Unidad de repetición
Entre otras aplicaciones, la química orgánica ha tenido un enorme impacto en el desarrollo de los modernos materiales llamados polímeros. Muchos objetos de la vida cotidiana están compuestos por polímeros; curiosamente, también lo están varios materiales biológicos importantes.
Ahora imaginemos además que el doble enlace de la segunda molécula de etileno se abre y ataca a una tercera molécula de etileno, que también abre su doble enlace y ataca a una cuarta molécula de etileno, y así sucesivamente. El resultado final es una molécula larga y prácticamente interminable:
Esta molécula larga y casi interminable se denomina polímeroUna molécula larga formada por cientos o miles de unidades repetitivas. (del griego que significa “muchas partes”). La parte original -el etileno- se llama monómeroLa unidad repetida de un polímero. (que significa “una parte”). El proceso de fabricación de un polímero se llama polimerizaciónEl proceso de fabricación de un polímero.. Un polímero es un ejemplo de macromolécula, nombre que recibe una molécula de gran tamaño.
Los polímeros simples reciben el nombre de sus monómeros; el polímero de etileno se denomina formalmente poli(etileno), aunque en el uso común, los nombres se utilizan sin paréntesis: polietileno. Como la adición de un monómero a otro forma este polímero, el polietileno es un ejemplo de un tipo de polímero llamado polímeros de adición. La figura 16.5 “Algunos monómeros y sus polímeros de adición” enumera algunos polímeros de adición y sus monómeros. Uno de ellos, el poli(óxido de etileno), no resulta de la apertura de un doble enlace sino de la apertura de un anillo en el monómero; sin embargo, el concepto de unión con otros monómeros es el mismo.
Grado de polimerización
En el mundo de las ciencias de los materiales y de los plásticos, la diferencia entre monómero y polímero es a menudo confusa, si no es que se confunde. Dado que los términos se relacionan con el plástico, se ven en la gama más amplia de compuestos orgánicos sintéticos o semisintéticos maleables que se moldean en objetos sólidos. No obstante, los monómeros y polímeros sintéticos desempeñaron un papel importante en la historia de los plásticos, revolucionando las ciencias de los materiales a principios del siglo XX y, en consecuencia, llegando a desempeñar un papel destacado en la economía industrial moderna. La capacidad de los químicos de diseñar moléculas sintéticas para conseguir un conjunto de propiedades deseadas, como la conductividad eléctrica, la resistencia al calor, la resistencia al impacto, la fuerza, la rigidez y la densidad, cambió el mundo.
La principal diferencia entre los monómeros y los polímeros es que los primeros son el componente necesario para formar los segundos. Los polímeros están formados por una cadena de monómeros mediante un proceso conocido como polimerización.
Un monómero es un átomo único, una pequeña molécula o un fragmento molecular que, cuando se une a tipos idénticos y similares de monómeros, forma una macromolécula más grande conocida como polímero. Los monómeros se unen para formar polímeros durante una reacción química llamada polimerización, ya que las moléculas se unen compartiendo electrones.
Monómero frente a polímero
Aunque no nos demos cuenta, los polímeros nos rodean: no sólo en nuestros juguetes, ropa y multitud de productos de plástico, sino en las cosas que comemos, e incluso en nuestro cuerpo. Pero, ¿qué son exactamente los polímeros? ¿Son lo mismo que los plásticos? ¿Cómo se fabrican? ¿Y qué tienen que ver con los clips?
Digamos que te sientes creativo y decides hacer un patrón (uno plateado, uno rojo, uno plateado) que luego repites en una larga cadena. Puede que decidas tener algunos clips adicionales que salgan de la cadena principal. O puedes pensar que un clip para colgar en la pared sería una gran idea (seamos sinceros, ¿a quién no le gustaría?) y unir varias cadenas en sentido transversal para formar una red en forma de tapete.
Al igual que los clips, los monómeros son capaces de unirse en largas cadenas. Estas cadenas pueden ser lineales, ramificadas o en red. Cuando se hace una cadena de sujetapapeles, es el hilo de los clips unidos el que mantiene unida la creación. Los monómeros se unen para formar cadenas de polímeros formando enlaces covalentes, es decir, compartiendo electrones. Otros enlaces mantienen unidos los grupos de cadenas para formar un material polimérico.
Macromoléculas
Los polímeros están por todas partes. Basta con mirar a nuestro alrededor. Tu botella de agua de plástico. Las puntas de goma de silicona de los auriculares de tu teléfono. El nylon y el poliéster de tu chaqueta o tus zapatillas. La goma de los neumáticos del coche familiar. Ahora mírate en el espejo. Muchas proteínas de tu cuerpo también son polímeros. Piensa en la queratina, el material del que están hechos tu pelo y tus uñas. Incluso el ADN de tus células es un polímero.
Por definición, los polímeros son moléculas de gran tamaño formadas por la unión (enlace químico) de una serie de bloques de construcción. La palabra polímero viene del griego y significa “muchas partes”. Cada una de esas partes es lo que los científicos llaman un monómero (que en griego significa “una parte”). Piense en un polímero como una cadena, en la que cada uno de sus eslabones es un monómero. Esos monómeros pueden ser simples -sólo un átomo o dos o tres- o pueden ser complicadas estructuras en forma de anillo que contienen una docena o más de átomos.
En algunos casos, los polímeros forman redes ramificadas en lugar de cadenas simples. Independientemente de su forma, las moléculas son muy grandes. De hecho, son tan grandes que los científicos las clasifican como macromoléculas. Las cadenas de polímeros pueden incluir cientos de miles de átomos, incluso millones. Cuanto más larga sea una cadena polimérica, más pesada será. Y, en general, los polímeros más largos darán a los materiales fabricados con ellos una mayor temperatura de fusión y ebullición. Además, cuanto más larga sea la cadena de un polímero, mayor será su viscosidad (o resistencia a fluir como líquido). La razón: Tienen una mayor superficie, lo que hace que quieran adherirse a las moléculas vecinas.