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Fernando Brierley – Felipe Salas
2013
Química – Los Polím
eros
Desde una cadena de ADN hasta un neumático. Los polímeros son macromoléculas que podemos encontrar en infinitos lugares que quizás nunca imaginas. En esta guía estudiaremos esta gran rama de los materiales en el que se especifican este tipo de gran uso y completamente conocido.
© Fernando Brierley V. – Felipe Salas B. 2013
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QUÍMICA – LOS POLÍMEROS
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Los Polímeros
De forma natural o artificial existe un gran número
de polímeros los cuales los utilizamos constantemente. Desde plásticos, gomas, hasta funciones vitales vienen dadas por polímeros. Imaginémonos una gran molécula. Si miramos la molécula de cerca veremos que está formada de una misma molécula más pequeña que se repite muchas veces. Si ocurre esto; estamos ante un polímero. Los polímeros son macromoléculas que están formadas por unidades más pequeñas llamadas monómeros. Es importante recalcar que los monómeros se unen entre sí a través de enlaces covalentes.
I] Tipos de clasificación Según su origen:
-‐ Polímeros naturales: Son los polímeros formados de modo natural.
-‐ Polímeros semi-‐sintéticos (o de transformación): Son los polímeros obtenidos luego de la manipulación de polímeros naturales con el fin de cambiar sus propiedades.
-‐ Polímeros sintéticos: Son los obtenidos a partir de una reacción de polimerización con un monómero específico.
Según su carácter orgánico: -‐ Polímeros inorgánicos: Son polímeros cuyos monómeros no están formados por
carbono. Generalmente los monómeros de los polímeros inorgánicos están formados por fósforo y/o silicio.
-‐ Polímeros orgánicos: Son polímeros que están formados por largas cadenas de carbono. Por ello, los monómeros que los forman deben tener necesariamente carbono.
Dato puntaje: Dentro de los polímeros orgánicos se encuentran los plásticos; polímeros que pueden moldearse para obtener una forma determinada.
Estructura: -‐ Polímeros l ineales: Se caracterizan porque la
cadena de monómeros no posee ramificaciones, teniendo así un polímero lineal. Ocurre principalmente cuando la reacción de polimerización puede añadir monómeros a los extremos de la cadena.
-‐ Polímeros ramificados: Se caracterizan porque existe una cadena principal de la cual salen ramificaciones.
-‐ Polímeros entrecruzados: Se caracterizan por presentar dos o más cadenas lineales las cuales se unen en distintos lugares formando así un “enrejado” de monómeros.
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Tipo de monómeros que lo forman:
-‐ Homopolímeros: Están formados por un solo tipo de monómeros.
-‐ Copolímeros: Están formados por dos o más monómeros.
Propiedades f ísicas:
-‐ Termoplásticos: Son polímeros que al aumentar la temperatura podemos cambiar su forma.
-‐ Termorrígidos: Polímeros que una vez moldeados, mantienen su forma a pesar de los cambios de temperatura.
-‐ Fibras: Son polímeros que tienen la forma de hilos. -‐ Elastómeros: Son polímeros que pueden recuperar su
forma original luego de haber sufrido una deformación.
II] Tipos de polimerización
Adición. En las polimerizaciones de adición no hay pérdida de especies por parte de los monómeros, pues muchas veces los enlaces entre los monómeros se crean debido a insaturaciones dentro de las moléculas.
Condensación. En las polimerizaciones de condensación los monómeros suelen
tener átomos (generalmente una molécula de agua) en sus extremos, la cual se libera al momento de enlazarse un monómero con otro. (1) Polímeros Sintéticos.
Una vez conocidos los procesos de polimerización, bastaba tiempo para que los científicos comenzaran a sintetizar sus propios polímeros. Todos los artículos plásticos que conocemos son hechos a partir de polimerizaciones artificiales, es decir, son polímeros sintéticos. Dentro de los más notables podemos mencionar el nylon, la baquelita, PVC, y toda la gama de plásticos que vemos en nuestra vida cotidiana.
Muchos de los descubrimientos de los
polímeros sintéticos fueron accidentales, es decir, luego de experimentar con ciertas sustancias lograron obtener plásticos con propiedades beneficiosas, los cuales nombraron como nuevos polímeros.
A diario es posible ver el signo del reciclaje con un número en el centro. Este número
se usa para distinguir los distintos tipos de polímeros para un correcto reciclaje. A continuación veremos una tabla con los distintos tipos de polímeros sintéticos de interés.
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Número asociado Abreviación Nombre del polímero 1 PET Tereftalato de polietileno 2 PEAD Polietileno de alta densidad 3 PVC Policloruro de vinilo 4 PEBD Polietileno de baja densidad 5 PP Polipropileno 6 PS Poliestireno 7 No tiene Incluye al resto de los polímeros
A pesar de existir un gran número de polímeros, estos son los más usados dentro de
nuestras vidas cotidianas. No está de más decir que gracias a los polímeros tenemos productos como pinturas, adhesivos, etc.
III] Caucho
Hemos hablado bastante de polímeros sintéticos, pero qué sucede con los polímeros naturales. A continuación veremos el caucho, un polímero natural de gran utilidad en la actualidad. El caucho es un polímero obtenido del árbol llamado Hevea brasiliensis, como un líquido lechoso. El caucho es un polímero cuyo monómero es el isopreno. Dentro de sus propiedades se encuentra una gran resistencia mecánica, la cual se debe a que tiene una estructura química regular.
A pesar de sus buenas propiedades existía un problema con el caucho natural; ante cambios de temperatura su rigidez cambiaba, endureciéndose con el frío y ablandándose con el calor. Es por ello, que buscando soluciones el científico Charles Goodyear descubrió que al calentar el caucho natural en presencia de azufre (𝑆!), se mantenía la resistencia mecánica y se perdía la viscosidad, es decir, se mantenía inalterable ante los cambios de temperatura. Este proceso se conoce como vulcanización.
Una vez que el caucho es vulcanizado, el nuevo caucho se conoce como caucho
sintético. Dato puntaje: Los nativos de América descubrieron las propiedades del caucho, llegando a utilizarlo para crear pelotas con las cuales practicaban distintos deportes.
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IV] Proteínas
Las proteínas son polímeros, las cuales tienen una gran importancia a nivel biológico; pues permite muchas reacciones y facilita muchas reacciones vitales. El monómero que forma a las proteínas se conoce como aminoácido. Los aminoácidos son moléculas que en uno de sus extremos tienen un grupo funcional Amino (−𝑁𝐻!) y en el otro tienen un ácido Carboxílico (𝐶𝑂𝑂𝐻 −). Además, los aminoácidos tienen una cadena carbonatada (𝑅) de largo y componentes variables. El proceso de
polimerización de las proteínas es de condensación, en la cual se libera agua.
Dato puntaje: Existen los llamados aminoácidos esenciales. Se les llama de esa manera pues son vitales para el ser humano, pero no los podemos producir por nosotros mismos. Es necesario consumirlos a través de la comida.
Las propiedades de las proteínas vienen dadas por la cadena de aminoácidos que las conforman. Las propiedades de los aminoácidos están dadas a su vez por la cadena (𝑅) de carbonos variable.
Dato puntaje: El enlace entre dos aminoácidos se conoce como enlace peptídico, el cual es un enlace covalente y al ocurrir se libera una molécula de agua.
(1) Estructura de las proteínas. A pesar de saber que las proteínas son la unión
de muchos aminoácidos, el orden de estos hace que las propiedades de las proteínas también varíe.
a . Estructura primaria: Corresponde al orden
de los aminoácidos que forman la proteína, los cuales le confieren propiedades específicas
b . Estructura secundaria: Una vez que
tenemos clara la secuencia lineal de aminoácidos en la cadena, estos empiezan a interactuar a través de puentes de hidrógeno. Dentro de la estructura secundaria se conocen dos tipos: Hélice alfa (𝛼), y Lámina plegada beta (𝛽)
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c . Estructura terciaria: Corresponde a la distribución espacial que adoptan las
proteínas cuando se empieza a organizar sobre sí misma, quedando con una disposición tridimensional. Esta nueva organización se debe a atracciones/repulsiones eléctricas, junto con puentes disulfuro, puentes de hidrógeno, etc. La estructura terciaria de las proteínas es la que le confiere habilidades necesarias para procesos como transporte, hormonales, enzimáticos. Es importante decir, la estructura terciaria le da propiedades como la solubilidad en el agua.
d . Estructura cuaternaria: A pesar de que las estructuras anteriores dependen
únicamente de los aminoácidos que forman a la proteína, la estructura cuaternaria es un complejo proteico, es decir, es la unión mediante enlaces débiles de dos o más cadenas peptídicas diferentes en estructura terciaria.
Muchas de las funciones que tienen las proteínas no serían posibles si no fuera por los
niveles de organización de estas. Un ejemplo de ello es la hemoglobina; la unión de cuatro proteínas las cuales en la estructura cuaternaria tienen la capacidad de retener y transportar oxígeno. Sin embargo, así como las proteínas pueden formar estructuras más y más complejas, es posible hacer que vuelvan a ser simples cadenas de aminoácidos, a través del proceso conocido como desnaturalización de las proteínas.
(2) Desnaturalización de las proteínas
La estructura cuaternaria de las proteínas vimos que es posible gracias a
atracciones débiles entre las proteínas. Es por ello que al cambiar ciertas condiciones del medio podemos lograr que la estructura cuaternaria se “desarme”. Más aún, como vimos anteriormente, la estructura secundaria y terciaria se justifican en fuerzas intermoleculares, por lo que basta con vencerlas (muchas veces de un modo fácil) para lograr que las proteínas se desnaturalicen. Es así como el cambio de las siguientes variables pueden desnaturalizar proteínas:
-‐ Temperatura -‐ pH -‐ Radiación -‐ Cambios mecánicos (golpes) -‐ Cambios de solvente.
Por ello es de importancia vital mantener niveles correctos de pH y temperatura dentro del cuerpo.
Dato puntaje: Cuando freímos un huevo, vemos que la clara pasa de ser transparente a blanca. Esto se produce puesto que las proteínas que forman la clara se desnaturalizan provocando así un cambio de color.
(3) Clasificación de las proteínas A partir de la organización estructural de las proteínas es que las podemos clasificar del siguiente modo:
-‐ Proteínas Globulares: Son aquellas que se agrupan en forma esférica -‐ Proteínas Fibrosas: Son aquellas que se organizan de forma lineal, ya sea como
una fibra o bien como una lámina.
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Sin embargo, las proteínas no son los únicos polímeros que sirven para procesos vitales. Recordemos que un polímero es un conjunto de moléculas más pequeñas. En base a esto, podemos considerar que las cadenas de ADN y de ARN también son largas proteínas, como veremos a continuación.
(4) Ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son de vital importancia para los seres vivos. Gracias a ellos es posible transmitir material genético de generación en generación perpetuando así la especie. Al igual que las proteínas, los ácidos nucleicos (ya sea el ADN o el ARN) son polímeros. El monómero es conocido como nucleótido, el cual puede ser de distintos tipos (como los aminoácidos que se diferencian unos a otros por la cadena carbonatada).
Un nucleótido está formado a su vez por una pentosa, un
grupo fosfato, y una base nitrogenada. La diferencia estructural entre el ARN y el ADN es que la pentosa del primero es una Ribosa, mientras que la pentosa estructural del ADN es una Desoxirribosa. La diferencia entre estas dos pentosas radica en que la Ribosa tiene un grupo alcohol (−𝑂𝐻) más que la desoxirribosa.
Anteriormente se aprendió que las proteínas se unen a través del llamado enlace peptídico. Sin embargo, existe un método para poder formar nuevas proteínas, el llamado proceso de replicación. A partir de este proceso, el ADN interviene junto con el ARN para poder codificar un mensaje que hará que los aminoácidos se agrupen de un modo específico para así formar nuevas proteínas.
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