele bindingen niet op één vaste plaats blijven, maar over de hele geconjugeerde structuur kunnen bewegen.
•Wanneer elektronen aan de ene kant van de polymeerketen worden ingebracht, kunnen ze via dit systeem door de keten bewegen en er aan de andere kant weer uitkomen.
Een voorbeeld van een polymeer dat op deze manier stroom kan geleiden, is een polymeer dat is gemaakt van ethyn. De gepolymeriseerde ethynketen heeft een afwisselend patroon van enkele en dubbele bindingen. Kleine instabiliteiten of toevoeging van bepaalde stoffen kunnen dit elektronentransport bevorderen. Geleidende polymeren worden onder andere gebruikt in schermen.
