Polmeros sintticos y naturales Recursos digitales asociados
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sintticos y naturales Juegos: Quin sabe ms? Polmeros Descargar
todo: Polmeros Los polmeros son una estructura compleja formada por
la repeticin de una unidad molecular llamada monmero. Existen
polmeros naturales y polmeros sintticos. En muchos casos una
molcula de un polmero est compuesta de miles de molculas de
monmeros. Los monmeros son los pequeos eslabones que se repiten
para formar un polmero mediante un proceso llamado
polimerizacin.
Figura 1. Esquema de polmero Los polmeros se dividen en dos
grandes grupos: aquellos naturales, como celulosa, almidones, ADN y
protenas. Por otro lado, existen aquellos sintticos que fueron
fabricados por el hombre y que incluyen todos los derivados de los
plsticos.
Polmeros naturales Los polmeros naturales renen, entre otros, al
almidn cuyo monmero es la glucosa y al algodn, hecho de celulosa,
cuyo monmero tambin es la glucosa. La diferencia entre ambos es la
forma en que los monmeros se encuentran dispuestos dentro del
polmero.
Otros polmeros naturales de destacada importancia son las
protenas, cuyo monmero son los aminocidos. Por otro lado, la lana y
la seda son dos de las miles de protenas que existen en la
naturaleza, stas utilizadas comos fibras y telas. Todo lo que nos
rodea son polmeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la informacin
gentica se transmite mediante un polmero llamado ADN, cuyas
unidades estructurales son los cidos nucleicos. Caucho natural El
caucho natural es un polmero elstico y semislido, que posee la
siguiente estructura:
Caucho natural formado por monmeros de isopreno El monmero del
caucho natural es el isopreno (2-metil-1,3-butadieno), que es un
lquido voltil. Protenas Las protenas funcionan como material
estructural en los animales, tal como la celulosa en las plantas.
Todas las protenas contienen los elementos carbono, hidrgeno,
oxgeno y nitrgeno, y casi todas ellas contienen azufre. Las
protenas estn formadas por cerca de 20 aminocidos diferentes. Estos
tienen dos grupos funcionales: el grupo amino (-NH2) y grupo el
carboxilo (-COOH). El grupo amino est unido a un carbono vecino del
grupo carboxilo:
Esquema de un aminocido Los aminocidos forman una protena a
travs de un enlace peptdico, enlace entre un carbono del grupo
carboxilo y un grupo amino.
Figura 4. Enlace peptdico Las protenas son poliamidas. El enlace
amida (-CONH-) entre un aminocido y otro aminocido se denomina
enlace peptdico. Se puede observar que sigue existiendo un grupo
amino reactivo a la izquierda y un grupo carboxilo a la derecha.
Cuando se unen dos aminocidos, el producto es un dipptido:
Cuando se combinan tres aminocidos, se forma un tripptido.
Serilalanilcistena Cada uno de los terminales puede seguir
reaccionando para unir ms unidades de aminocidos.
El extremo de la molcula de protena que tiene un grupo carboxilo
libre se denomina terminal C. El extremo que tiene un grupo amino
libre se denomina N. Una molcula con ms de diez unidades de
aminocidos se llama polipptido. Cuando la masa molar de un
polipptido es mayor de 10 000, se denomina protena. La distincin
entre los polipptidos y las protenas es arbitraria, y no siempre se
aplica. Los 20 aminocidos existentes difieren solo en las cadenas
laterales, las cuales pueden ser otros grupos funcionales o cadenas
hidrocarbonadas.
Ejemplo de cadenas laterales variables Los aminocidos tienen un
grupo cido y uno bsico. En solucin acuosa, el in hidrgeno del cido
carboxlico es transferido al grupo bsico que es el amino: el
producto resultante es una molcula polar.
Dipptido, con ambos aminocidos cargados Polmeros sintticos
Durante la Segunda Guerra Mundial, Japn cort el suministro de
caucho natural proveniente de Malasia e Indonesia a los aliados. La
bsqueda de un sustituto dio como origen el caucho sinttico, y con
ello surgi la industria de los polmeros sintticos y plsticos. El
polibutadieno, un elastmero sinttico, se fabrica a partir del
monmero butadieno, que no posee un metil en el carbono nmero dos,
siendo esta la diferencia con el isopreno. CH2 = CH CH = CH2 1,3
-butadieno El polibutadieno tiene regular resistencia a la tensin y
muy poca frente a la gasolina y a los aceites. Estas propiedades
limitan las posibilidades de fabricar con ellos los neumticos.
Policloropreno o neopreno
El policloropreno o neopreno, se fabrica a partir del
2-cloro-1,3-butadieno. El neopreno presenta mejor resistencia a la
gasolina y los aceites y se utiliza en la fabricacin de mangueras
para gasolinas y otros artculos usados en las estaciones de
servicio. Un copolmero es el producto que se forma por la mezcla de
dos monmeros, y en cuya cadena existen las dos unidades. El caucho
estireno-butadieno (SBR) es un copolmero que contiene un 25% de
estireno y un 75% de butadieno. Un segmento de este copolmero es el
siguiente:
Este polmero sinttico es ms resistente a la oxidacin y a la
abrasin que el caucho natural, pero sus propiedades mecnicas no son
tan ptimas. Al igual que el caucho natural, el caucho
estireno-butadieno contiene dobles enlaces capaces de formar
enlaces cruzados. Este material se usa, entre otras cosas, para la
fabricacin de neumticos. Se ha logrado sintetizar el poliisopreno,
un compuesto idntico en todos los sentidos al caucho natural, solo
que no se extrae del rbol del caucho. Polimerizacin Para formar un
polmero existen dos caminos factibles: polimerizacin por adicin y
polimerizacin por condensacin. - Polimerizacin por adicin: los
monmeros se adicionan unos con otros, de tal manera que el producto
polimrico contiene todos los tomos del monmero inicial. Un ejemplo
de esto es la polimerizacin del etileno (monmero) para formar el
polietileno, en donde todos los tomos que componen el monmero
forman parte del polmero.
Esquema de polimerizacin por adicin - Polimerizacin por
condensacin: en este caso, no todos los tomos del monmero forman
parte del polmero. Para que dos monmeros se unan, una parte de ste
se pierde.
Esquema de polimerizacin por condensacin
Los Polmeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que
significa muchas partes, son grandes molculas o macromolculas
formadas por la unin de muchas pequeas molculas: sustancias de
mayor masa molecular entre dos de la misma composicin qumica,
resultante del proceso de la polimerizacin.
Cuando se unen entre s ms de un tipo de molculas (monmeros), la
macromolcula resultante se denomina copolmero.
Como los polmeros se forman usualmente por la unin de un gran
nmero de molculas menores, tienen altos pesos moleculares. No es
infrecuente que los polmeros tengan pesos moleculares de 100.000 o
mayores.
Los polmeros se caracterizan a menudo sobre la base de los
productos de su descomposicin. As si se calienta caucho natural
(tomado del rbol Hevea del valle del Amazonas), hay destilacin de
hidrocarburo, isopreno.
Los polmeros pueden ser de tres tipos:
1. Polmeros naturales: provenientes directamente del reino
vegetal o animal. Por
ejemplo: celulosa, almidn, protenas, caucho natural, cidos
nucleicos, etc. 2. Polmeros artificiales: son el resultado de
modificaciones mediante procesos qumicos, de ciertos polmeros
naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc. 3. Polmeros
sintticos: son los que se obtienen por procesos de polimerizacin
controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso
molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo,
polimetano, etc.
Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman tambin
polmeros, llamados polmeros inorgnicos.
Propiedades Fsicas de los Polmeros
* Estudios de difraccin de rayos X sobre muestras de polietileno
comercial, muestran que este material, constituido por molculas 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 carcter amorfo: a stas ltimas se les considera
defectos del cristal. * En este caso las fuerzas responsables del
ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van de
Waals. * En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del
ordenamiento recae en los enlaces de H. * La temperatura tiene
mucha importancia en relacin al comportamiento de los polmeros. * A
temperaturas ms bajas los polmeros se vuelven ms duros y con
ciertas caractersticas vtreas debido a la prdida de movimiento
relativo entre las cadenas que forman el material. * La temperatura
en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de
fusin (Tf) * Otra temperatura importante es la de descomposicin y
es conveniente que la misma sea bastante superior a Tf.
Clasificacin de los Polmeros segn sus Propiedades Fsicas
Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de
polmeros:
* Elastmeros * Termoplsticos * Termoestables.
Los elastmeros y termoplsticos estn constituidos por molculas
que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre s. Cuando
se calientan, se ablandan sin descomposicin y pueden ser
moldeados.
Los termoestables se preparan generalmente a partir de
sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las
cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto
grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que
funden con descomposicin o no funden y son generalmente insolubles
en los solventes ms usuales.
Polimerizacin
Es un proceso qumico por el cual, mediante calor, luz o un
catalizador, se unen varias molculas de un compuesto generalmente
de carcter no saturado llamado monmero para formar una cadena de
mltiples eslabones, molculas de elevado peso molecular y de
propiedades distintas, llamadas macromolculas o polmeros.
Tipos de Reacciones de Polimerizacin
Hay dos reacciones generales de polimerizacin: la de adicin y la
condensacin.
En las polimerizaciones de adicin, todos los tomos de monmero se
convierten en partes del polmero.
En las reacciones de condensacin algunos de los tomos del
monmero no forman parte del polmero, sino que son liberados como
H2O, CO2, ROH, etc.
Algunos polmeros (ejemplo: polietiln glicol) pueden ser
obtenidos por uno u otro tipo de reaccin.
Polimerizacin por Adicin
Las polimerizaciones por adicin ocurren por un mecanismo en el
que interviene la formacin inicial de algunas especies reactivas,
como radicales libres o iones. La adicin de stas especies reactivas
a una molcula del monmero convierte a la molcula en un radical o
Ion libre. Entonces procede la reaccin en forma continua. Un
ejemplo tpico de polimerizacin por adicin de un radical libre es la
polimerizacin de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de
polivinilo (PVC).
Polietileno
Cuando se calienta eteno (etileno) con oxgeno bajo presin, se
obtiene un compuesto de elevada masa molar (alrededor de 20 mil)
llamado Polietileno, el cual es un alcano de cadena muy larga.
Monmero: CH2 = CH2.. La reaccin se presenta de la forma
siguiente:
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Condiciones experimentales de polimerizacin
En fase gaseosa a altas temperaturas y presiones, a presin media
utilizando catalizadores heterogneos y a baja presin en presencia
de trietilo de aluminio como catalizador.
Propiedades: Los polietilenos de alta presin tienen pesos
moleculares entre 10.000 y 40.000. Son muy elsticos, flexibles y
termoplsticos. Los polietilenos de fusin media presentan alta
cristalinidad y son duros y rgidos y los de fusin baja menor
cristalinidad, siendo tambin duros y poco elsticos.
Todos los polietilenos son muy resistentes a los agentes
qumicos.
Usos: Para la fabricacin de tubos, planchas, materiales
aislantes, para cables elctricos, recubrimientos para proteccin
contra la corrosin, hojas y lminas para embalaje, proteccin de
cultivos, aislamiento trmico, recubrimientos sobre papel, en el
moldeo por inyeccin para obtener recipientes de todo tipo, artculos
del hogar, tuberas que sustituyen a los de hierro galvanizado,
etc.
Poliestireno
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Venil Benceno Poliestireno
Mecanismos: Radicales libres o inicos
Condiciones experimentales de polimerizacin
Emulsin, suspensin o en bloque
Propiedades: Por los procedimientos de emulsin o suspensin se
obtienen disoluciones de distintas viscosidades segn el grado de
polimerizacin alcanzado.
Usos: Plastificado se utiliza en la industria de pinturas y
barnices. Con elevado grado de polimerizacin en la industria
transformadora de plsticos principalmente en procesos de moldeo por
inyeccin.
En la industria elctrica encuentra gran aplicacin debido a su
excelente poder aislante.
Cloruro de Polivinilo (PVC)
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Mecanismos: Radicales libres por accin de la luz o de
catalizadores perxidos.
Condiciones experimentales de polimerizacin: El proceso puede
llevarse a cabo a fusin, en emulsin o en bloque obtenindose en cada
caso un producto de propiedades peculiares.
Propiedades: Polvo blanco que comienza a reblandecer cerca de
los 80C y se descompone sobre los 140C. Es muy resistente a los
agentes mecnicos y qumicos y es de fcil pigmentacin.
Usos: Materiales aislantes para la industrias qumica,
elctrica.
Polimerizacin por Condensacin
La polimerizacin por condensacin es el proceso mediante el cual
se combinan monmeros con prdida simultnea de una pequea molcula,
como la del agua, la del monxido de carbono, o cloruro de hidrgeno.
Estos polmeros se llaman polmeros de condensacin y sus productos de
descomposicin no son idnticos a los de las unidades respectivas del
polmero.
Casi todos los polmeros de condensacin son en realidad
copolmeros; es decir, que estn formados por dos o ms clases de
monmeros. As, una diamina reacciona con un cido dicarboxlico para
formar nylon.
Entre los polmeros naturales por condensacin tenemos la
celulosa, las protenas, la seda, el algodn, la lana y el
almidn.
Polisteres
El intercambio de ster es una de las tiles reacciones para
preparar polmeros lineales.
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Polmeros termoestables pueden ser preparados a partir de
anhdridos de cido polibsicos con polialcoholes. Ejemplo: glicerol
con anhdrido ftlico.
Nylon
Una gran variedad puede obtenerse calentando diaminas con cidos
dicarboxlicos.
Ejemplo: nylon (66)
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Bakelitas:
Los productos de partida son el fenol y el formaldehdo.
Condiciones experimentales de polimerizacin
1. Polimerizacin en fase gaseosa a presin normal, reducida o
elevada. El procedimiento ms importante de este tipo es la
polimerizacin del etileno. 2. Polimerizacin de uno o ms monmeros en
fase lquida pura (polimerizacin en bloque). Muchas polimerizaciones
del tipo vinilo se realizan de esta manera, especialmente si se
desean obtener trozos grandes, transparentes, del producto final.
Ejemplos: la formacin de polisteres y poliamidas, los productos de
adicin fenol-rea y melamina formaldehdo. 3. Polimerizacin de uno o
ms monmeros por dispersin en forma de gotitas de diversos tamaos en
un lquido no disolvente (polimerizacin en suspensin, en perlas o
glbulos). El estireno, el metacrilato de metilo y otros monmeros se
polimerizan de esta manera para obtener grnulos de tamao y calidad
muy uniformes para el moldeo por
inyeccin y compresin.
Impacto Social y Ambiental generado por el uso de los
Polmeros
Aspectos positivos
Un gran nmero de materiales estn construidos por polmeros y
muchos de ellos son irremplazables en el actual mundo
tecnolgico.
Aspectos negativos
1. La inadecuada eliminacin de los polmeros contribuye en buena
parte a la degradacin ambiental por acumulacin de basura. 2. Muchos
artculos de plstico son peligrosas armas destructivas. Por ejemplo,
las bolsas plsticas pueden ser causantes de asfixia si se recubre
la cabeza con ellas y no se logra retirarlas a tiempo. 3. Especies
como la tortura gigante, mueren al ingerir bolsas plsticas que
flotan en el mar, confundindolas con esperma de peces, su alimento
habitual. 4. La no biodegradacin impide su eliminacin en relleno
sanitario y adems disminuye notablemente la presencia de colonias
bacterianas en torno a los plsticos. 5. La incineracin puede
generar compuestos venenosos. Por ejemplo, HCl (g) y HCN (g) 6. Los
envases plsticos empleados para alimentos no pueden volver a usarse
ya que no existen mtodos efectivos de esterilizacin.
