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Nov 26, 2023

설명자: 폴리머란 무엇인가요?

폴리머는 인공(예: 그림의 플라스틱)이든 천연이든 관계없이 다음과 같이 만들어집니다.

인공(예: 그림의 플라스틱)이든 천연이든 고분자는 더 작은 화학 단위의 반복되는 사슬로 만들어집니다. 여기서 탄소 원자는 검은색으로, 산소는 빨간색으로, 수소는 흰색으로 표시됩니다.

분자/iStockphoto

시드 퍼킨스

2017년 10월 13일 오전 5:50

폴리머는 어디에나 있습니다. 주위를 둘러보세요. 플라스틱 물병. 휴대폰 이어버드의 실리콘 고무 팁입니다. 재킷이나 운동화에 사용되는 나일론과 폴리에스테르. 가족용 자동차의 타이어에 있는 고무입니다. 이제 거울을 한번 살펴보세요. 신체의 많은 단백질도 중합체입니다. 머리카락과 손톱을 구성하는 성분인 케라틴(KAIR-uh-tin)을 고려해보세요. 심지어 세포 속의 DNA도 중합체입니다.

정의에 따르면, 폴리머는 일련의 빌딩 블록을 결합(화학적으로 연결)하여 만들어진 큰 분자입니다. 폴리머라는 단어는 "많은 부분"을 의미하는 그리스어에서 유래되었습니다. 이러한 각 부분은 과학자들이 단량체(그리스어로 "한 부분"을 의미함)라고 부르는 것입니다. 폴리머를 각 링크가 모노머로 구성된 사슬로 생각하세요. 이러한 단량체는 단순한 원자일 수도 있고, 2~3개일 수도 있고, 12개 이상의 원자를 포함하는 복잡한 고리 모양 구조일 수도 있습니다.

인공 고분자에서는 사슬의 각 고리가 이웃 사슬과 동일한 경우가 많습니다. 그러나 단백질, DNA 및 기타 천연 고분자에서는 사슬의 연결이 이웃과 다른 경우가 많습니다.

어떤 경우에는 폴리머가 단일 사슬이 아닌 분기 네트워크를 형성합니다. 모양에 관계없이 분자는 매우 큽니다. 사실 그것들은 너무 커서 과학자들은 그것들을 거대분자로 분류합니다. 폴리머 사슬에는 수십만 개의 원자, 심지어 수백만 개의 원자가 포함될 수 있습니다. 폴리머 사슬이 길수록 무거워집니다. 그리고 일반적으로 폴리머가 길수록 폴리머로 만든 재료의 녹는점과 끓는점이 높아집니다. 또한, 폴리머 사슬이 길수록 점도(또는 액체로서의 흐름에 대한 저항)가 높아집니다. 그 이유는 표면적이 더 크기 때문에 이웃 분자에 달라붙기를 원하기 때문입니다.

양모, 면, 실크는 고대부터 사용되어온 천연 고분자 기반 소재입니다. 나무와 종이의 주성분인 셀룰로오스도 천연고분자이다. 다른 것에는 식물이 만든 전분 분자가 포함됩니다. [흥미로운 사실은 다음과 같습니다. 셀룰로오스와 전분은 모두 동일한 단량체인 설탕 포도당으로 만들어집니다. 그러나 그들은 매우 다른 속성을 가지고 있습니다. 전분은 물에 용해되어 소화될 수 있습니다. 그러나 셀룰로오스는 용해되지 않으며 사람이 소화할 수 없습니다. 이 두 중합체의 유일한 차이점은 포도당 단량체가 서로 연결되는 방식입니다.]

생명체는 아미노산이라고 불리는 단량체로부터 단백질(특정 유형의 중합체)을 만듭니다. 과학자들이 약 500가지의 서로 다른 아미노산을 발견했지만, 동물과 식물은 그 중 20가지만 단백질을 만드는 데 사용합니다.

실험실에서 화학자들은 폴리머를 설계하고 구성할 때 다양한 옵션을 선택할 수 있습니다. 그들은 천연 성분으로 인공 고분자를 만들 수도 있습니다. 또는 아미노산을 사용하여 대자연이 만든 것과는 다른 인공 단백질을 만들 수도 있습니다. 화학자들은 실험실에서 만들어진 화합물로 고분자를 만드는 경우가 더 많습니다.

폴리머 구조는 두 가지 다른 구성 요소를 가질 수 있습니다. 모든 것은 화학적으로 결합된 링크의 기본 사슬로 시작됩니다. 이를 백본이라고도 합니다. 일부에는 체인 링크의 일부(또는 전체)에 매달려 있는 보조 부품이 있을 수도 있습니다. 이러한 부착 중 하나는 단일 원자만큼 간단할 수 있습니다. 다른 그룹은 더 복잡할 수 있으며 펜던트 그룹이라고 합니다. 이는 개별 참이 참 팔찌의 사슬에 매달려 있는 것처럼 이들 그룹이 폴리머의 주 사슬에 매달려 있기 때문입니다. 사슬 자체를 구성하는 원자보다 주변에 더 많이 노출되기 때문에 이러한 "매력"은 종종 고분자가 고분자 자체 및 환경의 다른 것들과 상호 작용하는 방식을 결정합니다.

때로는 펜던트 그룹이 하나의 폴리머 사슬에 느슨하게 매달려 있는 대신 실제로 두 개의 사슬을 함께 연결합니다. (이것을 사다리 다리 사이에 뻗은 가로대처럼 보인다고 생각하십시오.) 화학자들은 이러한 연결을 가교결합이라고 부릅니다. 이 폴리머로 만든 재료(예: 플라스틱)를 강화하는 경향이 있습니다. 또한 폴리머를 더 단단하고 녹이기 어렵게 만듭니다. 그러나 가교가 길어질수록 재료는 더욱 유연해집니다.