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Nov 26, 2023

説明者: ポリマーとは何ですか?

I polimeri, siano essi artificiali (come la plastica mostrata nel diagramma) o naturali, sono costituiti da:

ポリマーは、人工 (図に示されているプラ​​スチックなど) であっても天然であっても、より小さな化学単位の繰り返し鎖で構成されています。 ここでは、炭素原子は黒、酸素は赤、水素は白で示されています。

分子/iStockphoto

シド・パーキンス著

2017 年 10 月 13 日午前 5 時 50 分

ポリマーはどこにでもあります。 ちょっと周りを見回してください。 あなたのペットボトル。 携帯電話のイヤホンのシリコンゴムの先端。 ジャケットやスニーカーのナイロンとポリエステル。 家族の車のタイヤのゴム。 さあ、鏡を見てください。 体内のタンパク質の多くもポリマーです。 髪と爪を構成するケラチン (KAIR-uh-tin) について考えてみましょう。 細胞内の DNA もポリマーです。

定義上、ポリマーは一連の構成要素を結合 (化学的に結合) することによって作られる大きな分子です。 ポリマーという言葉は、「多くの部分」を意味するギリシャ語に由来しています。 これらの各部分は科学者がモノマーと呼んでいます（ギリシャ語で「一部」を意味します）。 ポリマーを鎖として考え、その各リンクがモノマーであると考えてください。 これらのモノマーは、原子 1 つまたは 2、3 つだけの単純なものであることもあれば、12 個以上の原子を含む複雑な環状構造であることもあります。

人工ポリマーでは、鎖の各リンクは隣接するリンクと同一であることがよくあります。 しかし、タンパク質、DNA、その他の天然ポリマーでは、鎖内のリンクが隣接するリンクと異なることがよくあります。

場合によっては、ポリマーは単鎖ではなく分岐ネットワークを形成します。 形に関係なく、分子は非常に大きいです。 実際、それらは非常に大きいため、科学者はそれらを巨大分子として分類しています。 ポリマー鎖には数十万、さらには数百万の原子が含まれる場合があります。 ポリマー鎖が長ければ長いほど重くなります。 そして一般に、ポリマーが長いほど、それから作られた材料の融解温度と沸点が高くなります。 また、ポリマー鎖が長ければ長いほど、その粘度（または液体としての流れに対する抵抗）が高くなります。 理由: 表面積が大きいため、隣接する分子にくっつこうとします。

ウール、コットン、シルクは、古くから使用されてきた天然ポリマーベースの素材です。 木材や紙の主成分であるセルロースも天然ポリマーです。 その他には、植物によって作られるデンプン分子が含まれます。 [ここに興味深い事実があります: セルロースとデンプンはどちらも同じモノマー、つまりグルコースから作られています。 しかし、それらは非常に異なる特性を持っています。 でんぷんは水に溶けて消化されます。 しかしセルロースは溶けず、人間が消化することはできません。 これら 2 つのポリマーの唯一の違いは、グルコース モノマーがどのように結合されているかです。]

生物は、アミノ酸と呼ばれるモノマーからタンパク質（特定の種類のポリマー）を構築します。 科学者たちは約 500 種類の異なるアミノ酸を発見しましたが、動物や植物がタンパク質の構築に使用するのはそのうちの 20 種類だけです。

研究室では、化学者がポリマーを設計および構築する際に多くの選択肢があります。 彼らは天然成分から人工ポリマーを構築する可能性があります。 あるいは、アミノ酸を使用して、母なる自然が作ったものとは異なる人工タンパク質を構築することもできます。 多くの場合、化学者は研究室で作られた化合物からポリマーを作成します。

ポリマー構造には 2 つの異なるコンポーネントが含まれる場合があります。 すべては化学的に結合した基本的な鎖から始まります。 これはバックボーンと呼ばれることもあります。 一部のチェーンには、チェーンのリンクの一部 (またはすべて) からぶら下がっている二次パーツが付いている場合もあります。 これらの結合の 1 つは、単一の原子と同じくらい単純である場合があります。 他のものはより複雑であり、ペンダント グループと呼ばれる場合があります。 それは、個々のチャームがチャーム ブレスレットのチェーンからぶら下がっているのと同じように、これらのグループがポリマーの主鎖からぶら下がっているためです。 これらの「魅力」は、鎖自体を構成する原子よりも周囲にさらされているため、多くの場合、ポリマーがそれ自体や環境内の他の物体とどのように相互作用するかを決定します。

ペンダント基は、1 本のポリマー鎖からぶら下がっているのではなく、実際には 2 本の鎖を接続していることがあります。 (これは、はしごの脚の間に伸びる横木のように見えると考えてください。) 化学者は、これらの結合を架橋と呼びます。 それらは、このポリマーで作られた材料（プラスチックなど）を強化する傾向があります。 また、ポリマーがより硬くなり、溶けにくくなります。 ただし、架橋が長ければ長いほど、材料はより柔軟になります。

化学結合は、分子や一部の結晶内の原子を結び付けるものです。 理論的には、2 つの化学結合を形成できる原子はどれも鎖を作ることができます。 他の人とつながって輪を作るのに両手が必要なようなものです。 (水素は結合を 1 つしか形成できないため、機能しません。)

しかし、酸素のように通常 2 つの化学結合しか形成しない原子は、ポリマーのような長い鎖を形成しないことがよくあります。 なぜ？ 酸素は 2 つの結合を形成すると安定になります。 それは、その「差し伸べられた2つの手」がすでに取られていることを意味します。 ペンダントグループを保持できるものは何も残っていない。 ポリマーの主鎖の一部である多くの原子は通常、少なくとも 1 つのペンダント基を持っているため、ポリマー鎖に通常現れる元素は、炭素やケイ素など、4 つの結合で安定するものです。

一部のポリマーは柔軟性があります。 他は非常に硬いです。 さまざまな種類のプラスチックについて考えてみましょう。柔軟なソーダボトルの素材は、ポリ塩化ビニル (PVC) で作られた硬いパイプの素材とは大きく異なります。 材料科学者は、ポリマーに柔軟性を持たせるために他のものをポリマーに加えることもあります。 それらは可塑剤と呼ばれます。 これらは個々のポリマー鎖間のスペースを占めます。 それらは分子スケールの潤滑剤のように機能すると考えてください。 個々のチェーンがより簡単に相互にスライドできるようになります。

多くのポリマーが老化すると、可塑剤が環境中に失われる可能性があります。 あるいは、老化したポリマーが環境中の他の化学物質と反応する可能性があります。 このような変化は、一部のプラスチックが最初は柔軟性があるのに、後に硬くなったり脆くなったりする理由を説明するのに役立ちます。

ポリマーには明確な長さはありません。 通常は結晶も形成しません。 最後に、通常、それらには明確な融点がなく、その融点を超えるとすぐに固体から液体のプールに変わります。 その代わり、プラスチックやポリマーで作られたその他の材料は、加熱すると徐々に軟化する傾向があります。

アミノ酸植物や動物の組織に自然に存在し、タンパク質の基本的な構成要素となる単純な分子。

解剖学 (形容詞: 解剖学的) 動物の臓器と組織の研究。 または、その構造や組織に基づいた身体または身体の一部の特徴付け。 この分野で働く科学者は解剖学者として知られています。

原子化学元素の基本単位。 原子は、正に荷電した陽子と荷電していない中性子を含む高密度の原子核で構成されています。 原子核は、負に帯電した電子の雲によって周回されています。

つなぐ (化学において) 分子内の原子 (または原子のグループ) 間の半永久的な結合。 それは、関与する原子間の引力によって形成されます。 結合すると、原子は 1 つのユニットとして機能します。 構成原子を分離するには、熱またはその他の種類の放射線としてエネルギーを分子に供給する必要があります。

炭素原子番号 6 を持つ化学元素。地球上のすべての生命の物理的基礎です。 炭素はグラファイトやダイヤモンドとして自由に存在します。 これは石炭、石灰石、石油の重要な部分であり、化学的に自己結合して膨大な数の化学的、生物学的、商業的に重要な分子を形成することができます。

細胞生物の最小の構造および機能単位。 通常、肉眼では見ることができないほど小さく、膜または壁で囲まれた水様の液体で構成されています。 動物はその大きさに応じて、数千から数兆の細胞で構成されています。 酵母、カビ、細菌、一部の藻類など、ほとんどの生物は 1 つの細胞のみで構成されています。

セルロース植物の細胞壁に含まれる繊維の一種。 それはグルコース分子の鎖によって形成されます。

化学薬品一定の割合と構造で結合（結合）した 2 つ以上の原子から形成される物質。 たとえば、水は 2 つの水素原子が 1 つの酸素原子と結合して生成される化学物質です。 その化学式はH2Oです。 化学的は、異なる化合物間のさまざまな反応の結果として生じる材料の特性を説明する形容詞としても使用できます。

化学結合結合した要素を単一のユニットとして機能させるのに十分な強さの原子間の引力。 引力の中には弱いものもあれば、非常に強いものもあります。 すべての結合は、電子の共有、または共有の試みを通じて原子を結びつけているように見えます。

成分何か他のものの一部であるもの (電子回路基板上の部品やクッキーのレシピに含まれる材料など)。

化合物 (化学物質の同義語としてよく使用されます) 化合物とは、2 つ以上の化学元素が一定の割合で結合 (結合) して形成される物質です。 たとえば、水は 2 つの水素原子が 1 つの酸素原子に結合してできた化合物です。 その化学記号はH2Oです。

結晶 (形容詞: 結晶質) 原子または分子の対称的で規則正しい三次元配置からなる固体。 これは、ほとんどの鉱物がとる組織化された構造です。 たとえば、アパタイトは六面体の結晶を形成します。 岩石を構成する鉱物の結晶は通常、小さすぎて肉眼で見ることができません。

溶かす固体を液体に変え、その出発液体の中に分散させること。 (たとえば、固体である砂糖や塩の結晶は水に溶けます。現在、結晶は消えており、溶液は液体の砂糖または塩が水に完全に分散した混合物になります。)

DNA (デオキシリボ核酸の略) ほとんどの生きた細胞内に存在し、遺伝的指示を伝える長い二本鎖のらせん状の分子。 それは、リン、酸素、炭素原子の骨格の上に構築されています。 植物や動物から微生物に至るまで、すべての生き物において、これらの指示は細胞にどの分子を作るべきかを伝えます。

要素 (化学において) 100 以上の物質のそれぞれの最小単位は 1 つの原子です。 例としては、水素、酸素、炭素、リチウム、ウランなどが挙げられます。

グルコース生物にとって重要なエネルギー源となる単糖類。 血流中を移動するエネルギー源として「血糖」と呼ばれます。 これは、食卓砂糖（スクロースとしても知られる）を構成する分子の半分です。

ケラチン髪や爪、皮膚などを構成するたんぱく質。

潤滑剤互いに接触する表面間の摩擦をカットするために使用される物質。

巨大分子 多数の原子を含む分子。 (接頭辞マクロはギリシャ語に由来し、「大きい」または「長い」を意味します。)天然タンパク質 (DNA など) や人工材料 (ナイロンやポリエステルなど) を含むポリマーは高分子の例です。

材料科学者材料の原子および分子構造がその全体的な特性にどのように関係するかを研究する人。 材料科学者は、新しい材料を設計したり、既存の材料を分析したりできます。 材料の全体的な特性 (密度、強度、融点など) を分析することは、エンジニアや他の研究者が新しい用途に最適な材料を選択するのに役立ちます。

分子可能な限り最小量の化合物を表す電気的に中性の原子団。 分子は、単一タイプの原子で構成される場合もあれば、異なるタイプの原子で構成される場合もあります。 たとえば、空気中の酸素は 2 つの酸素原子 (O2) で構成されていますが、水は 2 つの水素原子と 1 つの酸素原子 (H2O) で構成されています。

モノマー ポリマーとして知られる、より大きな分子の基本構成要素として使用される分子。 ギリシャ語から、モノマーは「一部」を意味します。 (ポリマーもギリシャ語で「多くの部分」を意味します。)

通信網相互に接続された人または物のグループ。

窒素地球の大気の約 78 パーセントを形成する、無色、無臭、非反応性のガス状元素。 その科学記号は N です。化石燃料が燃焼すると、窒素は窒素酸化物の形で放出されます。

ナイロンポリマーと呼ばれる、製造された長い分子から作られた絹のような素材。 これらは原子がつながった長い鎖です。

酸素地球の大気の約 21% を占めるガス。 すべての動物と多くの微生物は、成長 (および代謝) を促進するために酸素を必要とします。

ペンダント基 (化学において) ポリマー (鎖状分子の一種) の主要なリンクからぶら下がっている原子のグループ。 このような原子のペンダントグループ (およびポリマーに結合している可能性のある単一原子) は、ポリマーが環境内の他の物質とどのように相互作用するかを決定することがよくあります。

プラスチック容易に変形可能な一連の材料のいずれか。 または、軽量で安価で劣化しにくいポリマー（構成要素分子の長い紐）から作られた合成材料。

可塑剤特定の合成素材を柔らかくしたり柔軟にするために添加されるいくつかの化学物質。

ポリエステル主に布地を作るために使用される合成材料。 使用されている材料の実際の化学名はポリエチレンテレフタレートです。

ポリマー原子の繰り返しグループの長い鎖から作られる物質。 製造されるポリマーには、ナイロン、ポリ塩化ビニル (PVC としてよく知られています)、および多くの種類のプラスチックが含まれます。 天然ポリマーには、ゴム、シルク、セルロース (植物に含まれ、紙の製造に使用されるなど) が含まれます。

ポリ塩化ビニル (PVC) 熱を利用して液体樹脂を固体に変化させて形成されるプラスチック。 プラスチックは柔らかくて柔軟性のあるもの、または硬くて硬いものもあります。 原材料は主に塩素と炭素で構成されています。

タンパク質 1 つ以上のアミノ酸の長鎖から作られる化合物。 タンパク質はすべての生物にとって不可欠な部分です。 それらは生きた細胞、筋肉、組織の基礎を形成します。 彼らは細胞の内部でも働きます。 よく知られている独立したタンパク質には、感染症と闘おうとするヘモグロビン (血液中の) と抗体 (同じく血液中の) があります。 薬は多くの場合、タンパク質に吸着することで作用します。

抵抗(物理学において) 物理的な物質 (木のブロック、水の流れ、空気など) の自由な動きを妨げるもの。通常、その動きを妨げるために摩擦が生じるためです。

ケイ素電子回路の作成に使用される非金属の半導体要素。 純粋なシリコンは、光沢のある濃い灰色の結晶形および形のない粉末として存在します。

シリコーン窓周りや水槽の防水シールとなるゴム状素材など、さまざまな用途に使用できる耐熱性物質です。 一部のシリコーンは、車やトラックのグリース状の潤滑剤として機能します。 ポリマーとして知られる分子の一種であるほとんどのシリコーンは、ケイ素原子と酸素原子の長い鎖の周りに構築されています。

スターチすべての緑の植物から作られる柔らかい白い化学物質。 これは比較的長い分子で、多数の小さな同一の構成要素が結合して作られています。それらはすべて単糖であるグルコースです。 植物や動物はエネルギー源としてブドウ糖を使用します。 植物はそのグルコースをデンプンの形でエネルギーの予備供給源として蓄えます。 でんぷんを消費する動物は、でんぷんをグルコース分子に分解して、有用なエネルギーを抽出できます。

粘度流体の応力に対する耐性の尺度。 粘度は、液体の「濃さ」の概念に対応します。 たとえば、蜂蜜は非常に粘度が高いですが、水は比較的粘度が低いです。

シド・パーキンスは受賞歴のあるサイエンスライターで、妻、2匹の犬、3匹の猫とともにテネシー州クロスビルに住んでいます。 彼は料理と木工が好きで、ゴルフがもっと上手くなりたいと本気で思っています。

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