polimeri

polimeri

Grandi molecole con grandi funzioni

I polimeri sono molecole di grandi dimensioni costituite dalla ripetizione di singole unità, i monomeri. Tutte le grandi molecole che caratterizzano lo sviluppo della vita, e cioè proteine, acidi nucleici e glucidi, sono polimeri. Dal secolo scorso si sono aggiunti ai polimeri naturali quelli sintetici, prodotti dall’uomo partendo quasi sempre dai derivati del petrolio

Composto da molte parti

Un polimero è una macromolecola (cioè una molecola formata da moltissimi atomi legati tra loro) caratterizzata da una lunga sequenza di uno o più tipi di atomi o gruppi, detti monomeri, che rappresentano le unità costituenti del polimero. Il modo in cui i monomeri si legano l’uno all’altro determina la struttura del polimero; da tale struttura dipendono le sue proprietà, che non vengono sostanzialmente modificate dall’aggiunta o dalla rimozione di qualche monomero.

Il termine polimero (dal greco polỳs «molto», e mèros «parte») si deve al chimico svedese Jöns Jacob Berzelius. Possiamo immaginare un polimero come un lungo treno i cui vagoni sono i monomeri. Se i vagoni sono tutti uguali si ha un omopolimero, altrimenti si ha un copolimero. I treni sono lineari, ma i polimeri possono essere anche ramificati, con una o più catene laterali, o reticolati, con più catene agganciate tra loro.

Il grado di polimerizzazione di un polimero è basato sul numero dei monomeri che lo costituiscono: viene detto basso al di sotto dei cento, medio fino a mille, alto oltre i mille monomeri.

La struttura

L’identificazione dei polimeri come macromolecole costituite da una sequenza di molecole legate tra loro con legami forti, covalenti, si deve al tedesco Hermann Staudinger, premio Nobel per la Chimica nel 1953. Le sue teorie, proposte intorno al 1920, faticarono a farsi strada nella comunità scientifica ma dettero un deciso impulso alla ricerca applicata, in particolare in Germania, negli Stati Uniti d’America e in Gran Bretagna. Lo studio dei meccanismi e delle condizioni di reazione e la consapevolezza del ruolo determinante dei catalizzatori nei processi chimici segnarono una nuova svolta cui contribuirono in modo decisivo l’italiano Giulio Natta e il tedesco Karl Ziegler, premi Nobel per la Chimica nel 1963 per le loro scoperte nel campo della preparazione e della tecnologia dei polimeri.

Polimeri naturali

Carne, pesce, latte e derivati sono alimenti a base di proteine, così come pasta, pane, riso e patate sono alimenti a base di amido. Proteine, amido e cellulosa sono polimeri: nel caso delle proteine, essi sono costituiti da sequenze di amminoacidi e, negli amidi e nella cellulosa (carboidrati) da sequenze di glicidi.

Fino al secolo scorso gli indumenti e le stoffe erano fabbricati con fibre costituite esclusivamente da polimeri di origine animale (lana, seta) o vegetale (canapa, cotone, lino, iuta, cocco).

Talvolta, come per il cuoio e la gomma, è necessario sottoporre le sostanze naturali a trattamenti specifici (concia per le pelli e vulcanizzazione per il latice) per reticolare le proteine aumentandone la resistenza. Altre volte conviene denaturarle, cioè modificare la loro struttura e demolirle parzialmente, come nel caso dei cibi, che con la cottura diventano più digeribili e appetitosi.

Anche gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono costituiti da sequenze di monomeri (detti nucleotidi) e anch’essi ricordano lo stretto legame esistente tra funzioni vitali e polimeri di origine biologica.

Polimeri sintetici

Il 20° secolo ha visto lo sviluppo impetuoso della chimica del petrolio e in particolare dei polimeri sintetici. Plastiche, gomme, fibre, collanti, resine hanno conquistato un ruolo dominante nell’economia mondiale e in tutti il costituente principale è un polimero sintetico.

Questi polimeri costruiti nei laboratori, all’inizio quasi per caso e in seguito con processi sempre meglio governati e conosciuti, sono classificati in due gruppi: di addizione e di condensazione. Nel primo caso i monomeri possiedono tra due atomi un doppio legame: quando uno di questi si rompe entrambi gli atomi possono addizionarsi ad altri monomeri in sequenza.

Nella reazione di condensazione, ciascun monomero possiede alle due estremità due gruppi diversi in grado di reagire tra loro con la eliminazione di piccole molecole, in genere di acqua. Il susseguirsi di reazioni con modalità testa-coda (la ‘testa’ di una molecola reagisce con la ‘coda’ di un’altra) consente di legare via via altri monomeri, allungando così la catena del polimero.

I polimeri sintetici hanno una struttura molto meno complessa di quelli biologici, ma non vengono utilizzati nei processi di degradazione da parte dei batteri, per cui persistono nell’ambiente per centinaia di anni, contribuendo in larga misura all’inquinamento.