Monomeeri on toistuva rakenne tai yksikkö polymeerinä tunnetun suuren molekyylin sisällä. Sana tulee kreikasta mono, joka tarkoittaa yhtä ja meros tarkoittaa osaa; se on yksi monista samanlaisista osista pitkässä ketjussa, joka muodostaa molekyylin. Monomeerit sitoutuvat yhteen muodostaen polymeerejä kemiallisen reaktion aikana, jota kutsutaan polymeroinniksi, jossa molekyylit kytkeytyvät yhteen jakamalla elektroneja niin kutsuttuun kovalenttiseen sidokseen. Ne voivat myös liittyä toisiinsa muodostaen pienempiä rakenteita: dimeeri koostuu esimerkiksi kahdesta monomeeristä ja trimeeristä. Polymeerit voivat koostua tuhansista näistä yksiköistä.
Polymeerin rakenneominaisuudet riippuvat sen sisältämien monomeerien järjestelystä. Tämä voi vaikuttaa sen liukoisuuteen veteen, sulamispisteeseen, kemialliseen reaktiivisuuteen tai kestävyyteen. Kaksi polymeeriä voi sisältää samat monomeerimolekyylit, mutta niiden järjestelyistä johtuen niillä voi olla erilaisia ominaisuuksia.
Liimaus
Monomeeriyksikön keskeinen piirre on sen kyky kytkeytyä ainakin kahteen muuhun molekyyliin. Molekyylien lukumäärä, johon yksikkö pystyy kytkeytymään, määräytyy niiden aktiivisten kohtien lukumäärän mukaan, joihin kovalenttiset sidokset voidaan muodostaa. Jos se voi liittyä vain kahden muun molekyylin kanssa, muodostuu ketjun kaltaisia rakenteita. Jos se voi muodostaa yhteyden kolmen tai useamman muun monomeerin kanssa, voidaan rakentaa kehittyneempiä, kolmiulotteisia, silloitettuja polymeerejä. Hiilielementti muodostaa useimpien polymeerien perustan, koska se on yksi harvoista alkuaineista, jotka voivat sitoutua neljään eri suuntaan neljän muun atomin kanssa.
Sidosprosessi ei välttämättä edellytä kahta monomeeriyksikköä, jotka yksinkertaisesti yhdistyvät toisiinsa. Monissa tapauksissa jokainen yksikkö menettää yhden tai kaksi atomia, jotka muodostavat toisen tuotteen. Esimerkiksi yksi yksikkö voi luopua vetyatomista ja toinen hydroksyyli- tai vety-happiryhmästä sidoksen muodostamiseksi muodostaen vettä (H2) sivutuotteena. Tämäntyyppinen polymerointi tunnetaan kondensaatioreaktiona.
Polymeerityypit
Polymeeriä, joka koostuu kokonaan yhdentyyppisestä monomeeriyksiköstä, kutsutaan homopolymeeriksi. Jos yksiköitä on useampi kuin yksi, tätä kutsutaan kopolymeeriksi. Nämä voidaan ryhmitellä eri luokkiin sen mukaan, miten yksiköt on järjestetty:
Vuorotteleva: kaksi eri yksikköä vuorottelee keskenään, esimerkiksi… ABABAB…
Säännöllinen: tietty yksikköjakso toistetaan, esimerkiksi… ABCABCABC…
Lohko: kaksi tai useampia erilaisia homopolymeerejä on sidottu yhteen, esimerkiksi… AAAABBBB…
Tilastollinen: yksikköjärjestyksellä ei ole kiinteää mallia, mutta tietyt yhdistelmät ovat todennäköisempiä kuin toiset
Satunnainen: sekvenssissä ei ole havaittavaa mallia
Luonnolliset monomeerit
Yksi yleisimmistä luonnollisista monomeereistä on glukoosi, yksinkertainen hiilihydraatti. Se voi liittyä muihin glukoosimolekyyleihin eri tavoin muodostaen useita erilaisia polymeerejä. Kasvien soluseinäissä esiintyvä selluloosa koostuu jopa 10,000 XNUMX tai enemmän yksikköä pitkistä glukoosimolekyyliketjuista, mikä antaa sille kuiturakenteen. Tärkkelyksessä glukoosiyksiköt muodostavat haarautuneita ketjuja. Lukuisat haarapäät muodostavat pisteitä, joissa entsyymit voivat alkaa hajota molekyyliä, jolloin se on helpommin sulavaa kuin selluloosa.
Muita esimerkkejä ovat aminohapot, jotka voivat liittyä yhteen muodostaen proteiineja, ja nukleotidit, jotka voivat polymeroitua yhdessä tiettyjen hiilihydraattiyhdisteiden kanssa muodostaen DNA: ta ja RNA: ta, molekyylejä, joihin kaikki tunnettu elämä perustuu. Isopreeni, monissa kasveissa esiintyvä hiilivetyyhdiste, voi polymeroitua luonnonkumiksi. Tämän aineen joustavuus johtuu siitä, että yksiköt muodostavat kierrettyjä ketjuja, jotka voidaan venyttää ja jotka kutistuvat takaisin kiertyneeseen tilaan vapautuessaan.
Keinotekoiset polymeerit
Monet synteettiset polymeerit on valmistettu, ja ne sisältävät jokapäiväisiä materiaaleja, kuten muovia ja liimoja. Usein monomeerit, joista ne on rakennettu, ovat luonnossa esiintyviä yhdisteitä, vaikka ne voidaan usein valmistaa synteettisesti. Useimmissa tapauksissa nämä yhdisteet ovat hiilivetyjä – molekyylejä, jotka sisältävät vain hiiltä ja vetyä.
Yksi esimerkki on eteeni (C2H4, yksinkertainen hiilivety, jota kasvit tuottavat, mutta joka valmistetaan suuressa mittakaavassa öljystä. Se voidaan polymeroida muodostaen polyeteeniä – jota joskus kutsutaan polyeteeniksi – yleisimmin käytetty muovi. Pohjimmiltaan se on valmistetaan muuttamalla etyleenin kahden hiiliatomin välinen kaksoissidos yhdeksi sidokseksi, jolloin jokainen kykenee muodostamaan toisen yksinkertaisen sidoksen viereisen hiiliatomin kanssa ja sallimaan pitkien ketjujen muodostumisen. Muita esimerkkejä ovat propeeni ja styreeni, joita käytetään polypropeenia ja polystyreeniä.