MONOMERI: CARATTERISTICHE, TIPI ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

I monomeri sono molecole piccole o semplici che costituiscono l'unità strutturale di base o essenziale molecole più grandi o complesse chiamate polimeri. Monomer è una parola di origine greca che significa mono, uno e semplice, parte.

Quando un monomero si unisce a un altro, si forma un dimero. Unendo questo a sua volta con un altro monomero, forma un trimero, e così via fino a formare catene corte chiamate oligomeri, o catene più lunghe chiamate polimeri.

Fonte: Ardonik via Flickr

I monomeri si legano o polimerizzano formando legami chimici condividendo coppie di elettroni; vale a dire, sono uniti da legami di tipo covalente.

Nell'immagine sopra, i cubi rappresentano i monomeri, che sono legati da due facce (due legami) per dare origine a una torre pendente.

Questa unione di monomeri è nota come polimerizzazione. Si possono unire monomeri dello stesso tipo o diverso, e il numero di legami covalenti che possono stabilire con un'altra molecola determinerà la struttura del polimero che formano (catene lineari, strutture inclinate o tridimensionali).

Molecola di polistirene. Esempio di monomero (rettangolo rosso)

Esiste una grande varietà di monomeri, tra cui quelli di origine naturale. Questi appartengono e progettano le molecole organiche chiamate biomolecole, presenti nella struttura degli esseri viventi.

Ad esempio, gli amminoacidi che compongono le proteine; le unità monosaccaridiche dei carboidrati; e i mononucleotidi che compongono gli acidi nucleici. Esistono anche monomeri sintetici, che consentono di produrre una innumerevole varietà di prodotti polimerici inerti, come vernici e plastiche.

Si possono citare due delle migliaia di esempi che possono essere forniti, come il tetrafluoroetilene, che forma il polimero noto come Teflon, oppure i monomeri fenolo e formaldeide, che formano il polimero chiamato bachelite.

Caratteristiche del monomero

I monomeri sono collegati da legami covalenti

Gli atomi che partecipano alla formazione di un monomero sono tenuti insieme da legami forti e stabili come il legame covalente. Allo stesso modo, i monomeri polimerizzano o si legano con altre molecole monomeriche attraverso questi legami, conferendo forza e stabilità ai polimeri.

Questi legami covalenti tra i monomeri possono essere formati da reazioni chimiche che dipenderanno dagli atomi che compongono il monomero, dalla presenza di doppi legami e da altre caratteristiche che hanno la struttura del monomero.

Il processo di polimerizzazione può avvenire mediante una delle tre seguenti reazioni: per condensazione, aggiunta o per radicali liberi. Ognuno di loro porta i propri meccanismi e modalità di crescita.

Funzionalità dei monomeri e struttura del polimero

Un monomero può legarsi con almeno altre due molecole di monomero. Questa proprietà o caratteristica è la cosiddetta funzionalità dei monomeri, ed è ciò che consente loro di essere le unità strutturali delle macromolecole.

I monomeri possono essere bifunzionali o polifunzionali, a seconda dei siti attivi o reattivi del monomero; cioè degli atomi della molecola che possono partecipare alla formazione di legami covalenti con gli atomi di altre molecole o monomeri.

Anche questa caratteristica è importante, poiché è strettamente legata alla struttura dei polimeri che la compongono, come di seguito dettagliato.

Bifunzionalità: polimero lineare

I monomeri sono bifunzionali quando hanno solo due siti di legame con altri monomeri; cioè, il monomero può formare solo due legami covalenti con altri monomeri e forma solo polimeri lineari.

Esempi di polimeri lineari includono glicole etilenico e amminoacidi.

Monomeri polifunzionali - Polimeri tridimensionali

Esistono monomeri che possono essere uniti con più di due monomeri e costituiscono le unità strutturali con la massima funzionalità.

Si chiamano polifunzionali e sono quelle che producono macromolecole polimeriche ramificate, reticolari o tridimensionali; come il polietilene, per esempio.

Scheletro o struttura centrale

Con doppio legame tra carbonio e carbonio

Ci sono monomeri che hanno uno scheletro centrale nella loro struttura costituito da almeno due atomi di carbonio legati da un doppio legame, (C = C).

A sua volta, questa catena o struttura centrale ha atomi legati lateralmente che possono cambiare per formare un monomero diverso. (R ₂ C = GS ₂ ).

Se una qualsiasi delle catene R viene modificata o sostituita, si ottiene un monomero diverso. Inoltre, quando questi nuovi monomeri si uniscono, formeranno un polimero diverso.

Esempi di questo gruppo di monomeri sono propilene (H ₂ C = CH ₃ H), tetrafluoroetilene (F ₂ C = CF ₂ ) e cloruro di vinile (H ₂ C = CClH).

Due gruppi funzionali nella struttura

Sebbene ci siano monomeri che hanno un solo gruppo funzionale, esiste un ampio gruppo di monomeri che hanno due gruppi funzionali nella loro struttura.

Gli amminoacidi ne sono un buon esempio. Hanno un gruppo funzionale ammino (-NH ₂ ) e un gruppo funzionale acido carbossilico (-COOH) attaccato a un atomo di carbonio centrale.

Questa caratteristica di essere un monomero bifunzionale gli conferisce anche la capacità di formare lunghe catene polimeriche come la presenza di doppi legami.

Gruppi funzionali

In generale, le proprietà che i polimeri presentano sono date dagli atomi che formano le catene laterali dei monomeri. Queste catene costituiscono i gruppi funzionali dei composti organici.

Esistono famiglie di composti organici le cui caratteristiche sono date dai gruppi funzionali o catene laterali. Un esempio è il gruppo funzionale dell'acido carbossilico R - COOH, il gruppo amminico R - NH ₂ , l'alcol R - OH, tra molti altri che partecipano alle reazioni di polimerizzazione.

Unione di monomeri uguali o diversi

Unione di monomeri uguali

I monomeri possono formare diverse classi di polimeri. Monomeri dello stesso tipo o dello stesso tipo possono essere uniti e generare i cosiddetti omopolimeri.

A titolo di esempio, si può menzionare lo stirene, il monomero che forma il polistirene. Anche l'amido e la cellulosa sono esempi di omopolimeri costituiti da lunghe catene ramificate del monomero glucosio.

Unione di diversi monomeri

L'unione di diversi monomeri forma i copolimeri. Le unità vengono ripetute in numero, ordine o sequenza differenti in tutta la struttura delle catene polimeriche (ABBBAABAA-…).

Come esempio di copolimeri, si può citare il nylon, un polimero formato dalla ripetizione di unità di due diversi monomeri. Questi sono l'acido bicarbossilico e una molecola di diammina, che sono uniti tramite condensazione in proporzioni equimolari (uguali).

Diversi monomeri possono anche essere uniti in proporzioni disuguali, come nel caso della formazione di un polietilene specializzato la cui struttura di base è 1-ottene monomero più etilene monomero.

Tipi di monomeri

Sono molte le caratteristiche che permettono di stabilire vari tipi di monomeri, tra cui spiccano la loro origine, funzionalità, struttura, il tipo di polimero che formano, come polimerizzano e i loro legami covalenti.

Monomeri naturali

-Ci sono monomeri di origine naturale come l'isoprene, che si ottiene dalla linfa o dal lattice delle piante, e che è anche la struttura monomerica della gomma naturale.

-Alcuni aminoacidi prodotti dagli insetti formano la fibroina o la proteina della seta. Inoltre, ci sono amminoacidi che formano il polimero cheratina, che è la proteina nella lana prodotta da animali come le pecore.

-Tra i monomeri naturali ci sono anche le unità strutturali di base delle biomolecole. Il glucosio monosaccaride, ad esempio, si lega con altre molecole di glucosio per formare diversi tipi di carboidrati come amido, glicogeno, cellulosa, tra gli altri.

-Gli amminoacidi, d'altra parte, possono formare una vasta gamma di polimeri noti come proteine. Questo perché ci sono venti tipi di amminoacidi, che possono essere collegati in qualsiasi ordine arbitrario; e quindi, finiscono per formare l'una o l'altra proteina con le sue caratteristiche strutturali.

-I mononucleotidi, che formano le macromolecole chiamate rispettivamente DNA e acidi nucleici RNA, sono anche monomeri molto importanti all'interno di questa categoria.

Monomeri sintetici

-Tra i monomeri artificiali o sintetici (che sono numerosi), possiamo citarne alcuni con i quali vengono realizzate diverse varietà di plastica; come il cloruro di vinile, che forma cloruro di polivinile o PVC; e gas etilene (H ₂ C = CH ₂ ) e il suo polimero di polietilene.

È noto che con questi materiali è possibile costruire un'ampia varietà di contenitori, bottiglie, oggetti domestici, giocattoli, materiali da costruzione, tra gli altri.

-Il monomero di tetrafluoroetilene (F ₂ C = CF ₂ ) si trova formando il polimero commercialmente noto come Teflon.

-La molecola di caprolattame derivata dal toluene è essenziale per la sintesi del nylon, tra molti altri.

-Ci sono diversi gruppi di monomeri acrilici classificati in base alla composizione e alla funzione. Tra questi ci sono acrilammide e metacrilammide, acrilato, acrilici con fluoro, tra gli altri.

Monomeri non polari e polari

Questa classificazione viene effettuata in base alla differenza di elettronegatività degli atomi che compongono il monomero. Quando c'è una differenza evidente, si formano monomeri polari; per esempio, amminoacidi polari come treonina e asparagina.

Quando la differenza di elettronegatività è zero, i monomeri sono apolari. Ci sono amminoacidi non polari come triptofano, alanina, valina, tra gli altri; e anche monomeri apolari come acetato di vinile.

Monomeri ciclici o lineari

Secondo la forma o organizzazione degli atomi all'interno della struttura dei monomeri, questi possono essere classificati come monomeri ciclici, come prolina, ossido di etilene; lineare o alifatico, come l'aminoacido valina, glicole etilenico tra molti altri.

Esempi

Oltre a quelli già citati, ci sono i seguenti ulteriori esempi di monomeri:

-Formaldeide

-Furfural

-Cardanol

-Galactose

-Styrene

-Alcool polivinilico

-Isoprene

-Acidi grassi

-Epoxides

-E sebbene non siano stati menzionati, ci sono monomeri le cui strutture non sono carbonate, ma solforate, fosforose o hanno atomi di silicio.

Riferimenti

1. Carey F. (2006). Chimica organica. (6a ed.). Messico: Mc Graw Hill.
2. Gli editori dell'Enciclopedia Britannica. (2015, 29 aprile). Monomero: composto chimico. Tratto da: britannica.com
3. Mathews, Holde e Ahern. (2002). Biochimica (3a ed.). Madrid: PEARSON
4. Polimeri e monomeri. Estratto da: materialsworldmodules.org
5. Wikipedia. (2018). Monomero. Tratto da: en.wikipedia.org