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Monómeros y polímeros - tipos de polimerización, propiedades, clasificación, polímeros naturales, nomenclatura



MONÓMEROS Y POLÍMEROS
El monómero es una molécula de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros.
* Los aminoacidos son los monómeros de las proteínas.
* Los nucleótidos son los monómeros de los acidos nucleicos.
* Los monosacaridos son los monómeros de los glúcidos.
Un polímero no es mas que una sustancia formada por una cantidad finita de macromoléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta familia de compuestos organicos. El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los mas comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita.

TIPOS DE POLIMERIZACIÓN
Existen dos tipos fundamentales de polimerización:


* Polimerización por condensación.
En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Debido a esto, la masa molecular del polímero no es necesariamente un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los polímeros de condensación se dividen en dos grupos:
* Los Homopolímeros Polietilenglicol Siliconas

* Los CopolímerosBaquelitas Poliésteres Poliamidas

La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros bifuncionales.

* Polimerización por adición.
En este tipo de polimerización a masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:
Iniciación: CH2=CHCl + catalizador •CH2–CHCl•
Propagación o crecimiento: 2 •CH2–CHCl•
•CH2–CHCl–CH2–CHCl•
Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.
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 atomos 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 sera mas 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: atactico (sin orden), isotactico(mismo orden), o sindiotactico (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.

PROPIEDADES
Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un caracter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasi cristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros. A temperaturas mas bajas los polímeros se vuelven mas duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material.
CLASIFICACIÓN
Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí.
Según su origen
* Polímeros naturales: Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas. Porejemplo, las proteínas, los acidos nucleicos, los polisacaridos (como la celulosa y la quitina), el hule o caucho natural, la lignina, etc.
* Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
* Polímeros sintéticos: Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el Policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

Según su mecanismo de polimerización
* Polímeros de condensación: La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de baja masa molecular, por ejemplo agua.
* Polímeros de adición: La polimerización no implica la liberación de ningún compuesto de baja masa molecular. Esta polimerización se genera cuando un 'catalizador', inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina.

Según su composición química
* Polímeros organicos: Posee en la cadena principal atomos de carbono.
* Polímeros organicos vinílicos: La cadena principal de sus moléculas esta formada exclusivamente por atomos de carbono.

Según sus aplicaciones
* Elastómeros: Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.
* Plasticos: Son aquellos polímeros que, anteun esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plastico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
* Fibras: Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
* Recubrimientos: Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.
* Adhesivos: Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o mas cuerpos por contacto superficial.

NOMENCLATURA
A parte de las reglas de nomenclatura establecidas por la IUPAC, existe otro mecanismo alternativo con el que también se pueden nombrar los polímeros y es tomando como base el monómero del cual son provenientes. Este sistema es el mas común. Entre los compuestos nombrados de esta manera se encuentran: el polietileno y el poliestireno. Se tiene que cuando el nombre del monómero es de una sola palabra, el polímero constituido a partir de este se forma sencillamente agregando el prefijo poli. Las normas internacionales publicadas por la IUPAC indican que el principio general para nombrar polímeros es utilizar el prefijo poli- seguido de la unidad estructural repetitiva (UER) que define al polímero, escrita entre paréntesis. La UER debe ser nombrada siguiendo las normas convencionales de la IUPAC para moléculas sencillas. Ejemplo: Poli (tio-1,4-fenileno).

POLÍMEROS NATURALES
* Almidón: El almidón es un polisacarido de reservaalimenticia predominante en las plantas, constituido por amilosa y amilopectina. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para hacer pan y otros productos de panaderia. Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz, trigo, varios tipos de arroz, y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de la papa, camote y mandioca. Los almidones modificados tienen un número enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante de espumas, agente anti-envejecimiento de pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante.

* Celulosa: La celulosa es un polisacarido compuesto exclusivamente de moléculas de glucosa; es pues un homopolisacarido (compuesto por un solo tipo de monosacarido); es rígido, insoluble en agua, y contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de β-glucosa. La celulosa es la biomolécula organica mas abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.

* Proteínas: Las proteínas son biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoacidos. Atendiendo a sus funciones y propiedades físico-químicas, las proteínas se pueden clasificar en proteínas simples (holoproteidos), que por hidrólisis dan solo aminoacidos o susderivados; proteínas conjugadas (heteroproteidos), que por hidrólisis dan aminoacidos acompañados de sustancias diversas, y proteínas derivadas, sustancias formadas por desnaturalización y desdoblamiento de las anteriores. Las proteínas son indispensables para la vida, sobre todo por su función plastica (constituyen el 80% del protoplasma deshidratado de toda célula), pero también por sus funciones biorreguladora (forma parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son proteínas). Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas mas versatiles y mas diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo.

POLÍMEROS SINTÉTICOS
* De adición derivados del etileno: Los monómeros se adicionan unos con otros, de tal manera que el producto polimérico contiene todos los atomos del monómero inicial. Un ejemplo de esto es la polimerización del etileno (monómero) para formar el polietileno, en donde todos los atomos que componen el monómero forman parte del polímero.
* Baquelita: La baquelita fue la primera sustancia plastica totalmente sintética, fue también uno de los primeros polímeros sintéticos termoestables conocidos. Se trata de un fenoplastico que hoy en día aún tiene aplicaciones interesantes. Este producto puede moldearse a medida que se forma y endurece al solidificarse. No conduce la electricidad, es resistente al agua y los solventes, pero facilmente mecanizable. Su permitividad dieléctrica relativa es de 0,65. El alto grado de entrecruzamiento de la estructura molecular de la baquelita le confiere la propiedad de ser un plastico termoestable, una vez que se enfría no puede volver a ablandarse. Esto lodiferencia de los polímeros termoplasticos, que pueden fundirse y moldearse varias veces, debido a que las cadenas pueden ser lineales o ramificadas pero no presentan entrecruzamiento.
* Resina poliéster: El poliéster es una categoría de polímeros que contiene el grupo funcional éster en su cadena principal. El poliéster termoplastico mas conocido es el PET. El PET esta formado sintéticamente con etilenglicol mas tereftalato de dimetilo, produciendo el polímero o poltericoletano. Como resultado del proceso de polimerización, se obtiene la fibra, que en sus inicios fue la base para la elaboración de los hilos para coser y que actualmente tiene múltiples aplicaciones, como la fabricación de botellas de plastico que anteriormente se elaboraban con PVC. Se obtiene a través de la condensación de dioles. Las resinas de poliéster son usadas también como matriz para la construcción de equipos, tuberías anticorrosivas y fabricación de pinturas. Para dar mayor resistencia mecanica suelen ir reforzadas con cortante, también llamado endurecedor o catalizador, sin purificar. El poliéster es una resina termoestable obtenida por polimerización del estireno y otros productos químicos. Se endurece a la temperatura ordinaria y es muy resistente a la humedad, a los productos químicos y a las fuerzas mecanicas.
* Nylon 66: El nailon 66 tiene un monómero, que se repite n veces, cuanto sea necesario para dar forma a una fibra. El primer 6 que acompaña al nailon nos dice el número de carbonos de la amida y la segunda cifra es el número de carbonos de la cadena acida. El nailon 66 se sintetiza por condensación en el laboratorio a partir de cloruro de adipoílo y hexametilenodiamina.


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