Estructura de polietileno
Los plásticos son un grupo de materiales, sintéticos o naturales, que pueden ser moldeados cuando están blandos y luego endurecidos para conservar la forma dada. Los plásticos son polímeros. Un polímero es una sustancia formada por muchas unidades repetitivas. La palabra polímero proviene de dos palabras griegas: poly, que significa muchos, y meros, que significa partes o unidades. Un polímero puede considerarse como una cadena en la que cada eslabón es el “mer” o monómero (unidad individual). La cadena se forma uniendo, o polimerizando, al menos 1.000 eslabones. La polimerización puede demostrarse haciendo una cadena con clips o uniendo muchas tiras de papel para formar una guirnalda de papel.
Los polímeros naturales, como la celulosa y el látex, se modificaron químicamente por primera vez en el siglo XIX para formar celuloide y caucho vulcanizado. El primer polímero totalmente sintético, la baquelita, se produjo en 1907. La primera fibra semisintética, el rayón, se desarrolló a partir de la celulosa en 1911. Sin embargo, no fue hasta la interrupción global causada por la Segunda Guerra Mundial, cuando las fuentes naturales de látex, lana, seda y otros materiales se volvieron difíciles de obtener, que los sintéticos se produjeron en masa. El caucho sintético era necesario para los neumáticos, y el nylon para sustituir a la seda en los paracaídas. Hoy en día, los polímeros sintéticos en forma de plásticos son de amplio uso, y la industria del plástico es una de las que más crece en Estados Unidos y en todo el mundo. La industria produce aproximadamente 150 kilogramos de polímeros por persona al año en Estados Unidos.
Ensayo de identificación de polímeros por llama
Los polímeros están formados por varias moléculas que se combinan para formar largas cadenas. Los polímeros suelen tener puntos de fusión y ebullición elevados, como el PVC (policloruro de vinilo), el poliestireno o la celulosa. Estas moléculas simples que se unen para formar polímeros se conocen como monómeros.
Los monómeros son los bloques de construcción de moléculas más complejas, llamadas polímeros. Por lo tanto, podemos decir que un monómero es una molécula que forma la unidad básica de los polímeros y se unen con otros monómeros para formar una molécula de cadena repetitiva. Como la glucosa, el cloruro de vinilo, los aminoácidos, etc.
Se forman con la ayuda de un proceso conocido como polimerización. Es el proceso de unión de monómeros más pequeños en los polímeros mediante un enlace covalente. Durante la polimerización, se pierden grupos químicos de los monómeros para que puedan unirse. En el caso de los biopolímeros de hidratos de carbono, se trata de una reacción de deshidratación en la que se forma agua.
Tabla de identificación de polímeros
ResumenEl uso del aprendizaje automático en el diseño molecular computacional tiene un gran potencial para acelerar el descubrimiento de materiales innovadores. Sin embargo, sus beneficios prácticos aún no han sido probados en aplicaciones del mundo real, particularmente en la ciencia de los polímeros. Demostramos el descubrimiento exitoso de nuevos polímeros con alta conductividad térmica, inspirados en la química de polímeros asistida por el aprendizaje automático. Este descubrimiento se realizó gracias a la interacción entre la inteligencia de la máquina entrenada en una cantidad sustancialmente limitada de datos de propiedades poliméricas, la experiencia de la síntesis de laboratorio y las tecnologías avanzadas para las mediciones de propiedades termofísicas. Utilizando un algoritmo de diseño molecular entrenado para reconocer las relaciones cuantitativas estructura-propiedad con respecto a la conductividad térmica y otras propiedades poliméricas objetivo, identificamos miles de polímeros hipotéticos prometedores. De estos candidatos, se seleccionaron tres para la síntesis de monómeros y la polimerización debido a su accesibilidad sintética y su potencial de facilidad de procesamiento en aplicaciones posteriores. Los polímeros sintetizados alcanzaron conductividades térmicas de 0,18-0,41 W/mK, que son comparables a las de los polímeros de última generación en termoplásticos no compuestos.
Prueba de identificación de polímeros
Antes de los primeros años de la década de 1920, los químicos dudaban de la existencia de moléculas con pesos moleculares superiores a unos pocos miles. Este punto de vista limitado fue cuestionado por Hermann Staudinger, un químico alemán con experiencia en el estudio de compuestos naturales como el caucho y la celulosa. En contraste con la racionalización predominante de estas sustancias como agregados de pequeñas moléculas, Staudinger propuso que estaban formadas por macromoléculas compuestas por 10.000 o más átomos. Formuló una estructura polimérica para el caucho, basada en una unidad repetitiva de isopreno (denominada monómero). Por sus aportaciones a la química, Staudinger recibió el Premio Nobel en 1953. Los términos polímero y monómero derivan de las raíces griegas poly (muchos), mono (uno) y meros (parte).
El reconocimiento de que las macromoléculas poliméricas constituyen muchos materiales naturales importantes fue seguido por la creación de análogos sintéticos con diversas propiedades. De hecho, las aplicaciones de estos materiales como fibras, películas flexibles, adhesivos, pinturas resistentes y sólidos resistentes pero ligeros han transformado la sociedad moderna. En los siguientes apartados se analizan algunos ejemplos importantes de estas sustancias.