पॉलिमराइजेशन के प्रकार (मुक्त रेडिकल, आयनिक, संघनन)

पॉलिमर बड़े अणु होते हैं जो मोनोमर नामक दोहराने वाली संरचनात्मक इकाइयों से बने होते हैं। इन पॉलिमरों को मोनोमरों से बनाने की प्रक्रिया को पॉलिमराइजेशन कहा जाता है। रसायन विज्ञान में, पॉलिमराइजेशन के प्रकारों को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह विभिन्न गुणों वाली भिन्न प्रकार की सामग्री बनाने में मदद करता है। पॉलिमराइजेशन के प्राथमिक तरीकों में मुक्त रेडिकल पॉलिमराइजेशन, आयनिक पॉलिमराइजेशन, और संघनन पॉलिमराइजेशन शामिल हैं। यह व्याख्या इन प्रकारों में गहराई से जाएगी, उनके तंत्र का अन्वेषण करेगी और समझ को बढ़ाने के लिए दृश्य और पाठ उदाहरण प्रदान करेगी।

मुक्त रेडिकल पॉलिमराइजेशन

मुक्त रेडिकल पॉलिमराइजेशन पॉलिमराइजेशन के सबसे सामान्य प्रकारों में से एक है और इसे विभिन्न प्रकार के पॉलिमरों के संश्लेषण के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसमें मुक्त रेडिकल द्वारा आरंभ किया गया पॉलिमराइजेशन प्रक्रिया शामिल है। एक मुक्त रेडिकल एक अणु या परमाणु होता है जिसमें एक अपूर्ण इलेक्ट्रॉन होता है, जिससे यह अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है। यह प्रक्रिया तीन मुख्य चरणों में होती है: उद्भवन, प्रसारण, और समाप्ति।

उद्भवन

इस चरण में उन मुक्त रेडिकल का सृजन शामिल होता है जो पॉलिमराइजेशन प्रक्रिया को आरंभ कर सकते हैं। इसमें अक्सर पेरोक्साइड या एज़ो यौगिक के विघटन शामिल होता है, जिससे मुक्त रेडिकल उत्पन्न होते हैं। सामान्य प्रतिक्रिया को निम्नलिखित रूप में सरल किया जा सकता है:

ROOR' 🡪 2R•

उदाहरण के लिए, बेंज़ॉइल पेरोक्साइड एक सामान्य आरंभकर्ता है जो फिनाइल रेडिकल का निर्माण करने के लिए विघटित होता है:

(C₆H₅CO)₂O₂ 🡪 2C₆H₅CO•

प्रसारण

यहां आरंभ के दौरान उत्पन्न मुक्त रेडिकल मोनोमर के साथ प्रतिक्रिया करता है और एक नया रेडिकल बनाता है। यह नया रेडिकल फिर एक अन्य मोनोमर के साथ प्रतिक्रिया करता है, श्रृंखला प्रक्रिया जारी रखता है:

R• + CH₂=CH₂ 🡪 R-CH₂-CH₂•

यह प्रक्रिया जारी रहती है, पॉलिमर श्रृंखला बढ़ती जाती है और अधिक मोनोमर प्रतिक्रिया करते हैं:

R-CH₂-CH₂• + n(CH₂=CH₂) 🡪 R-[CH₂-CH₂]ₙ•

समापन

इस चरण में पॉलिमर श्रृंखला की वृद्धि रोक दी जाती है। समापन विभिन्न तंत्रों के माध्यम से हो सकता है जैसे संयोजन या असमानतामान। संयोजन में दो बढ़ती हुई पॉलिमर श्रृंखलाएं एक साथ जुड़ जाती हैं:

R-[CH₂-CH₂]ₙ• + R'-[CH₂-CH₂]ₘ• 🡪 R-[CH₂-CH₂]ₙ-R'

असमानतामान में एक रेडिकल से दूसरे रेडिकल तक हाइड्रोजन परमाणु का स्थानांतरण शामिल होता है:

R-[CH₂-CH₂]ₙ-H + R'-[CH₂-CH₂]ₘ• 🡪 R-[CH₂-CH₂]ₙ + R'-(CH₂=CH-)ₘH

आयनिक पॉलिमराइजेशन

आयनिक पॉलिमराइजेशन में आयनिक सक्रिय केंद्रों के माध्यम से पॉलिमर श्रृंखलाओं की वृद्धि शामिल होती है। इस प्रकार के पॉलिमराइजेशन को और अधिक किटोनिक और आनियोनिक पॉलिमराइजेशन में वर्गीकृत किया जाता है, जो उस आयन के प्रकार (कैटायन या ऐनायन) के आधार पर नामित होते हैं जो इस प्रक्रिया को सक्षम करता है।

काइशनिक पॉलिमराइजेशन

कैटायनिक पॉलिमराइजेशन एक एसिड द्वारा सूचित होता है, जो एक सकारात्मक आवेशित आयन बनाता है जो प्रतिक्रिया को आरंभ करता है। यह आम तौर पर इलेक्ट्रॉन-दान करने वाले समूहों को युक्त मोनोमरों के साथ अच्छा काम करता है।

उद्भवन

यह प्रक्रिया एक मोनोमर के साथ एसिड की प्रतिक्रिया के माध्यम से एक कार्बोकैशन के निर्माण के साथ शुरू होती है:

R-OH + H⁺ 🡪 R⁺ + H₂O

प्रसारण

कार्बोकैशन एक अन्य मोनोमर के साथ प्रतिक्रिया करता है जो एक नया कार्बोकैशन बनाता है, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करता है:

R⁺ + CH₂=CH-R' 🡪 R-CH₂-CH(R')⁺

समापन

समापन तब होता है जब कैटायनिक श्रृंखला को तटस्थ किया जाता है, आमतौर पर एक बेस या अन्य ऐनायन के साथ प्रतिक्रिया शामिल होती है:

R-CH₂-CH(R')⁺ + Base 🡪 R-CH₂-CH(R') + Base⁺

आनियॉनिक पॉलिमराइजेशन

आनियॉनिक पॉलिमराइजेशन में पॉलिमराइजेशन की प्रक्रिया को आरंभ करने के लिए नकारात्मक आवेश वाले आयनों का उपयोग शामिल होता है। यह विधि आमतौर पर इलेक्ट्रॉन-खींचने वाले समूहों को युक्त मोनोमरों के साथ अच्छी तरह से काम करती है।

उद्भवन

प्रारंभिक प्रक्रिया में अनायन, जो अक्सर एक मजबूत आधार या अर्गनोमेटैलिक यौगिक होता है, मोनोमर पर हमला करता है:

R⁻ + CH₂=CH-X 🡪 R-CH₂-CH(X)⁻

प्रसारण

एक बार जब आनायनिक केंद्र उत्पन्न होता है, तो यह अतिरिक्त मोनोमरों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है और लंबी पॉलिमर श्रृंखलाएं बना सकता है:

R-CH₂-CH(X)⁻ + n(CH₂=CH-X') 🡪 R-[CH₂-CH(X)]ⁿ-CH(X')⁻

प्रसारण तब तक जारी रहता है जब तक कि आनायनिक अंत प्रोटोनन या अन्य प्रतिक्रिया द्वारा निष्क्रिय न हो जाए:

R-[CH₂-CH(X)]ⁿ-CH(X')⁻ + H⁺ 🡪 R-[CH₂-CH(X)]ⁿ-CH(X')-H

संघनन पॉलिमराइजेशन

संघनन पॉलिमराइजेशन पिछले दो विधियों से भिन्न है क्योंकि इसमें मोनोमरों के बीच सहसंयोजी बंधों का निर्माण शामिल होता है, जिसमें छोटे अणुओं जैसे पानी या मेथेनॉल का हटाया जाना होता है। यह प्रकार का पॉलिमराइजेशन पॉलियस्टर और नायलॉन जैसी सामग्री के उत्पादन में सामान्य है।

तंत्र

इस प्रक्रिया में आमतौर पर दो भिन्न प्रकार के कार्यात्मक समूहों की प्रतिक्रिया शामिल होती है जो एक पॉलिमर बनाते हैं, जिसमें छोटे अणु एक उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, एक डाईएसीड और एक डाइऑल से पॉलियस्टर बनाने में निम्नलिखित प्रतिक्रिया शामिल होती है:

n HOOC-R-COOH + n HO-R'-OH 🡪 [OC-R-COO-R'-O]ₙ + 2n H₂O

उदाहरण: नायलॉन का निर्माण

नायलॉन का निर्माण डायमाइन और डाईएसिड की प्रतिक्रिया द्वारा किया जाता है। उदाहरण के लिए, नायलॉन 6,6 का निर्माण हेक्सामेथिलीनडायमाइन और ऐडिपिक एसिड द्वारा किया जाता है:

n H₂N-(CH₂)₆-NH₂ + n HOOC-(CH₂)₄-COOH 🡪 [NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₄-CO]ₙ + 2n H₂O

पॉलिमराइजेशन विधियों की तुलना

प्रत्येक पॉलिमराइजेशन विधि के अपने फायदे और अनुप्रयोग होते हैं, जो अंतिम पॉलिमर उत्पाद में आवश्यक गुणों पर निर्भर करते हैं।

मुक्त रेडिकल पॉलिमराइजेशन: यह मोनोमरों की व्यापक श्रृंखला के लिए उपयुक्त है और एक सरल सेटअप प्रदान करता है। यह विशेष रूप से विनाइल मोनोमरों के लिए उपयोगी है। इस प्रक्रिया को आसानी से शुरू और बंद किया जा सकता है, जिससे पॉलिमर के आणविक भार पर अच्छा नियंत्रण मिलता है।

आयनिक पॉलिमराइजेशन: यह आणविक भार वितरण पर अधिक नियंत्रण प्रदान करता है और ब्लॉक कोपॉलिमर बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, इसके लिए कठोर प्रतिक्रिया स्थिति की आवश्यकता होती है क्योंकि नमी या अशुद्धियों की उपस्थिति प्रतिक्रिया को बाधित कर सकती है।

संघनन पॉलिमराइजेशन: यह स्टेप-ग्रोथ पॉलिमर जैसे कि पॉलिएस्टर और पॉलीमाइड के उत्पादन के लिए आदर्श है। आमतौर पर उच्च तापमान और उच्च आणविक भार तक पहुंचने के लिए लंबा प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष

मुक्त रेडिकल, आयनिक, और संघनन पॉलिमराइजेशन को समझना रसायनज्ञों और सामग्री वैज्ञानिकों के लिए आवश्यक है। ये प्रक्रियाएं विभिन्न प्रकार के पॉलिमरों के संश्लेषण की अनुमति देती हैं, जिनमें से प्रतियेकी की विशिष्टताएं और अनुप्रयोग होते हैं। पॉलिमराइजेशन तकनीकों में प्रगति नए सामग्री का आविष्कार जारी रखती है जिनका व्यापक अनुप्रयोग होता है, जो दुनिया भर में उद्योगों को प्रभावित करते हैं।

शब्दकोश

• रेडिकल: एक अणु जिसमें एक अपूर्ण इलेक्ट्रॉन होता है, जिससे यह अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हो जाता है।
• कैटायन: एक सकारात्मक आवेशित आयन।
• ऐनायन: एक नकारात्मक आवेशित आयन।
• मोनोमर: एक अणु जो अन्य मोनोमर अणुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है और एक पॉलिमर बना सकता है।
• पॉलिमर: बड़े अणु जो दोहराई सबयूनिट्स, जिन्हें मोनोमर्स कहा जाता है, से बने होते हैं।

टिप्पणियाँ