Polimerler

Konu Anlatımı

Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?

Küçük bir molekülün binlerce kez tekrarlanmasıyla büyük bir zincir elde edilir. Bu zincirler hayatımızın her alanında vardır: giysilerdeki iplik, ambalajdaki poşet, boru yalıtımı, yün ipliğindeki protein. Hepsi aynı temel fikre dayanır: küçük birimler kendini tekrarlayarak büyük moleküller oluşturur.

Bu konuda önce monomer ve polimer kavramlarını netleştireceğiz. Sonra polimerleşmenin iki temel yolunu karşılaştıracağız: birinde yan ürün oluşmaz, diğerinde küçük moleküller ayrılır. Ardından zincir uzunluğunu ve kütlesini sayısal olarak hesaplayacağız.

Ön Bilgi: Molekül Formülü, Mol Kütle ve Kütle Korunumu

Molekül kütlesi, bir molekülü oluşturan atomların kütlelerinin toplamıdır. Polimerlerde her molekül farklı uzunlukta olabileceği için tek bir molekül kütlesi yerine ortalama bir değer kullanılır. Bu ortalama, üretim koşullarına bağlıdır.

Tepkimelerde kütle korunur. Polimerleşmede de bu yasa geçerlidir: monomerlerin kütlesi toplandığında ya doğrudan polimerin kütlesini ya da polimerin kütlesiyle birlikte ayrılan küçük moleküllerin kütlesini verir. Bu ayrım, iki polimerleşme yolunun temel farkıdır.

Temel Kurallar

Monomer, polimerin yapı taşıdır. Aynı monomer farklı koşullarda farklı uzunlukta zincirler verebilir. Bu yüzden bir polimerin tek bir molekül kütlesi yoktur, ortalama değer vardır.

Tekrarlayan birim, polimerin imzasıdır. Aynı tekrarlayan birime sahip iki polimer, farklı monomerlerden ya da farklı koşullardan üretilmiş olabilir. Bu yüzden polimer adı çoğu zaman tekrarlayan birimin adından gelir.

Eklenme polimerleşmesinde yan ürün oluşmaz. Monomerin iki bağa açılan kısmı birbirine bağlanır ve bütün atomlar zincire geçer. Bu nedenle kütle korunumu doğrudan polimerin kütlesini verir.

Kondenzasyonda küçük molekül ayrılır. İki farklı monomer tepkimeye girerken aralarından su gibi küçük bir molekül çıkar. Bu yüzden polimerin kütlesi, kullanılan monomer kütlesinden daha küçüktür.

Polimerleşme derecesi zincir uzunluğunu verir. Polimer mol kütlesi tekrarlayan birim mol kütlesine bölündüğünde bir moleküldeki birim sayısı bulunur. Bu sayı büyüdükçe malzeme genellikle daha sert ve daha dayanıklı hâle gelir.

Yaygın Polimerlerin Karşılaştırması

Aşağıdaki tablo, doğal ve sentetik polimerleri türleri ve tekrarlayan birimleriyle birlikte gösterir. Bir malzemenin doğal mı sentetik mi olduğu, nereden geldiğini bilmekle başlar.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Adım 1 — Verilen büyüklüğü tanı. Polimer mol kütlesi mi, birim mol kütlesi mi, yoksa kütlesel bileşim yüzdesi mi verilmiş? Her biri farklı bir işlem gerektirir.

Adım 2 — Doğru bağıntıyı kur. Polimerleşme derecesi için polimer mol kütlesi birim mol kütlesine bölünür. Yüzde sorusunda ise bileşen kütlesi toplam kütleye bölünür.

Adım 3 — İşlemi uygula. Bölme sonucunun birimi yoktur; birim "tekrar eden birim"dir. Yüzde sorusunun sonucu ise yüzde birimindedir.

Adım 4 — Sonucu birimiyle yaz. Polimerleşme derecesi tek sayıdır, yüzde ise iki ondalık basamağa kadar verilebilir. Kütle sorularında gram birimi mutlaka yazılır.

Sık Yapılan Hatalar

Polimer sorularında en çok puan kaybettiren hatalar şunlardır.

• Monomer ile polimeri karıştırmak: Monomer küçük ve tek bir moleküldür, polimer ise bu monomerlerin çok sayıda tekrarlanmasıyla oluşan büyük moleküldür. İkisinin mol kütlesi arasında büyük fark vardır.
• Kondenzasyonda kütle korunumunu gözden kaçırmak: Kondenzasyon polimerleşmesinde yan ürün oluşur. Bu yüzden polimerin kütlesi, monomerlerin toplam kütlesine eşit değildir; aradaki fark küçük moleküllere aittir.
• Tekrarlayan birim ile monomerin kütlesini eşitlemek: Bir poliamitte veya polyesterde tekrarlayan birim iki farklı monomer artığını içerir. Birimin mol kütlesi tek bir monomerinkine eşit değildir.
• Polimerleşme derecesini kütle sanmak: Polimerleşme derecesi birimsiz bir büyüklüktür ve bir polimer molekülündeki birim sayısını verir. Kütleyle karıştırıldığında sonuç binlerce katına çıkar.
• Doğal ve sentetik ayrımını kaynağa göre yapmamak: Bir maddenin doğal ya da sentetik oluşu, canlı bir varlıktan mı elde edildiğiyle ilgilidir. Sentetik polimerler doğada çok yavaş parçalanır ve çevresel yük oluşturur.
• Katkı maddelerini polimer kütlesine katmak: Bir kablodaki ya da bir boyadaki polimer miktarı, ürünün toplam kütlesinden küçüktür. Katkı maddeleri kastedilmiyorsa yalnızca polimer kütlesi üzerinden işlem yapılmalıdır.

Özet

Polimer, küçük bir monomerin kendini tekrarlamasıyla oluşan büyük moleküldür. Monomer, polimerin yapı taşıdır; tekrarlayan birim ise polimerin imzasıdır. Protein, nişasta ve selüloz doğal polimerlerdir; polietilen, polivinil klorür, naylon ve sentetik kauçuk ise sentetik polimerlerdir. Eklenme polimerleşmesinde monomerlerin bütün atomları büyüyen zincire katılır ve yan ürün oluşmaz; kondenzasyonda ise iki farklı monomer birleşirken su gibi küçük bir molekül ayrılır. Bir polimer molekülündeki tekrarlayan birim sayısına polimerleşme derecesi denir ve polimer mol kütlesi tekrarlayan birim mol kütlesine bölünerek bulunur. Zincir uzadıkça malzeme genellikle daha sert ve daha dayanıklı olur; aynı zamanda parçalanması daha zorlaşır. Bu nedenle sentetik polimer atıklarının ayrıştırılması çevresel açıdan önemlidir.