Les polymères sont des molécules constituées d’une longue chaîne répétitive d’unités plus petites appelées monomères. Ils ont le poids moléculaire le plus élevé parmi toutes les molécules et peuvent être constitués de milliards d’atomes. L’ADN humain est un polymère avec plus de 20 milliards d’atomes constitutifs. Les protéines, constituées d’acides aminés, et de nombreuses autres molécules qui composent la vie sont des polymères. Ils constituent la classe de molécules connues la plus grande et la plus diversifiée et incluent même les plastiques.
Les monomères sont généralement des molécules d’une taille d’environ 4 à 10 atomes et sont réactifs en ce sens qu’ils se lient facilement à d’autres monomères dans un processus appelé polymérisation. Les polymères et leurs procédés de polymérisation sont si divers qu’il existe une variété de systèmes différents pour les classer. Un type majeur est la polymérisation par condensation, où les molécules en réaction libèrent de l’eau en tant que sous-produit. C’est le moyen par lequel toutes les protéines sont formées.
Les polymères ne sont pas toujours des chaînes droites de monomères répétitifs réguliers ; parfois, ils se composent de chaînes de longueur variable, ou même de chaînes qui se ramifient dans plusieurs directions. Les monomères résiduels se trouvent souvent avec les polymères qu’ils créent, conférant aux molécules des propriétés supplémentaires. Amener les monomères à se lier dans certaines configurations nécessite une variété de catalyseurs – des molécules secondaires qui accélèrent les temps de réaction. Les catalyseurs sont à la base de la plupart des productions de polymères synthétiques.
Dans la copolymérisation, des chaînes sont formées qui contiennent deux ou plusieurs monomères différents. Les polymères plus gros et plus complexes ont tendance à avoir des points de fusion et des résistances à la traction plus élevés que les autres, en raison de la richesse des forces intermoléculaires agissant entre leurs constituants. Certaines molécules étant si complexes qu’elles ne peuvent pas être facilement identifiées, des techniques telles que la diffusion des rayons X aux grands angles, la diffusion des rayons X aux petits angles et la diffusion des neutrons aux petits angles sont utilisées.
La plupart des polymères sont organiques et utilisent des liaisons carbone comme squelette. D’autres utilisent du silicium. En raison de leur grande diversité, il en reste encore beaucoup à découvrir, offrant un champ fertile pour la recherche et le développement ultérieurs.