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.