Polimerización por adición
Aprovechamos las ventajas de utilizar envases de espuma de poliestireno, pero no solemos tener en cuenta dónde acaban. Los materiales de espuma de poliestireno no se descomponen rápidamente cuando se exponen a los elementos. Cuando se entierra en un vertedero, la espuma de poliestireno permanece intacta durante mucho tiempo. La buena noticia es que no se encuentra una gran cantidad de este contaminante en los vertederos (tal vez alrededor del \ (0,5\%\) en peso de la masa total de la basura). En la actualidad no hay una buena forma de reciclar la espuma de poliestireno, pero en el futuro, un científico creativo podría cambiar esta situación.
Los polímeros son muy diferentes de los otros tipos de moléculas orgánicas que has visto hasta ahora. Mientras que otros compuestos tienen una masa molar relativamente baja, los polímeros son moléculas gigantes de masa molar muy alta. Los polímeros son los componentes principales de todo tipo de plásticos y compuestos relacionados. Un polímero es una gran molécula formada por muchas moléculas más pequeñas unidas covalentemente en un patrón repetitivo. Las pequeñas moléculas que componen el polímero se denominan monómeros. Los polímeros se forman generalmente a partir de una reacción de adición o de condensación.
Polimerización del estireno
Los polímeros son moléculas orgánicas gigantes de cadena larga que se ensamblan a partir de muchas moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Los polímeros están formados por muchas unidades monoméricas que se repiten en largas cadenas. Un polímero es análogo a un collar hecho de muchas cuentas pequeñas (monómeros). Muchos monómeros son alquenos u otras moléculas con dobles enlaces que reaccionan por adición a sus dobles enlaces insaturados.
Los electrones del doble enlace se utilizan para unir dos moléculas de monómero. Esto se representa con las flechas rojas que se desplazan desde una molécula hasta el espacio entre dos moléculas donde se formará un nuevo enlace. La formación del polietileno a partir del etileno (ethene) puede ilustrarse en el gráfico de la izquierda de la siguiente manera. En el polímero completo, todos los dobles enlaces se han convertido en enlaces simples. No se ha perdido ningún átomo y se puede ver que los monómeros sólo se han unido en el proceso de adición. Una representación sencilla es -[A-A-A-A]-. El polietileno se utiliza en bolsas de plástico, botellas, juguetes y aislamiento eléctrico.
Polímero de condensación
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 radical
La siguiente tabla enumera los monómeros de algunos polímeros de adición conocidos y ejemplos de sus usos. Probablemente pueda encontrar al menos un ejemplo de cada uno de ellos en su casa. Cada monómero es una variación de la estructura del etileno (ethene) en la que uno o más átomos de H han sido sustituidos por otro grupo (resaltado en la tabla). Estas sustituciones en el monómero permiten controlar con precisión las propiedades físicas del polímero, como la densidad, el rango de fusión, la resistencia y la hidrofobicidad, y adaptar el polímero a usos especializados. Obsérvese que en la ecuación de reacción que aparece a continuación, la estructura del polímero se especifica encerrando una sola unidad de repetición entre paréntesis y especificando la naturaleza de la repetición mediante un subíndice “n”.
La notación en la que se muestra entre paréntesis una unidad repetitiva en un polímero subraya que es importante poder reconocer una unidad repetitiva dentro de una cadena de polímeros. También es importante poder generar la estructura completa del polímero a partir de una unidad repetitiva. Dentro del paréntesis puede haber una unidad repetitiva (equivalente a un monómero), o dos, o tres, etc. Utilicemos el cloruro de polivinilideno como ejemplo: