Ejemplo de reacción de polimerización
Clasificación de los polímeros: Un polímero es una sustancia natural o sintética formada por grandes moléculas conocidas como macromoléculas que son una combinación de muchas subunidades llamadas monómeros. Los polímeros se encuentran de forma natural a nuestro alrededor, desde las cadenas de ADN hasta los minerales como el diamante y el cuarzo, pasando por los materiales artificiales como el hormigón, el vidrio, el papel y los plásticos.
Los polímeros tienen diversas aplicaciones industriales y se utilizan en la fabricación de múltiples productos de consumo. Se utilizan para fabricar botellas de plástico, puntas de goma de los auriculares, bolsas de plástico, etc. Muchas proteínas del cuerpo humano están hechas de polímeros. En este artículo, aprenderemos más sobre los polímeros, la clasificación de los polímeros en función de su estructura, su aparición, sus fuerzas moleculares y su comportamiento térmico y otros usos importantes.
El término polímero se refiere a una gran molécula formada por muchas unidades constitutivas pequeñas de estructura idéntica conocidas como monómeros. Puede aparecer de forma natural o crearse artificialmente en un laboratorio. El número de unidades monoméricas que constituyen un polímero puede variar en las distintas sustancias. Los polímeros con un número muy elevado de unidades monoméricas se denominan polímeros altos.
Clasificación de los polímeros naturales
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.
Polimerización
La forma más común de clasificar los polímeros es separarlos en tres grupos: termoplásticos, termoestables y elastómeros. Los termoplásticos pueden dividirse en dos tipos: los que son cristalinos y los que son amorfos.
Las moléculas de un termoplástico se mantienen unidas por fuerzas intermoleculares relativamente débiles, de modo que el material se ablanda cuando se expone al calor y vuelve a su estado original cuando se enfría. Los polímeros termoplásticos pueden ablandarse repetidamente por calentamiento y solidificarse por enfriamiento, un proceso similar al de la fusión y el enfriamiento repetidos de los metales. La mayoría de los polímeros lineales y ligeramente ramificados son termoplásticos. Todos los principales termoplásticos se producen por polimerización en cadena.
Los plásticos termoestables, o termoestables, se solidifican o “cuajan” de forma irreversible cuando se calientan; no pueden volver a formarse mediante el calentamiento. Los termoestables suelen ser polímeros tridimensionales en red en los que existe un alto grado de reticulación entre las cadenas de polímeros. La reticulación restringe el movimiento de las cadenas y da lugar a un material rígido. A continuación se muestra una estructura esquelética simulada de un polímero en red con una alta densidad de reticulación.
Mecanismo de polimerización
La palabra polímero deriva de las palabras griegas clásicas poly que significa “muchos” y meres que significa “partes”. En pocas palabras, un polímero es una molécula de cadena larga que está compuesta por un gran número de unidades repetitivas de idéntica estructura. Algunos polímeros, como las proteínas, la celulosa y la seda, se encuentran en la naturaleza, mientras que muchos otros, como el poliestireno, el polietileno y el nailon, sólo se producen por vías sintéticas. En algunos casos, los polímeros naturales también pueden producirse sintéticamente. Un ejemplo importante es el caucho natural (Hevea), conocido como poliisopreno en su forma sintética.
Los polímeros que son capaces de alcanzar una gran extensión en condiciones ambientales encuentran importantes aplicaciones como elastómeros. Además del caucho natural, hay varios elastómeros sintéticos importantes, como el nitrilo y el caucho butílico. Otros polímeros pueden tener características que permiten su fabricación en fibras largas adecuadas para aplicaciones textiles. Las fibras sintéticas, principalmente el nylon y el poliéster, son buenos sustitutos de las fibras naturales como el algodón, la lana y la seda.