T1.3 Kæmpemolekyler og nylon
I dag er det almindelig viden, at plast består af lange kæder af atomer. For hundrede år siden var det en vild påstand, som de fleste kemikere ikke troede på, og det tog en lang strid, før den blev godtaget. Bagefter gik det stærkt, og i løbet af 30 år kom de fleste af de slags plast, vi bruger i dag.
Siden bygger på elektronparbindinger fra afsnit 3.1, kogepunkt og kædelængde fra afsnit 6.1 og polymerer fra afsnit 6.4.
Klumper af små molekyler?
De første slags plast blev fundet ved at prøve sig frem, for ingen vidste, hvordan molekylerne i gummi, cellulose og bakelit var bygget. De fleste kemikere mente, at store molekyler ikke kunne holde sammen, på samme måde som meget store atomkerner er ustabile og falder fra hinanden. De forestillede sig i stedet, at gummi og cellulose bestod af mange små molekyler, som klumpede sig sammen til små kugler, der kaldes miceller.
Micelleteorien passede godt med de første målinger på naturgummi og nitrocellulose, og derfor var den den almindelige forklaring helt op i 1920’erne.
Staudingers kæmpemolekyler
I 1920 påstod den tyske kemiker Hermann Staudinger, at gummi og cellulose i stedet består af kæmpestore molekyler, hvor tusindvis af atomer er bundet sammen med almindelige elektronparbindinger. Han kaldte dem makromolekyler, som betyder store molekyler.
Påstanden gav en ophedet strid. Ifølge Staudingers egne erindringer skrev en kendt kollega til ham, at han skulle opgive tanken om de store molekyler, for organiske molekyler med en molarmasse over 5000 g/mol fandtes ikke. Staudinger blev ved, og i løbet af 1930’erne viste nye målinger, at han havde ret. I 1953 fik han Nobelprisen i kemi.
Makromolekylerne forklarer også, hvorfor plast er fast. Du har lært i afsnit 6.1, at kogepunktet stiger med kædens længde, og det samme gælder smeltepunktet:
| Stof | Carbonatomer i kæden | Smeltepunkt | Kogepunkt | Ved stuetemperatur |
|---|---|---|---|---|
| methan | 1 | −182 °C | −162 °C | gas |
| octan | 8 | −57 °C | 126 °C | væske |
| eicosan | 20 | 37 °C | 343 °C | fast voks |
| polyethen | flere tusinde | 105 til 140 °C | koger ikke, men nedbrydes | fast plast |
Først når kæden har flere hundrede carbonatomer, er stoffet en fast plast. Kæderne i polyethen holder så godt fast i hinanden, at bindingerne inde i kæden bliver brudt, før kæderne kan slippe hinanden, så polyethen koger aldrig.
Carothers og nylon
Da kemikerne vidste, at plast består af lange kæder, kunne de begynde at bygge nye kæder med vilje. Det amerikanske kemifirma DuPont ansatte i 1928 den unge kemiker Wallace Carothers til at forske i lange molekyler. Hans gruppe lavede i 1930 neopren, som er et syntetisk gummi, der i dag bruges til våddragter, og i 1935 nylon, som skulle afløse silke. Carothers’ forsøg var også med til at vise, at Staudinger havde ret.
Carothers led af depression og døde i 1937, kun 41 år gammel, før nylon for alvor slog igennem. Da de første nylonstrømper kom i butikkerne i 1940, blev der solgt millioner af par på få dage, og under 2. verdenskrig blev nylon brugt til faldskærme. Nylon og polyester bliver dannet på en anden måde end polyethen, og det kan du læse om i T4.1 i bogen til B-niveau.
I de samme år kom mange andre slags plast frem:
| Plast | Forkortelse | Kom frem i | Bruges i dag til |
|---|---|---|---|
| polyvinylchlorid | PVC | 1920’erne | rør, kabler og gulve |
| polystyren | PS | 1930’erne | flamingo og engangsbestik |
| plexiglas | PMMA | 1930’erne | vinduer i fly og akvarier |
| polyethen | PE | 1930’erne | poser, flasker og legetøj |
| nylon | PA | 1930’erne | tøj, strømper og tandbørster |
| polyurethan | PUR | 1930’erne | skumgummi i madrasser og isolering |
| polyester | PET | 1940’erne | sodavandsflasker og fleece |
| polypropen | PP | 1950’erne | madkasser, låg og tovværk |
Flere slags monomerer i samme kæde
En polymer kan også være bygget af to eller tre forskellige monomerer, og så kaldes den en copolymer. Hver monomer giver plasten sine egne egenskaber, så kemikerne kan blande sig frem til den plast, de har brug for.
LEGO-klodser er lavet af copolymeren ABS, som er bygget af de tre monomerer acrylonitril, butadien og styren. Styren gør plasten hård og blank, mens butadien er en slags gummi, som gør plasten sej, så klodserne ikke revner. Mange bildæk er lavet af en anden copolymer af styren og butadien.