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8 DE MARZO¨
QUÍMICA
Docente: SAMUEL MORA.
FECHA: 21/03/2018 Nombre: Washington
plúas
BLOG GENERAL DE QUÍMICA
Trabajo
del parcial
Tema: los polímeros, estructura,
clasificación, usos en la industria, propiedades y problemática ambiental.
Los
polímeros
Los
polímeros son macromoléculas
(generalmente orgánicas) formadas por la unión mediante enlaces covalentes de
una o más unidades simples llamadas monómeros. Estos forman largas cadenas que
se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o
interacciones hidrofóbicas. Los polímeros tienen elevadas masas moleculares,
que pueden alcanzar incluso millones de UMAs.
El
almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales y el
nailon, el polietileno y la baquelita de polímeros sintéticos.
Por
otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de
monómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor
tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace
entre átomos de distintas cadenas.
La
naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades
físicas, así como la estructura que presentan, determinan diferentes
características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta
entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no presentara
ninguno.
Los
enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso
dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser:
atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden
alternante) a esta conformación se la llama tacticidad. Las propiedades de un
polímero pueden verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica.
En
el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina
homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o
heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene
de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno
y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.
En
los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras,
particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de
forma aleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o en
los poli nucleótidos de los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano
o en algunos polisacáridos.
Los
monómeros que conforman la cadena de un copolímero se pueden ubicar en la
cadena principal alternándose según diversos patrones, denominándose copolímero
alternante, copolímero en bloque, copolímero aleatorio, copolímero de injerto.
Para lograr este diseño, la reacción de polimerización y los catalizadores
deben ser los adecuados.
Estructura de polímeros
Los polímeros fueron clasificados
originalmente por Carothers en polímeros de condensación y adición, basándose
en la diferencia de composición entre el polímero y los monómeros de los cuales
fue sintetizado. Los polímeros de condensación eran esos polímeros que fueron
formados de monómeros polifuncionales por las diversas reacciones de
condensación de química orgánica con la eliminación de algunas pequeñas
moléculas como el agua.
Un ejemplo de un polímero de condensación es
la formación de las poliamidas de diaminas y diácidos con la eliminación de
agua, de acuerdo a:
Reacción 1.
Donde R y R’ son grupos aromáticos o
alifáticos. La unidad en paréntesis en la fórmula de la poliamida se repite
varias veces en la cadena polimérica y es denominada la unidad de repetición.
La composición elemental de la unidad de repetición difiere de los dos
monómeros por los elementos del agua. La poliamida sintetizada del
hexametilendiamina, R = (CH2)6, y el ácido adípico, R’ = (CH2)4, es la fibra y
plástico usada ampliamente, conocida comúnmente como nylon 6/6 o poli (hexametilendipamida).
Otros ejemplos de polímeros de condensación son los poliésteres formados de
diácidos y dioles con la eliminación de agua y el policarbonato de la reacción
de un dihidróxido aromático reactivo y fosgeno con la eliminación de ácido
clorhídrico.
Los polímeros de condensación comunes y las
reacciones por las cuales se forman se muestran en la Tabla 1-1. Es importante
notar en esta tabla que para muchos de los polímeros de condensación hay
diferentes combinaciones de reactivos que pueden emplearse para su síntesis. En
consecuencia, las poliamidas pueden sintetizarse por las reacciones de diaminas
con diácidos o cioruros de diacilo y por auto condensación de aminoácidos. De
forma similar, los poliésteres pueden ser sintetizados de dioles por esterificación
con diácidos o intercambio de ésteres con diésteres.
Tabla 1. Típicos Polímeros de Condensación
Algunos polímeros que se presentan en forma
natural como la celulosa, almidón, lana y seda, son clasificados como polímeros
de condensación, dado que cada uno puede postular si síntesis desde ciertos
reactivos hipotéticos por la eliminación de agua. Así, la celulosa puede ser
considerada como el poliéster formado por la deshidratación de la glucosa.
Carothers incluyó esos polímeros definiendo los polímeros de condensación como
aquellos en los cuales la fórmula de la unidad de repetición carece de ciertos
átomos que están presentes en el (los) monómero (s) del (de los) que estén
formados o de los cuales se degradó. En este sentido, la celulosa es considerada
un polímero de condensación, dado que su hidrólisis produce glucosa, la cual
contiene la unidad de repetición de la celulosa más los elementos del agua.
Los polímeros de adición fueron clasificados
por Carothers como aquellos formados de la adición de monómeros sin la pérdida
de una pequeña molécula. A diferencia de los polímeros de condensación, la
unidad de repetición de un polímero de adición tiene la misma composición que
el monómero. Los mayores polímeros de adición son aquellos formados por la
polimerización de monómeros conteniendo el doble enlace carbón-carbón. Esos
monómeros son conocidos como monómeros de vinil (Aunque el término vinil,
estrictamente hablando, se refiere al grupo CH2=CH- adjunto a algún
sustituyente. También se les denomina substitutos de etilenos). Los monómeros
de vinil pueden hacerse para reaccionar consigo mismos para formar polímeros
por la conversión de su doble enlace en enlaces saturados, por ejemplo
Clasificación de los polímeros
La
diversidad de aplicaciones de los polímeros se debe a la gran variedad de
características y propiedades que estos poseen, debido a su estructura.
Según
su forma:
Si
tomamos en cuenta la forma del polímero, estos se pueden clasificar en
polímeros lineales y polímeros ramificados.
a)
Los polímeros lineales se origina cuando el monómero que lo forma tiene dos
puntos de ataque, de modo que el polímero se forma unidireccionalmente,
formando cadenas lineales
b)
Los polímeros ramificados se forman porque el monómero posee tres o más puntos
de ataque, de modo que la polimerización ocurre tridimensionalmente, es decir,
en las tres direcciones del espacio. En base a esto es que podemos encontrar
variadas formas:
polimeros_2.jpg
(600×551)
La
variedad de disposiciones estructurales en los polímeros permiten que estos
cuenten con características diversas; de esta manera podemos encontrar que los
polímeros lineales son materiales blandos y moldeables, mientras que los
polímeros ramificados serán frágiles y rígidos.
Formación de polímeros
Los polímeros se forman a través de un
proceso denominado polimerización,
en donde un grupo de monómeros va formando largas cadenas, utilizando calor,
luz o algún catalizador.
Este proceso se puede llevar a cabo de dos
maneras: a través de un proceso
de adición o de un proceso de condensación.
Polimerización por adición:
En este tipo de polimerización, todos los
monómeros pasan a formar parte del polímero. El monómero presenta uno o más
enlaces dobles o triples, que se transforman en enlaces sencillos durante el
proceso de polimerización.
Tiene tres etapas que son la
iniciación, la propagación y la terminación:
- En
la iniciación, participa una molécula denominada
iniciador, que comienza el proceso rompiendo el doble o triple enlace de un
monómero para unirse a otro.
- En
la propagación, la cadena comienza a hacerse cada vez más
grande, por repetición del monómero.
- Y finalmente, en la terminación la
cadena deja de crecer, pues, se interrumpe el proceso por la falta de
monómeros.
Ejemplos de polímeros que se forman a través
de una polimerización por adición son el polipropileno y el poliestireno, cuya
reacción de reacción se muestra a continuación:
En resumen: Un
polímero se denomina de adición cuando la unión sucesiva de las moléculas del
monómero no saturado origina como único producto el polímero.
Polimerización por condensación:
En los polímeros formados por condensación,
los monómeros que intervienen tienen más de un grupo funcional, que es capaz de
reaccionar con el grupo funcional de otro monómero.
En este tipo de reacción, por cada
nuevo enlace que se forma entre los monómeros se libera una molécula más pequeña.
El polietilentereftalato, el poliéster y el
nylon son ejemplos de polímeros que se forman por este proceso. A continuación
la reacción que da origen al poliéster:
En resumen: Un
polímero se denomina de condensación cuando la unión de varias moléculas del
monómero produce, además del polímero, agua, etanol u otras moléculas pequeñas.
Según
la forma de la cadena polimérica
De acuerdo a la forma de las cadenas macromoleculares los polímeros
pueden ser:
Lineales: no tienen ramificaciones.
Ramificados: todas las moléculas tienen
ramificaciones (pequeñas cadenas laterales).
Entrecruzados: los polímeros poseen estructura
tridimensional, donde las cadenas están unidas unas a otras por enlaces
laterales
Usos en la industria
Los
polímeros son agrupaciones de grandes cantidades encadenadas de moléculas o
monómeros, que son los constituyentes más pequeños que conforman numerosos
materiales usados cotidianamente, así como de los propios seres vivos. Una de
las características más notables de los polímeros es su diversidad de
comportamientos, lo que afecta a las aplicaciones prácticas de los productos a
los que se incorporan.
El
comportamiento de los polímeros influye en diferentes propiedades de los
materiales, tales como su estabilidad, su flexibilidad, su textura… lo que hace
necesario realizar una caracterización de los mismos, a objeto de que los
fabricantes de distintos tipos de materiales conozcan si los productos
generados cuentan con las características deseadas. Para ayudar a las empresas
en este objetivo, el grupo de investigación cuenta con la tecnología adecuada y
los conocimientos técnicos necesarios para llevarlo a cabo.
En
el marco de esta oferta se abren dos posibles líneas de colaboración con las
empresas:
1.
Predecir a priori si un determinado producto va a tener el comportamiento
deseado (en cuanto a estabilidad, flexibilidad, textura, viscosidad, etc.)
mediante la caracterización del mismo, evitando los costes que puede suponer
tener que reformular la configuración de los materiales a posteriori, por no
haber realizado dicha caracterización.
2.
Analizar los productos recibidos por parte de las empresas para determinar las
propiedades de los mismos. En caso de que el producto no cumpla las exigencias
del fabricante, se investiga a nivel molecular las causas que lo impiden y se
hace a la empresa las propuestas de reformulación necesarias, hasta conseguir
que el producto tenga las propiedades deseadas. La tipología de productos que
se está en condiciones de caracterizar es muy amplia, ya que cualquier material
que tenga la capacidad de fluir (esto es, que no sea totalmente sólido) sería
susceptible de ser caracterizado por parte
del grupo. Esto abre el abanico a productos y materiales tales como los
cosméticos, los productos farmacéuticos, pinturas, tintas, alimentos, geles,
etc.
Propiedades
y problemática ambiental.
Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la
unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
La reacción por la cual se sintetiza un
polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización
Los polímeros en sus diferentes variedades, a
saber, plásticos, gomas y fibras, han jugado papeles esenciales y variados en
la vida diaria: aislantes eléctricos, en neumáticos y como
envoltura para alimentos, por mencionar sólo tres aplicaciones. Hasta la fecha,
no hay otra clase de material que sea capaz de sustituirlos.
Son conocidas las ventajas del empleo de los
envases plásticos, por lo que supone de higiene y mayor duración de los
alimentos. Sin embargo, aún es pobre esta visión comparada con la de otros
materiales empleados en alimentación, tales como vidrio, papel u hojalata.
Resulta bastante difícil imaginar una vida
sin plásticos. Las actividades cotidianas giran alrededor a artículos de
plásticos como jarras, gafas, teléfonos, etc. Sin embargo,hace algo más de 100
años, el plástico que hoy en día nos parece algo tan normal no existía. Mucho
antes del desarrollo de los plásticos comerciales, algunos materiales
existentes presentaban características parecidas a los plásticos actuales. En
la actualidad estos materiales se denominan plásticos naturales y constituyen
el punto de partida de la historia de los materiales plásticos.
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