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Nov 26, 2023

Explication : Que sont les polymères ?

Les polymères, qu'ils soient artificiels (comme le plastique illustré) ou naturels, sont constitués de

Les polymères, qu'ils soient artificiels (comme le plastique illustré) ou naturels, sont constitués de chaînes répétées d'unités chimiques plus petites. Ici, les atomes de carbone sont représentés en noir, l'oxygène en rouge et l'hydrogène en blanc.

Molécule/iStockphoto

Par Sid Perkins

13 octobre 2017 à 5h50

Les polymères sont partout. Regardes autour. Votre bouteille d'eau en plastique. Les embouts en caoutchouc de silicone sur les écouteurs de votre téléphone. Le nylon et le polyester dans votre veste ou vos baskets. Le caoutchouc des pneus de la voiture familiale. Maintenant, regardez-vous dans le miroir. De nombreuses protéines de votre corps sont également des polymères. Considérez la kératine (KAIR-uh-tin), la substance à partir de laquelle vos cheveux et vos ongles sont fabriqués. Même l'ADN de vos cellules est un polymère.

Par définition, les polymères sont de grosses molécules fabriquées en liant (liant chimiquement) une série de blocs de construction. Le mot polymère vient des mots grecs pour "plusieurs parties". Chacune de ces parties est appelée par les scientifiques un monomère (ce qui signifie en grec "une partie"). Considérez un polymère comme une chaîne, avec chacun de ses maillons un monomère. Ces monomères peuvent être simples - juste un atome ou deux ou trois - ou ils peuvent être des structures complexes en forme d'anneau contenant une douzaine d'atomes ou plus.

Dans un polymère artificiel, chacun des maillons de la chaîne sera souvent identique à ses voisins. Mais dans les protéines, l'ADN et d'autres polymères naturels, les maillons de la chaîne diffèrent souvent de leurs voisins.

Dans certains cas, les polymères forment des réseaux de ramification plutôt que des chaînes uniques. Quelle que soit leur forme, les molécules sont très grosses. Ils sont si gros, en fait, que les scientifiques les classent comme des macromolécules. Les chaînes polymères peuvent comprendre des centaines de milliers d'atomes, voire des millions. Plus une chaîne polymère est longue, plus elle sera lourde. Et, en général, des polymères plus longs donneront aux matériaux fabriqués à partir d'eux une température de fusion et d'ébullition plus élevée. De plus, plus une chaîne polymère est longue, plus sa viscosité (ou sa résistance à l'écoulement sous forme liquide) est élevée. La raison : Ils ont une plus grande surface, ce qui leur donne envie de coller aux molécules voisines.

La laine, le coton et la soie sont des matériaux naturels à base de polymères utilisés depuis l'Antiquité. La cellulose, principal composant du bois et du papier, est également un polymère naturel. D'autres incluent les molécules d'amidon fabriquées par les plantes. [Voici un fait intéressant : la cellulose et l'amidon sont fabriqués à partir du même monomère, le sucre glucose. Pourtant, ils ont des propriétés très différentes. L'amidon se dissout dans l'eau et peut être digéré. Mais la cellulose ne se dissout pas et ne peut pas être digérée par les humains. La seule différence entre ces deux polymères est la façon dont les monomères de glucose ont été liés ensemble.]

Les êtres vivants fabriquent des protéines - un type particulier de polymère - à partir de monomères appelés acides aminés. Bien que les scientifiques aient découvert quelque 500 acides aminés différents, les animaux et les plantes n'en utilisent que 20 pour construire leurs protéines.

En laboratoire, les chimistes disposent de nombreuses options lorsqu'ils conçoivent et construisent des polymères. Ils peuvent construire des polymères artificiels à partir d'ingrédients naturels. Ou ils peuvent utiliser des acides aminés pour construire des protéines artificielles différentes de celles fabriquées par Mère Nature. Le plus souvent, les chimistes créent des polymères à partir de composés fabriqués en laboratoire.

Les structures polymères peuvent avoir deux composants différents. Tout commence par une chaîne de base de liens chimiquement liés. Ceci est parfois appelé son épine dorsale. Certains peuvent également avoir des parties secondaires qui pendent de certains (ou de tous) des maillons de la chaîne. L'une de ces pièces jointes peut être aussi simple qu'un seul atome. D'autres peuvent être plus complexes et appelés groupes pendants. C'est parce que ces groupes sont suspendus à la chaîne principale du polymère, tout comme des breloques individuelles sont suspendues à la chaîne d'un bracelet à breloques. Parce qu'ils sont plus exposés à l'environnement que les atomes qui composent la chaîne elle-même, ces "charmes" déterminent souvent la façon dont un polymère interagit avec lui-même et avec d'autres éléments de l'environnement.

Parfois, des groupes pendants, au lieu de pendre librement d'une chaîne polymère, relient en fait deux chaînes ensemble. (Pensez à cela comme ressemblant à un barreau qui s'étend entre les pieds d'une échelle.) Les chimistes appellent ces liens des liens croisés. Ils ont tendance à renforcer un matériau (tel qu'un plastique) fabriqué à partir de ce polymère. Ils rendent également le polymère plus dur et plus difficile à fondre. Cependant, plus les réticulations sont longues, plus un matériau devient flexible.

Une liaison chimique est ce qui maintient les atomes ensemble dans une molécule et certains cristaux. En théorie, tout atome qui peut former deux liaisons chimiques peut former une chaîne ; c'est comme avoir besoin de deux mains pour se lier à d'autres personnes pour former un cercle. (L'hydrogène ne fonctionnerait pas car il ne peut former qu'une seule liaison.)

Mais les atomes qui ne forment généralement que deux liaisons chimiques, comme l'oxygène, ne forment pas souvent de longues chaînes de type polymère. Pourquoi? Une fois que l'oxygène forme deux liaisons, il devient stable. Cela signifie que ses deux "mains tendues" sont déjà prises. Aucun n'est laissé pour tenir un groupe de pendentifs. Étant donné que de nombreux atomes faisant partie du squelette d'un polymère ont généralement au moins un groupe pendant, les éléments qui apparaissent généralement dans la chaîne polymère sont ceux qui deviennent stables avec quatre liaisons, comme le carbone et le silicium.

Certains polymères sont flexibles. D'autres sont très raides. Pensez aux nombreux types de plastiques : le matériau d'une bouteille de soda flexible est très différent de celui d'un tuyau rigide en polychlorure de vinyle (PVC). Parfois, les scientifiques des matériaux ajoutent d'autres éléments à leurs polymères pour les rendre flexibles. On les appelle des plastifiants. Ceux-ci occupent de l'espace entre les chaînes polymères individuelles. Considérez-les comme agissant comme un lubrifiant à l'échelle moléculaire. Ils laissent les chaînes individuelles glisser les unes sur les autres plus facilement.

Au fur et à mesure que de nombreux polymères vieillissent, ils peuvent perdre des plastifiants dans l'environnement. Ou bien, les polymères vieillissants peuvent réagir avec d'autres produits chimiques dans l'environnement. De tels changements aident à expliquer pourquoi certains plastiques sont flexibles au départ mais deviennent plus tard rigides ou cassants.

Les polymères n'ont pas de longueur définie. Ils ne forment généralement pas de cristaux non plus. Enfin, ils n'ont généralement pas de point de fusion défini, auquel ils passent immédiatement d'un solide à un bain de liquide. Au lieu de cela, les plastiques et autres matériaux fabriqués à partir de polymères ont tendance à se ramollir progressivement à mesure qu'ils chauffent.

acides aminésMolécules simples présentes naturellement dans les tissus végétaux et animaux et qui sont les éléments de base des protéines.

anatomie (adj. anatomique) L'étude des organes et des tissus des animaux. Ou la caractérisation du corps ou des parties du corps sur la base de sa structure et de ses tissus. Les scientifiques qui travaillent dans ce domaine sont appelés anatomistes.

atome Unité de base d'un élément chimique. Les atomes sont constitués d'un noyau dense qui contient des protons chargés positivement et des neutrons non chargés. Le noyau est mis en orbite par un nuage d'électrons chargés négativement.

lier (en chimie) Un attachement semi-permanent entre les atomes - ou groupes d'atomes - dans une molécule. Il est formé par une force d'attraction entre les atomes participants. Une fois liés, les atomes fonctionneront comme une unité. Pour séparer les atomes composants, l'énergie doit être fournie à la molécule sous forme de chaleur ou d'un autre type de rayonnement.

carbone L'élément chimique ayant le numéro atomique 6. C'est la base physique de toute vie sur Terre. Le carbone existe librement sous forme de graphite et de diamant. C'est une partie importante du charbon, du calcaire et du pétrole, et il est capable de s'auto-lier, chimiquement, pour former un nombre énorme de molécules chimiquement, biologiquement et commercialement importantes.

cellule La plus petite unité structurelle et fonctionnelle d'un organisme. Généralement trop petit pour être vu à l'œil nu, il consiste en un liquide aqueux entouré d'une membrane ou d'une paroi. Selon leur taille, les animaux sont constitués de milliers à des milliards de cellules. La plupart des organismes, comme les levures, les moisissures, les bactéries et certaines algues, sont composés d'une seule cellule.

cellulose Type de fibre que l'on trouve dans les parois des cellules végétales. Il est formé de chaînes de molécules de glucose.

chimique Une substance formée de deux atomes ou plus qui s'unissent (se lient) dans une proportion et une structure fixes. Par exemple, l'eau est un produit chimique créé lorsque deux atomes d'hydrogène se lient à un atome d'oxygène. Sa formule chimique est H2O. Chimique peut également être un adjectif pour décrire les propriétés des matériaux qui sont le résultat de diverses réactions entre différents composés.

liaisons chimiques Forces d'attraction entre les atomes suffisamment puissantes pour faire fonctionner les éléments liés comme une seule unité. Certaines des forces attractives sont faibles, d'autres sont très fortes. Toutes les liaisons semblent relier les atomes par un partage - ou une tentative de partage - d'électrons.

composantQuelque chose qui fait partie de quelque chose d'autre (comme des pièces qui vont sur une carte de circuit électronique ou des ingrédients qui entrent dans une recette de biscuits).

composé (souvent utilisé comme synonyme de produit chimique) Un composé est une substance formée lorsque deux éléments chimiques ou plus s'unissent (se lient) dans des proportions fixes. Par exemple, l'eau est un composé composé de deux atomes d'hydrogène liés à un atome d'oxygène. Son symbole chimique est H2O.

cristal (adj. cristallin) Solide constitué d'un arrangement symétrique, ordonné et tridimensionnel d'atomes ou de molécules. C'est la structure organisée prise par la plupart des minéraux. L'apatite, par exemple, forme des cristaux à six côtés. Les cristaux minéraux qui composent la roche sont généralement trop petits pour être vus à l'œil nu.

dissoudre Transformer un solide en liquide et le disperser dans ce liquide de départ. (Par exemple, les cristaux de sucre ou de sel, qui sont des solides, se dissolvent dans l'eau. Maintenant, les cristaux ont disparu et la solution est un mélange entièrement dispersé de la forme liquide du sucre ou du sel dans l'eau.)

ADN (abréviation d'acide désoxyribonucléique) Une longue molécule à double brin et en forme de spirale à l'intérieur de la plupart des cellules vivantes qui porte des instructions génétiques. Il est construit sur une colonne vertébrale d'atomes de phosphore, d'oxygène et de carbone. Dans tous les êtres vivants, des plantes et des animaux aux microbes, ces instructions indiquent aux cellules quelles molécules fabriquer.

élément (en chimie) Chacune de plus de cent substances pour lesquelles la plus petite unité de chacune est un atome unique. Les exemples incluent l'hydrogène, l'oxygène, le carbone, le lithium et l'uranium.

glucose Un sucre simple qui est une source d'énergie importante pour les organismes vivants. En tant que source d'énergie circulant dans la circulation sanguine, on l'appelle « sucre dans le sang ». C'est la moitié de la molécule qui compose le sucre de table (également appelé saccharose).

kératineUne protéine qui compose vos cheveux, vos ongles et votre peau.

lubrifiantSubstance utilisée pour réduire la friction entre les surfaces qui sont en contact les unes avec les autres.

macromolécule Molécule qui contient un grand nombre d'atomes. (Le préfixe macro vient du grec et signifie "grand" ou "long".) Les polymères, y compris les protéines naturelles (comme l'ADN) et les matériaux artificiels (comme le nylon et le polyester), sont des exemples de macromolécules.

scientifique des matériaux Quelqu'un qui étudie les liens entre la structure atomique et moléculaire d'un matériau et ses propriétés globales. Les scientifiques des matériaux peuvent concevoir de nouveaux matériaux ou analyser ceux qui existent déjà. Leurs analyses des propriétés globales d'un matériau (telles que la densité, la résistance et le point de fusion) peuvent aider les ingénieurs et autres chercheurs à sélectionner les matériaux les mieux adaptés à une nouvelle application.

molécule Un groupe d'atomes électriquement neutres qui représente la plus petite quantité possible d'un composé chimique. Les molécules peuvent être constituées d'un seul type d'atomes ou de différents types. Par exemple, l'oxygène de l'air est composé de deux atomes d'oxygène (O2), mais l'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène (H2O).

monomère Molécule utilisée comme élément de base d'une molécule plus grande, connue sous le nom de polymères. De la langue grecque, monomère signifie "une partie". (Polymère, également du grec, signifie "plusieurs parties".)

réseauUn groupe de personnes ou de choses interconnectées.

azote Un élément gazeux incolore, inodore et non réactif qui forme environ 78 % de l'atmosphère terrestre. Son symbole scientifique est N. L'azote est libéré sous forme d'oxydes d'azote lorsque les combustibles fossiles brûlent.

nylon Un matériau soyeux fabriqué à partir de longues molécules manufacturées appelées polymères. Ce sont de longues chaînes d'atomes liés entre eux.

oxygène Un gaz qui représente environ 21 % de l'atmosphère terrestre. Tous les animaux et de nombreux micro-organismes ont besoin d'oxygène pour alimenter leur croissance (et leur métabolisme).

groupe pendant (en chimie) Un groupe d'atomes qui pendent des maillons principaux d'un polymère (un type de molécule en forme de chaîne). Ces groupes d'atomes pendants (ainsi que tout atome unique qui pourrait être attaché à un polymère) déterminent souvent la façon dont le polymère interagit avec d'autres substances dans son environnement.

Plastique N'importe lequel d'une série de matériaux facilement déformables ; ou des matériaux synthétiques fabriqués à partir de polymères (longues chaînes d'une molécule de base) qui ont tendance à être légers, peu coûteux et résistants à la dégradation.

plastifiantN'importe lequel de plusieurs produits chimiques ajoutés à certains matériaux synthétiques pour les rendre doux et/ou malléables.

polyester Matériau synthétique utilisé principalement pour fabriquer des tissus. Le nom chimique réel du matériau utilisé est le polyéthylène téréphtalate.

polymère Une substance constituée de longues chaînes de groupes d'atomes répétés. Les polymères manufacturés comprennent le nylon, le chlorure de polyvinyle (mieux connu sous le nom de PVC) et de nombreux types de plastiques. Les polymères naturels comprennent le caoutchouc, la soie et la cellulose (présents dans les plantes et utilisés pour fabriquer du papier, par exemple).

chlorure de polyvinyle (PVC) Un plastique formé en utilisant la chaleur pour transformer une résine liquide en un solide. Le plastique peut être souple et flexible ou rigide et dur. Les matières premières sont principalement constituées de chlore et de carbone.

protéine Composé composé d'une ou plusieurs longues chaînes d'acides aminés. Les protéines sont une partie essentielle de tous les organismes vivants. Ils forment la base des cellules vivantes, des muscles et des tissus ; ils font aussi le travail à l'intérieur des cellules. Parmi les protéines autonomes les plus connues figurent l'hémoglobine (dans le sang) et les anticorps (également dans le sang) qui tentent de combattre les infections. Les médicaments agissent souvent en s'accrochant aux protéines.

résistance(en physique) Quelque chose qui empêche un matériau physique (comme un bloc de bois, un écoulement d'eau ou d'air) de se déplacer librement, généralement parce qu'il fournit une friction pour empêcher son mouvement.

silicium Élément semi-conducteur non métallique utilisé dans la fabrication de circuits électroniques. Le silicium pur existe sous une forme cristalline brillante, gris foncé et sous forme de poudre informe.

silicone Substances résistantes à la chaleur qui peuvent être utilisées de différentes manières, y compris les matériaux caoutchouteux qui assurent un joint étanche autour des fenêtres et dans les aquariums. Certains silicones servent de lubrifiants ressemblant à de la graisse dans les voitures et les camions. La plupart des silicones, un type de molécule connu sous le nom de polymère, sont construits autour de longues chaînes d'atomes de silicium et d'oxygène.

amidon Un produit chimique blanc doux fabriqué par toutes les plantes vertes. Il s'agit d'une molécule relativement longue constituée d'un ensemble de blocs de construction plus petits et identiques, tous constitués de glucose, un sucre simple. Les plantes et les animaux utilisent le glucose comme source d'énergie. Les plantes stockent ce glucose, sous forme d'amidon, comme réserve d'énergie. Les animaux qui consomment de l'amidon peuvent décomposer l'amidon en molécules de glucose pour extraire l'énergie utile.

viscosité La mesure de la résistance d'un fluide au stress. La viscosité correspond à l'idée de "l'épaisseur" d'un liquide. Le miel est très visqueux, par exemple, tandis que l'eau a une viscosité relativement faible.

Sid Perkins est un écrivain scientifique primé qui vit à Crossville, dans le Tennessee, avec sa femme, deux chiens et trois chats. Il aime cuisiner et travailler le bois, et il veut vraiment, vraiment s'améliorer au golf.

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Note de lisibilité : 7,8

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