Polímeros sintéticos
En 1920, en la ETH de Zúrich, el químico Hermann Staudinger postuló la existencia de macromoléculas formadas por muchos módulos idénticos engarzados como una cadena. En un primer momento, esto fue recompensado con burlas e incomprensión en los círculos profesionales. Sin embargo, Staudinger tuvo razón: hoy las macromoléculas descritas como polímeros se conocen como plásticos, y en 1950 ya se producía un kilogramo de ellos por habitante en todo el mundo.
Hoy, más de noventa años después del descubrimiento de Staudinger -por el que el químico fue galardonado con el Premio Nobel en 1953- se fabrican cada año unos 150 millones de toneladas de plásticos. Se ha desarrollado una industria gigantesca, sin cuyos productos nuestra vida cotidiana ya no es imaginable.
Imagen de microscopía electrónica de transmisión filtrada de un haz de polímeros bidimensionales que muestra su estructura regular (periódica) en la dirección de las capas y, por tanto, las unidades de repetición areal. (Imagen: Empa / ETH Zurich)
El quid de la cuestión era crear monómeros oligofuncionales de forma que se unieran de forma puramente bidimensional en lugar de lineal o incluso tridimensional. Los polímeros de este tipo deben tener tres o más enlaces covalentes entre las unidades que se repiten regularmente. Los científicos tuvieron que averiguar qué química y entorno de unión eran los más adecuados para producir este tipo de “alfombra molecular”.
Macromoléculas
Un polímero es una sustancia compuesta por macromoléculas[2]. Una macromolécula es una molécula de alta masa molecular relativa, cuya estructura comprende esencialmente la repetición múltiple de unidades derivadas, real o conceptualmente, de moléculas de baja masa molecular relativa[3].
es una sustancia o material formado por moléculas muy grandes, o macromoléculas, compuestas por muchas subunidades repetidas[6]. Debido a su amplio espectro de propiedades,[7] tanto los polímeros sintéticos como los naturales desempeñan papeles esenciales y ubicuos en la vida cotidiana[8] Los polímeros van desde los conocidos plásticos sintéticos, como el poliestireno, hasta los biopolímeros naturales, como el ADN y las proteínas, que son fundamentales para la estructura y la función biológicas. Los polímeros, tanto naturales como sintéticos, se crean mediante la polimerización de muchas moléculas pequeñas, conocidas como monómeros. Su consiguiente gran masa molecular, en relación con los compuestos de moléculas pequeñas, produce propiedades físicas únicas, como dureza, alta elasticidad, viscoelasticidad y tendencia a formar estructuras amorfas y semicristalinas en lugar de cristales.
Cómo cambió el plástico el mundo
Plástico es una palabra que originalmente significaba “flexible y fácil de moldear”. Sólo recientemente se ha convertido en el nombre de una categoría de materiales llamados polímeros. La palabra polímero significa “de muchas partes”, y los polímeros están formados por largas cadenas de moléculas. Los polímeros abundan en la naturaleza. La celulosa, el material que compone las paredes celulares de las plantas, es un polímero natural muy común.
En el último siglo y medio, el ser humano ha aprendido a fabricar polímeros sintéticos, a veces utilizando sustancias naturales como la celulosa, pero más a menudo utilizando los abundantes átomos de carbono que proporcionan el petróleo y otros combustibles fósiles. Los polímeros sintéticos están formados por largas cadenas de átomos, dispuestas en unidades repetitivas, a menudo mucho más largas que las que se encuentran en la naturaleza. La longitud de estas cadenas y los patrones en los que están dispuestas son los que hacen que los polímeros sean fuertes, ligeros y flexibles. En otras palabras, es lo que los hace tan plásticos.
Estas propiedades hacen que los polímeros sintéticos sean excepcionalmente útiles, y desde que aprendimos a crearlos y manipularlos, los polímeros se han convertido en una parte esencial de nuestras vidas. Especialmente en los últimos 50 años, los plásticos han saturado nuestro mundo y han cambiado nuestra forma de vivir.
Revista de polímeros
Lípidos, polisacáridos, proteínas y polinucleótidos son los principales grupos de macromoléculas que se encuentran en todos los organismos vivos. Estas moléculas gigantes llevan a cabo todas las funciones vitales que necesitan las células. Las macromoléculas intervienen en procesos como la digestión de los alimentos, el almacenamiento de información, la manipulación de la energía y el metabolismo. Son complejas y enormes asociaciones de subunidades moleculares que parecen imposiblemente difíciles de entender. Afortunadamente, todas están construidas según el mismo principio de construcción.
Los monómeros son pequeñas moléculas, en su mayoría orgánicas, que pueden unirse a otras moléculas similares para formar moléculas muy grandes, o polímeros. Todos los monómeros tienen la capacidad de formar enlaces químicos con al menos otras dos moléculas monoméricas.
Uno de los primeros seres humanos que descubrió y fabricó un polímero artificial fue el químico alemán Hans von Pechmann. Probablemente fue un accidente. En 1899 encontró una sustancia blanca, pegajosa y sospechosa en el fondo de un matraz en el que había estado intentando descomponer el diazometano. No tenía ni idea de lo que había hecho, así que encargó el análisis del material a Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner, que encontraron largas cadenas de -CH2-, a las que llamaron “polimetileno”.