Ecuación de Van der waals
Los polímeros se producen a escala industrial principalmente, aunque no exclusivamente, para su uso como materiales estructurales. Sus propiedades físicas son especialmente importantes para determinar su utilidad, ya sea como neumáticos de caucho, revestimientos para edificios o combustibles sólidos para cohetes.
Figura 29-3: Representación de las interacciones atractivas entre los hidrógenos en un cristalito de polietileno. Este dibujo está incompleto, ya que no muestra las interacciones de las cadenas representadas con las otras cadenas que están delante y detrás.
Los polímeros que no están muy reticulados tienen propiedades que dependen en gran medida de las fuerzas que actúan entre las cadenas. A modo de ejemplo, consideremos un polímero como el polietileno que, en una muestra comercial normal, estará formado por moléculas que tienen de 1000 a 2000 grupos \ce{CH_2}\ en cadenas continuas. No obstante, la difracción de rayos X muestra que el polietileno tiene un carácter cristalino muy considerable, con regiones de hasta varios cientos de unidades angstrom de longitud, que tienen cadenas ordenadas de grupos \ce{CH_2} orientadas unas respecto a otras como las cadenas de los hidrocarburos cristalinos de bajo peso molecular. Estas regiones cristalinas se llaman cristalitos (Figura 29-3). Entre los cristalitos del polietileno hay regiones amorfas, no cristalinas, en las que las cadenas del polímero están esencialmente ordenadas al azar unas respecto a otras (Figura 29-4). Estas regiones constituyen defectos cristalinos.
Fuerzas dipolo-dipolo
Se sabe que la interacción de Van der Waals es una fuerza intermolecular. Entonces, ¿es posible que una larga cadena de polímeros interactúe consigo misma a través de interacciones no enlazadas (como las fuerzas de van der Waals / fuerzas electrostáticas / enlaces de hidrógeno)?
Las interacciones intramoleculares -aunque no son necesariamente la fuerza motriz para la formación de un glóbulo proteico colapsado (normalmente se argumenta que se debe al efecto hidrofóbico, que requiere interacciones intermoleculares)- son la base de la estructura de orden superior en las proteínas e incluso en algunas formas de ARN. No mencionaré el ADN, ya que lo más habitual es que forme una doble hélice bimolecular.
Todas las interacciones que menciona pueden desempeñar un papel en la estabilización de una estructura o “pliegue” proteico concreto. Un ejemplo bueno y básico de adquisición de estructura proteica debido a las interacciones intramoleculares en las proteínas es la polialanina, que adquiere una estructura secundaria alfa-hélica estabilizada por enlaces de hidrógeno intramoleculares, normalmente entre grupos amida separados por 2 aminoácidos a lo largo de la cadena. Otros tipos de estructura estabilizada por interacciones intramoleculares (enlaces H, por lo general) en los polipéptidos incluyen otros tipos de hélices, hojas beta y varios giros.
Fuerzas moleculares y enlaces químicos en los polímeros
En física molecular, la fuerza de van der Waals, llamada así por el físico holandés Johannes Diderik van der Waals, es una interacción entre átomos o moléculas que depende de la distancia. A diferencia de los enlaces iónicos o covalentes, estas atracciones no son el resultado de un enlace electrónico químico;[2] son comparativamente débiles y, por tanto, más susceptibles de ser perturbadas. La fuerza de Van der Waals se desvanece rápidamente a mayores distancias entre las moléculas que interactúan.
La fuerza de Van der Waals desempeña un papel fundamental en campos tan diversos como la química supramolecular, la biología estructural, la ciencia de los polímeros, la nanotecnología, la ciencia de las superficies y la física de la materia condensada. También subyace en muchas propiedades de los compuestos orgánicos y los sólidos moleculares, incluida su solubilidad en medios polares y no polares.
Si no existe ninguna otra fuerza, la distancia entre los átomos en la que la fuerza se vuelve repulsiva en lugar de atractiva a medida que los átomos se acercan se denomina distancia de contacto de Van der Waals; este fenómeno es el resultado de la repulsión mutua entre las nubes electrónicas de los átomos[3].
Fuerzas intermoleculares en el polietileno
Abrir en otra ventanaFigura 1.(a) Punto negro de contacto de una esfera de goma lisa visto al microscopio como se muestra en (b) [12]. (Versión en línea en color). Resulta interesante que, en condiciones de limpieza y sequedad, el punto negro era mayor de lo que se esperaba según la teoría de Hertz del contacto puramente elástico, lo que indica que había una fuerza de adhesión que tiraba de las superficies. Además, estaba claro que era necesaria una fuerza de tensión para separar las superficies de goma y superar esta adhesión, como se muestra en la figura 2. Incluso cuando se tomaron todas las precauciones para garantizar que no hubiera ninguna fuerza electrostática o dipolar, la adhesión persistió.
Abrir en otra ventanaFigura 5.Relación entre los eritrocitos dobletes/singles frente a la fracción de volumen de las células [9].A continuación, se probaron los eritrocitos de caballo y de rata de la misma manera y se demostró que daban una adhesión significativamente mayor. Baskurt et al. [26] han demostrado que la agregación de dichas células es mayor que la de las células humanas, pero no se tuvieron en cuenta los efectos de la fracción de volumen. Popel et al. [27] reconocieron que las células de caballo se adhieren mejor y esto se atribuyó a la naturaleza atlética del animal. La tabla 1 cuantifica la diferencia de adhesión en términos del gradiente (N2/N1)ϕ.