Polimer alami yang berasal dari tumbuhan dan hewan telah digunakan selama berabad-abad; bahan-bahan ini terdiri kayu, karet, kapas, wol, kulit, dan sutra. Polimer alami lainnya, seperti protein, enzim, pati, dan selulosa, juga penting dalam proses biologis dan fisiologis pada tumbuhan dan hewan. Penelitian ilmiah modern telah memungkinkan penentuan kelompok struktur molekul dan pengembangan berbagai polimer yang disintesis dari molekul organik kecil. Banyak dari plastik, karet, dan bahan serat kami yang berguna adalah sintetis polimer. Faktanya, sejak berakhirnya Perang Dunia II, bidang material telah hampir direvolusi oleh munculnya polimer sintetik. Sintetis dapat diproduksi murah, dan sifat-sifat mereka dapat dikelola sampai tingkat yang lebih unggul. Dalam beberapa aplikasi, bagian logam dan kayu telah diganti oleh plastik, yang memiliki sifat memuaskan dan dapat diproduksi dengan biaya lebih rendah.

Molekul Hidrokarbon

Sebagian besar polimer berasal dari organik hidrokarbon—yaitu terdiri dari hidrogen dan karbon. Lebih-lebih lagi, ikatan intramolekul adalah kovalen. Setiap atom karbon memiliki empat elektron yang dapat berpartisipasi dalam ikatan kovalen, sedangkan setiap atom hidrogen hanya memiliki satu ikatan elektron. Ikatan rangkap dua dan rangkap tiga antara dua atom karbon melibatkan penggunaan bersama dua dan masing-masing tiga pasang elektron. Misalnya, dalam etilen, yang memiliki bahan kimia rumus C₂H₄, kedua atom karbon terikat ganda bersama-sama, dan masing-masing juga tunggal terikat pada dua atom hidrogen.

Molekul Polimer

Molekul dalam polimer sangat besar dibandingkan dengan molekul hidrokarbon; karena ukurannya mereka sering disebut sebagai makromolekul. Dalam setiap molekul, atom-atom terikat bersama oleh ikatan interatomik kovalen. Untuk polimer rantai karbon, tulang punggung setiap rantai adalah untaian atom karbon. Banyak atom karbon berikatan tunggal dengan dua atom karbon yang berdekatan di kedua sisi, diwakili secara skematis dalam dua dimensi sebagai berikut:

Masing-masing dari dua elektron valensi yang tersisa untuk setiap atom karbon mungkin terlibat dalam ikatan samping dengan atom atau radikal yang diposisikan berdekatan dengan rantai. Tentu saja, ikatan rantai dan ganda juga dimungkinkan.

Molekul panjang ini terdiri dari wujud struktural yang disebut unit berulang, yang diulang secara berturut-turut di sepanjang rantai. Istilah monomer mengacu pada molekul kecil dari polimer disintesis. Oleh karena itu, monomer dan unit berulang berarti hal yang berbeda, tetapi kadang-kadang istilah monomer atau unit monomer digunakan sebagai pengganti istilah unit pengulangan yang lebih tepat.

Kimia Molekul Polimer

Pertimbangkan hidrokarbon etilen (C₂H₄),berada pada suhu kamar dan tekanan 1 atm dan memiliki struktur molekul berikut:

Jika gas etilen direaksikan dalam kondisi yang sesuai, akan berubah menjadi polietilen (PE), yang merupakan bahan polimer padat. Proses ini dimulai ketika pusat aktif dibentuk oleh reaksi antara inisiator atau spesies katalis (R.) dan monomer etilen, sebagai berikut:

Rantai polimer kemudian terbentuk dengan penambahan berurutan unit monomer ke molekul rantai yang tumbuh aktif. Site aktif, atau elektron tidak berpasangan (dilambangkan dengan ·), ditransfer ke setiap monomer ujung yang berurutan karena terkait dengan rantai. Hal ini digambarkan secara skema sebagai berikut:

n menandakan jumlah perulangan.

Tentu saja, struktur polimer dapat memiliki struktur kimia lain. Sebagai contoh, monomer tetrafluoroetilena, CF₂=CF₂, dapat berpolimerisasi untuk membentuk politetrafluoroetilena (PTFE) dan monomer vinil klorida (CH₂=CHCl) adalah varian kecil dari etilena, di mana salah satu dari empat atom H diganti dengan atom Cl.

Ketika semua unit berulang di sepanjang rantai memiliki tipe yang sama, hasil polimer disebut homopolimer. Rantai dapat terdiri dari dua atau lebih yang berbeda unit berulang, dalam apa yang disebut kopolimer.

Struktur Molekul

Tekink sintesis polimer modern memungkinkan kontrol yang cukup besar atas berbagai struktur. Bagian ini membahas beberapa struktur molekul terdiri linier, bercabang, terikat silang, dan jaringan, di samping berbagai konfigurasi isomer.

Linear

Polimer linier adalah polimer di mana unit berulang bergabung bersama dari ujung ke ujung dalam bentuk tunggal rantai. Rantai panjang ini fleksibel dan dapat dianggap sebagai massa “spageti”, di mana setiap lingkaran mewakili unit berulang. Untuk polimer linier, dapat terjadi ikatan van der Waals dan hidrogen yang luas antara rantai. Beberapa polimer umum yang terbentuk dengan struktur linier adalah polietilen, poli(vinil klorida), polistirena, poli(metil metakrilat), nilon, dan fluorokarbon.

Bercabang

Polimer dapat disintesis di mana rantai cabang samping terhubung ke rantai utama yang disebut polimer bercabang. Cabang-cabang, yang dianggap sebagai bagian dari molekul rantai utama, dihasilkan dari reaksi samping yang terjadi selama sintesis polimer. Kemasan rantai efisiensi berkurang dengan pembentukan cabang samping, yang menghasilkan penurunan kepadatan polimer. Polimer yang membentuk struktur linier juga dapat bercabang. Untuk misalnya, polietilen massa jenis tinggi (HDPE) terutama merupakan polimer linier, sedangkan polyethylene massa jenis rendah (LDPE) mengandung cabang rantai pendek.

Terikat Silang

Dalam polimer terikat silang, rantai linier yang berdekatan bergabung satu sama lain pada berbagai posisi oleh ikatan kovalen. Proses pengikatan silang dicapai baik selama sintesis atau dengan reaksi kimia nonreversible. Seringkali, ikatan silang dilakukan oleh atom atau molekul aditif yang terikat secara kovalen ke rantai. Banyak dari bahan karet elastis yang diikat silang; dalam karet, ini adalah disebut vulkanisasi.

Jaringan

Monomer multifungsi yang membentuk tiga atau lebih ikatan kovalen aktif membuat jaringan 3D dan disebut jaringan polimer. Sebenarnya, polimer yang sangat terikat silang juga dapat diklasifikasikan sebagai polimer jaringan. Bahan ini memiliki sifat mekanik dan termal yang khas; epoksi, poliuretan, dan fenol-formaldehida termasuk dalam kelompok ini.

Polimer biasanya tidak hanya dari satu jenis struktural yang khas. Misalnya, polimer yang dominan linier mungkin memiliki percabangan dan ikatan silang yang terbatas.