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“El mundo de los polímeros”
Profesor : Osvaldo García García
Integrantes:
Badillo Hernández Dania AnelApanco Carrera Alejandra
Anguiano García Laura Navarrete García Dafne
Nº de grupo:821
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADESPLANTEL NAUCALPAN
¿QUÉ SON LOS POLÍMEROS?
Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión repetida de una o varias moléculas unidas por enlaces covalentes. El termino macromolécula significa molécula muy grande. “Polímero” y “Macromolécula” son términos que suelen utilizarse indistintamente aunque estrictamente hablando no son equivalentes ya que las macromoléculas, en principio, no requieren estar formadas por unidades de repetición.
Dependiendo de su origen, los polímeros puedes ser naturales o sintéticos.
Las moléculas que se combinan para formar los polímeros se denominan monómeros y las reacciones a través de las cuales se obtiene se denominan reacciones de polimerización.
Cuando se parte de un solo tipo de moléculas se habla de homopolimero.
Cuando son dos o mas moléculas diferentes las que se repiten en la cadena se habla de copolimero o heteropolimero.
ESTRUCTURA DE LOS POLÍMEROS
En la estructura de los polímeros se consideran dos niveles, se consideran dos niveles estructura química y estructura física. La estructura química se refiere a la construcción de la molécula individual y la estructura física al ordenamiento de unas moléculas con respecto a otras.
ESTRUCTURA QUÍMICA
En los polímeros la unión entre monómeros se realiza siempre mediante enlaces covalentes. Los átomos de carbono que constituyen la cadena principal presentan una configuración sp3 , por tanto sus orbitales se dispondrán formando un tetraedro entorno al átomo de carbono y el ángulo de enlace de dos carbonos consecutivos será de aproximadamente 109º
LOS POLÍMEROS PUEDEN DIVIDIRSE EN TRES TIPOS:
a) Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos nucleícos, etc.
b) Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc.
c) Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular.
a) almidón b) nitrocelulosa c) plástico
“POLÍMEROS SINTÉTICOS”
Son los transformados o “creados” por el hombre. Están aquí todos
los plásticos, los más conocidos en la vida cotidiana son el nylon, el
polietileno, el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno. La gran
variedad de propiedades físicas y químicas de estos compuestos
permite aplicarlos en construcción, embalaje, industria automotriz,
aeronáutica, electrónica, agricultura o medicina.
Obtención de
Polímeros
Sintéticos
Los polímeros sintéticos son lo que se obtienen por procesos de síntesis ya sea en industrias o en un laboratorio y están conformados en base de monómeros naturales controlados por el hombre. Algunos ejemplos de ellos están el vidrio, la porcelana, el nailon, el rayón, los adhesivos, etc.Se unen mediante enlace covalente.
Clasificación de los Polímeros Sintéticos:
Según el tipo de monómero que lo conforman:
a) Homopolímeros: son aquellos formados por la repetición de unidades del mismo monómero, como el polietileno, polietileno, entre otros.
b) Copolímeros: son aquellas cadenas que están formadas por 2 o más tipos de monómeros, como estireno-butadieno en las fábricas de neumáticos.
¿POR QUÉ LOS POLÍMEROS TIENEN TAN DIVERSAS
PROPIEDADES?
De acuerdo a las propiedades de los polímeros, estos se pueden clasificar de diferentes formas: reticulares y lineales, de alta y baja densidad, termoplásticos y termoestables (resistencia al calor y temperatura de fusión).
Las principales características que hacen de los polímeros materiales adecuados para infinidad de aplicaciones son:
Bajo peso Posibilidad de obtener variedad de
colores y texturas Asilamiento eléctrico y acústico Buenas propiedades mecánicas Posibilidad de estar en contacto con
alimentos sin contaminarlos Bajo precio
La mayoría de los polímeros están constituidos de tal manera que sus moléculas conforman miles de átomos dispuestos en largas cadenas lineales. Pero no tienen por qué ser necesariamente cadenas rectas. Los polímeros pueden presentar también muchos otros ordenamientos.
POLÍMEROS RETICULADOS O ENTRECRUZADOS
Las cadenas pendientes tienen algunas particularidades extrañas. A veces, ambos extremos de las cadenas pendientes se encuentran unidos a las cadenas principales de moléculas poliméricas separadas. Si existe un número suficiente de cadenas pendientes unidas a dos moléculas poliméricas, puede suceder que todas las cadenas principales del polímero se encuentren entrelazadas mutuamente, formando un retículo gigantesco.
Cuando esto ocurre, el polímero es en realidad una única molécula, ¡lo suficientemente grande como para tomarla con nuestras manos! Los polímeros como éstos se denominan polímeros entrecruzados.
Muchos tipos de caucho, como el poliisopreno y el polibutadieno, son entrecruzados. Una cubierta de auto es en realidad una gigantesca molécula reticulada, tan grande que se necesitan dos manos para levantarla
POLÍMEROS LINEALES
En su mayor parte, cuando hablamos de polímeros nos estamos refiriendo a moléculas con pesos moleculares de cientos de miles, o aún millones. También estamos hablando generalmente, de polímeros lineales. Un polímero lineal es una molécula polimérica en la cual los átomos se arreglan más o menos en una larga cadena. Esta cadena se denomina cadena principal.
Por lo general, algunos de estos átomos de la cadena están enlazados a su vez, a pequeñas cadenas de átomos.
Estas cadenas pequeñas se denominan grupos pendientes. Las cadenas de grupos pendientes son mucho más pequeñas que la cadena principal.
Normalmente tienen unos pocos átomos de longitud, pero la cadena principal posee generalmente cientos de miles de átomos.
POLÍMEROS RAMIFICADOS
No todos los polímeros son lineales. A veces existen cadenas unidas a la cadena principal, cuya longitud es comparable con la de ésta. Esto se denomina polímero ramificado. Algunos polímeros como el polietileno, pueden presentar estructuras tanto lineales como ramificadas.
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
Debido a que los enlaces covalentes se rompen por efecto de la temperatura, los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que al calentarse se ablandan y pueden volver a moldearse a presión. Representan el 78-80% de consumo total de los plásticos.
A continuación se mencionan los más importantes y sus características más importantes.
POLÍMEROS TERMOFIJOS O TERMOESTABLES
Estos materiales se caracterizan por tener cadenas poliméricas largas y entrecruzadas, que al calentarse (aumentar la temperatura) no se ablandan formando una resina con una estructura tridimensional que no se funde. La temperatura a la que se exponen no logra romper los enlaces covalentes que unen a los polímeros, es decir, polimerizan irreversiblemente bajo calor o presión formando una masa rígida y dura.
Ésta es la diferencia básica entre los polímeros termoplásticos y los termofijos o termoestables. La baquelita y la melanina son ejemplos de este tipo de plásticos, ambos son resistentes a las bacterias (por lo que actúan como fuente de contaminación, no son biodegradables).
El cuadro siguiente describe las resinas
termofijas más importantes y sus características más
importantes.
Los polímeros termofijos pueden reforzarse para aumentar su calidad, dureza y resistencia a la corrosión. El material de refuerzo más usado es la fibra de vidrio.
Ésta se usa en proporciones que varían entre 20 y 30%. El 90% de las resinas reforzadas son de poliéster. El resto lo constituyen los uretanos, fenólicos, melaninas y epóxicas.
Con los polímeros sintéticos, se pueden obtener una gran variedad de estructuras moleculares, según sea el tipo de monómeros empleados y las necesidades que se quieran satisfacer, en otras palabras el hombre puede fabricar moléculas a la medida.
Por ello, las propiedades (como la flexibilidad, densidad, resistencia a la tensión y a la temperatura) de las moléculas que se fabriquen a la medida dependerán principalmente de sus estructuras químicas, así que, también es posible diseñar estructuras con las características deseadas.
Los polímeros por ser mas ligeros y fáciles de ser procesados, en ocasiones sustituyen a los metales y a los materiales inorgánicos, como por ejemplo las fibras, los plásticos, hules, adhesivos, pinturas, etc. Que además de ser indispensables en nuestra vida cotidiana, actualmente se utilizan en industrias como la electrónica, la biotecnología, óptica, etc.
Un gran numero de materiales nuevos se obtienen a partir de mezclas de polímeros muy comunes y baratos por medio de la modificación de sus propiedades, procesamiento y estructuras químicas, pero también se obtienen de mezclas de polímeros y polvos muy finos de metales y /o vidrio.
Diferencias entre los polímeros naturales y sintéticos.
Polímeros naturalesLos polímeros naturales son todos aquellos que provienen de los seres vivos, y por lo tanto, dentro de la naturaleza podemos encontrar una gran diversidad de ellos. Las proteínas, los polisacáridos, los ácidos nucleicos son todos polímeros naturales que cumplen funciones vitales en los organismos y por tanto se les llama biopolímeros.
Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa.
La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero.
Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos. Por otro lado, la lana y la seda son dos de las miles de proteínas que existen en la naturaleza, éstas utilizadas como fibras y telas. Todo lo que nos rodea son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los ácidos nucleicos.
Un ejemplo sería: Caucho natural
El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura:
Caucho natural formado por monómeros de isoprenoEl monómero del caucho natural es el isopreno (2-metil-1,3-butadieno), que es un líquido volátil.
Las proteínas funcionan como material estructural en los animales, tal como la celulosa en las plantas. Todas las proteínas contienen los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas ellas contienen azufre.
Las proteínas están formadas por cerca de 20 aminoácidos diferentes. Estos tienen dos grupos funcionales: el grupo amino (-NH2) y grupo el carboxilo (-COOH). El grupo amino está unido a un carbono vecino del grupo carboxilo:
Proteínas
Esquema de un aminoácido
Los aminoácidos forman una proteína a través de un enlace peptídico, enlace entre un carbono del grupo carboxilo y un grupo amino.
Las proteínas son poliamidas. El enlace amida (-CONH-) entre un aminoácido y otro aminoácido se denomina enlace peptídico.
Se puede observar que sigue existiendo un grupo amino reactivo a la izquierda y un grupo carboxilo a la derecha.
Polímeros sintéticosLos polímeros sintéticos son los que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio, y están conformados a base de monómeros naturales, mientras que los polímeros semisinteticos son resultado de la modificación de un monómero natural. El vidrio, la porcelana, el nailon, el rayón, los adhesivos son ejemplos de polímeros sintéticos, mientras que la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado, lo son de polímeros semisinteticos.
Rayón
Durante la Segunda Guerra Mundial, Japón cortó el suministro de caucho natural proveniente de Malasia e Indonesia a los aliados. La búsqueda de un sustituto dio como origen el caucho sintético, y con ello surgió la industria de los polímeros sintéticos y plásticos.
El polibutadieno, un elastómero sintético, se fabrica a partir del monómero butadieno, que no posee un metil en el carbono número dos, siendo esta la diferencia con el isopreno.CH2 = CH – CH = CH2 1,3 -butadieno
El polibutadieno tiene regular resistencia a la tensión y muy poca frente a la gasolina y a los aceites. Estas propiedades limitan las posibilidades de fabricar con ellos los neumáticos.
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 fabricación de mangueras para gasolinas y otros artículos usados en las estaciones de servicio.
Un copolímero es el producto que se forma por la mezcla de dos monómeros, y en cuya cadena existen las dos unidades. El caucho estireno-butadieno (SBR) es un copolímero que contiene un 25% de estireno y un 75% de butadieno. Un segmento de este copolímero es el siguiente:
Policloropreno o neopreno
Este polímero sintético es más resistente a la oxidación y a la abrasión que el caucho natural, pero sus propiedades mecánicas no son tan óptimas. 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 fabricación de neumáticos.
Se ha logrado sintetizar el poliisopreno, un compuesto idéntico en todos los sentidos al caucho natural, solo que no se extrae del árbol del caucho.
Efectos socioeconómicos y ambientales de la producción
de polímeros
En la actualidad encontramos muchos polímeros artificiales para tantos propósitos diferentes.
Los plásticos son populares porque son:
• Económicos.• Más livianos.• Muy resistentes a la oxidación y al ataque de ácidos y bases. • Inalterables a los agentes atmosféricos como la luz, el agua y el aire.• Muy versátiles, pueden ser suaves como las plumas y más resistentes que el mismo acero.• Son aislantes de la corriente eléctrica.
Sin embargo, como en todas las cosas, estas mismas ventajas pueden ser sus peores inconvenientes. La alta resistencia a la corrosión, al agua y a la descomposición bacteriana, los convierte en residuos difíciles de eliminar y, consecuentemente, en un grave problema
ambiental.
Efectos ambientales de los polímeros
• La gran cantidad de desechos de polietileno que se tira anualmente en México está creando serios problemas, sobre todo cuando llega el momento de deshacernos de ellos.
• Si se quema, contamina el aire.
• Si se entierra, se contamina el suelo
• Y si se desecha en ríos, mares y lagos, el agua también se contamina.
Por ello es necesario evitar el uso excesivo de los empaques y utilizar las 3 R’s.
1. Reducir: Evitar todo aquello que de una u otra forma genera un desperdicio innecesario.
2. Reutilizar: Volver a usar un producto o material varias veces sin tratamiento. Darle la máxima utilidad a los objetos sin la necesidad de destruirlos o deshacerse de ellos.
3. Reciclar: Utilizar los mismos materiales una y otra vez, reintegrarlos a otro proceso natural o industrial para hacer el mismo o nuevos productos, utilizando menos recursos naturales.
http://www.xente.mundo-r.com/explora/quimica3/Polimeros.pdf
http://www.cch-sur.unam.mx/guias/experimentales/quimicaIV_2012.pdf
REFERENCIAS:
