Polimeros

Aprendizajes Esperados: Los alumnos serán capaces de:

1. Reconocer las estructuras de polímeros orgánicos y las unidades que intervienen en su formación.

2. Distinguen las diversas propiedades físicas de materiales poliméricos y comprenden sus aplicaciones en la elaboración de materiales de uso común.

3. Diferenciar entre polímeros naturales y sintéticos.

Parece difícil imaginar que existe alguna relación entre la clara de huevo, el papel, un envase de bebida desechable y el material genético de una célula. Pero si miramos con detención la estructura de las moléculas que conforman cada una de estas cosas, veremos que tienen rasgos comunes.

Todas estas moléculas poseen una masa molecular muy alta, mayor a 10000 unidades característica por lo cual se llaman macromoléculas (de macro=grande).

Están formadas por unidades estructurales que se repiten siguiendo, casi siempre, un patrón determinado. Esta particularidad les confiere el nombre de Polímeros (del griego poly, muchos; menos, parte) es una sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de masa molecular bajo. La unidad de baja masa molecular es el Monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en masa molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene, así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos.

Los polímeros pueden ser naturales o artificiales. Dentro de los naturales destacan la celulosa que origina fibras como el algodón, la madera de la que se fabrica el papel; la seda es una poliamida que se extrae del capullo del gusano de seda (Bombix mori); la lana; la proteína del pelo de las ovejas, el látex; los polisacáridos; las proteínas; ácidos nucleicos, etc. Los tres últimos polímeros naturales cumplen funciones biológicas de extraordinaria importancia en los seres vivos y por eso, algunos científicos los denominan Biopolímeros.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros empleados en la vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas (ej. Envases de bebidas desechables, teclado de la computadora, bolsas de compras, etc), que se obtienen como subproducto de la industria del Petróleo.

Entre los polímeros naturales y sintéticos no hay grandes diferencias estructurales, ambos están formados por monómeros que se repiten a lo largo de toda la cadena. Los polímeros sintéticos y algunos naturales, como los polisacáridos, están formados por uno o dos monómeros iguales. Los ácidos nucleicos y en especial las proteínas, poseen monómeros con una estructura general similar pero no igual y es justamente aquí donde reside la diversidad de la vida.

A elevadas temperaturas, los polímeros se vuelven líquidos viscosos en los que las cadenas están constantemente en movimiento cambiando su forma y deslizándose una sobre otras.

A bajas temperaturas, el mismo polímero se torna duro, rígido y frágil. El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo o uno cristalino. Los polímeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos amorfos, aquellos con cadenas muy simétricas tienden a cristalizar parcialmente.

Cuando los monómeros se unen para ir conformando polímeros pueden dar origen a diferentes formas de polímeros.

Los polímeros se clasifican según su forma en Lineales y Ramificados. Entre los ramificados se encuentran los polímeros con forma de redes, estrellas y dendritas.

Los polímeros se clasifican de acuerdo a la forma de obtención en:

a) Polímeros de adición

b) Polímeros de condensación

c) Copolimeros

REACCIONES DE POLIMERIZACION (Polimerización: es el proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador (enzimas en los polímeros naturales), se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o polímeros).

Polimerización por Adición: Son aquellos que se obtienen de monómeros que poseen al menos un enlace doble y son derivados del etileno, CH2=CH2.

En la polimerización por adición, las unidades de construcción o monómeros se adicionan unas a otras de tal manera que el producto polimérico contiene a todos los átomos de los monómeros iniciales. Para lograr esto es necesario que el monómero inicial presente por lo menos una instauración. La adición de los monómeros cuando estos son anillos ocurre por apertura de estos.

Hay muchos polímeros de adición y además muy conocidos. Casi la mayoría de ellos se obtienen a partir de monómeros derivados del etileno, en los cuales uno o más átomos de hidrógeno han sido reemplazados por otro átomo o grupo.

Son polímeros de adición: Polietileno, Polipropileno, Poliestireno, Cloruro de polivinilo (PVC), Cloruro de polivinilideno (sarán), Politetrafluoroetileno (teflón), poliacrilonitrilo (orlón, acrilán), acetato de polivinilo, polimetacrilato de metilo (plexiglás)

Polimerización por Condensación: En esta polimerización, un único monómero al enlazarse, lo hace liberando agua generalmente o alcohol. Se emplea en la formación de Poliésteres, Poliuretano, Poliamidas, Poliéteres, dracón, baquelita, Glucógeno, Almidón, Proteínas y Celulosa, Fibras textiles (Nylon). También son polímeros de condensación, policarbonatos, poliuretanos, resinas epóxicas

Policondensación: es el procedimiento común para la fabricación de resinas solidificables como resina fenólicas

Otro procedimiento es la esterificación, por una parte, de productos preliminares, con varios grupos alcohólicos y por la otra con varios grupos ácidos (resinas alquidicas, poliésteres no saturados)

En la policondensación se asocian distintas moléculas que poseen grupos reactivos en varias posiciones, relizándose el proceso con separación de agua, amoníaco u otras sustancias volátiles.

NC6H12O6 → (C6H22O11)n + H2O

Β- glucosa celulosa (polímero de condensación)

(Monómero)

Copolimeros: Son aquellos formados a partir de más de un monómero, a través de reacciones de adición o condensación.

De acuerdo a su composición, los polímeros pueden estar formados por Monómeros iguales u Homopolímeros y por dos o más monómeros distintos o copolimeros.

Entre los copolimeros, los más comunes están formados por dos monómeros diferentes que pueden formar cuatro combinaciones distintas.

• Si los monómeros se agrupan en forma azarosa, el polímero se denomina COPOLÍMERO AL AZAR.

• Si se ubican de manera alternada se obtiene un COPOLÍMERO ALTERNADO.

• Si se agrupan en bloque, por ejemplo, dos monómeros de un tipo y tres monómeros del otro, en forma alternada, se forma un COPOLÍMERO EN BLOQUE.

• Si se parte de una cadena lineal formada por un monómero y se agregan ramificaciones de otro monómero, se obtiene un COPOLÍMERO INJERTADO

TIPOS DE POLIMEROS: Loa polímeros pueden ser naturales o artificiales. Los artificiales constituyen los materiales conocidos por la denominación de plásticos, entre los naturales tenemos el caucho, almidón, celulosa, proteínas, etc.

• Caucho: Esta sustancia, de origen natural o sintético, que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistencia eléctrica también se conoce con el nombre de Hule.

El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color blanco llamado Látex, que se encuentra en numerosas plantas. El caucho sintético se prepara a partir de hidrocarburos insaturados

Las principales fuentes de caucho puro son las láminas y plantas de látex obtenido de las plantaciones de muchas especies vegetales tropicales, sin embargo, casi toda la producción mundial proviene de la especie conocida como Hevea Brasiliensis (seringueira). Además, del látex no coagulado, empleado en algunas industrias

El caucho, en estado natural, es un Hidrocarburo blanco o incoloro

El compuesto de caucho más simple es el isopreno o 2-metilbutadieno, cuya fórmula química es C5H8

A la temperatura del aire líquido, alrededor de -195ºC, el caucho puro es un sólido duro y transparente de 0 a 10ºC es frágil y opaco, y por encima de 20ºC se vuelve blando, flexible y translúcido. Al amasarlo mecánicamente, o al calentarlo por encima de 50ºC, adquiere una textura de plástico pegajoso. A temperaturas de 200ºC o superiores se descompone.

El caucho puro es insoluble en agua, álcalis o ácidos débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes oxidantes químicos se oxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera lo hace lentamente.

En 1839 el químico norteamericano Charles Goodyear descubrió un procedimiento, denominado Vulcanización, que daba al caucho natural mayor estabilidad ante los cambios de temperatura, haciéndose resistente y elástico, además es impermeable a los gases y resistente a la abrasión, a los agentes químicos, al calor y la electricidad. También posee un alto coeficiente de rozamiento en superficies secas y un bajo coeficiente de rozamiento en superficies mojadas por agua.

El principal agente vulcanizante sigue siendo el azufre, aunque también se emplean ciertos elementos no metálicos como selenio y el telurio, con una elevada proporción de azufre

El caucho vulcanizado tiene muchas aplicaciones, tales como: Por su resistencia a la abrasión, el caucho blando se utiliza en los dibujos de los neumáticos de los automóviles y en las cintas transportadoras, el caucho duro se emplea para fabricar carcasas de equipos de bombeo y tuberías utilizadas para perforación con lodos abrasivos, por su flexibilidad para fabricar mangueras, neumáticos y rodillos para muchas máquinas, al ser relativamente impermeable a los gases, se emplea para fabricar mangueras de aire, globos y colchones, por su resistencia al agua y a la mayoría de los agentes químicos líquidos se aprovecha para fabricar ropa impermeable, trajes de buceo, tubos de laboratorio y sondas para la administración de medicamentos, revestimientos de tanques de almacenamiento, máquinas procesadoras y vagones aljibes para trenes., por su resistencia a la electricidad, el caucho blando se utiliza en materiales aislantes, guantes protectores, zapatos y mantas y el caucho duro se usa para las carcasas de los teléfonos, piezas de aparatos de radio , medidores

Debido a la importancia del caucho, diversos productos con características semejantes al caucho natural son producidos artificialmente y son conocidos por Caucho Sintético o Elastómeros. Entre estos productos destacan como más importantes, el Neopren, el caucho frío o sintético, la bunaS y la buna N (la palabra Buna se deriva de las letras iniciales de butadieno uno de los comonómeros y natrium sodio empleado como catalizador)

HIDRATOS DE CARBONO

MONOSACÁRIDOS:

Disacáridos

POLISACARIDOS.

Almidón: Es un polisacárido que se sintetiza como el elemento de reserva energética en los vegetales (arroz, trigo, porotos, maíz, papa, etc.), formado por dos tipos de polímeros de glucosa: La amilasa (30%) soluble en agua y la amilopectina (70%) menos soluble en agua. Su estructura química es la de un polímero de condensación originado a partir de la alfa (α) glucosa, con eliminación de agua.

Glucógeno: es el polisacárido propio de los animales, presente en todas sus células. Esta constituido por unas 30000 moléculas de glucosa unidas mediante enlaces alfa (α)

Celulosa: La estructura química de la celulosa (polisacárido que se encuentra en todos los vegetales) es un polímero de condensación, originado de la Beta (β) glucosa por eliminación de agua.

Es constituyente estructural de las paredes celulares de los vegetales y les otorga forma, rigidez y protección del medio. La celulosa de los árboles es la materia prima en la industria papelera.

Diferencias entre alfa y beta glucosa

...