Jose Gabriel Polimero

Polímeros

La mayoría de las sustancias orgánicas presentes en la materia viva, como las proteínas, la madera, la quitina, el caucho y las resinas, son polímeros; también lo son muchos materiales sintéticos como los plásticos, las fibras, los adhesivos, el vidrio y la porcelana.

Los polímeros o macromoléculas son moléculas que se forman a partir de unidades moleculares más simples llamadas monómeros, los que se unen mediante enlaces covalentes.

El número de unidades que se repiten en una molécula grande se llama grado de polimerización.

En muchos casos el grado de polimerización es muy grande, obteniéndose polímeros de alto peso molecular también llamados macromoléculas.

Muchas propiedades de las macromoléculas dependen de su alto peso molecular y de la interacción de sus largas cadenas. Entre estas propiedades pueden citarse: la viscosidad (fundido), dureza, temperatura de fusión, resistencia al impacto, elasticidad, resistencia a la tensión, flexibilidad.

Los polímeros sintéticos han revolucionado la vida actual. Sin embargo, como varios de estos productos son prácticamente indestructibles en el medio ambiente, su producción ha creado un problema ambiental muy serio.

Clasificación química:

Los polímeros pueden formarse a partir de una (homopolímero) o más moléculas (copolímero). Se pueden dividir los polímeros lineales también por la estructura de su cadena: en isocadenas, si contienen en la cadena principal solamente átomos de carbono y heterocadenas si contienen además otros elementos (por ejemplo: oxígeno o azufre).

Polimerización: Proceso químico por el cual se obtiene el polímero a partir de monómeros.

Ejemplo 1: Si un tipo particular de polietileno tiene una masa molecular de 150000 g/mol, cuál es grado de polimerización (GP)?

Como la masa de un mol de meros (CH2CH2) es de 28 g/mol,

Reacciones de Polimerización:

Por favor, repase la clasificación de reacciones orgánicas antes de seguir adelante con la lectura de este tema.

• Polimerización por adición:

Consideremos la polimerización de letileno para dar polietileno. Como ya se vio, la molécula de eteno (o etileno), C2H4, está enlazada químicamente por un enlace doble entre los dos átomos de C y por 4 enlaces covalentes simples C-H. El C2H4 es una molécula insaturada que contiene un enlace doble carbono carbono. Cuando se activa la molécula de etileno de forma que el enlace doble C=C se abre, el doble enlace se transforma en uno simple (como se ve en la Figura 1) y como resultado cada átomo de C queda con un electrón libre para el enlace con otro C de otra molécula que tenga otro electrón libre. En este proceso el enlace  es el que se abre y el  queda intacto.

Figura 1: A) Molécula de etileno normal. B) Molécula de etileno “activada”.

La reacción 1 muestra la polimerización del etileno en polietileno:

n

n

Etapas de una polimerización en cadena:

Las reacciones de polimerización pueden dividirse en: iniciación, propagación y terminación.

Iniciación:

Para la reacción de polimerización del etileno pueden emplearse diversos tipos de catalizadores. Dentro de estos tipos están los peróxidos orgánicos que actuan como generadores de radicales libres.

Un radical libre puede definirse como un grupo de átomos que tienen un electrón desapareado (electrón libre) que puede enlazarse de forma covalente a un electrón desapareado (electrón libre) de otra molécula. Se denotan con un punto seguido a la fórmula de la especie.

La molécula de H2O2 puede descomponerse en dos radicales libres (radicales hidroxilo) según la reacción 2.

.. .. calor

H-O-O-H  2 H-O. (2)

.. ..

De la misma manera un peróxido orgánico (sustancia orgánica que en su molécula presenta un enlace O-O) puede descomponerse en radicales libres. Si R-O-O-R representa a un peróxido orgánico, donde R es un grupo químico, este peróxido puede descomponerse en dos radicales RO. (reacción 3).

R-O-O-R  RO. (3)

Por ejemplo el peróxido de benzoilo es un peróxido orgánico que genera radicales libres de acuerdo a la reacción 4:

peróxido de benzoilo radical benzoilo

(reacción 4)

Uno de los radicales libres generados en la reacción 3 (o cuatro) puede reaccionar con la molécula de etileno para formar un nuevo radical libre, como se muestra en la reacción 5.

(reacción 5)

El radical libre orgánico actúa como un catalizador iniciador de la reacción.

Propagación:

El aumento de la cadena por incorporación de sucesivas unidades de monómero se llama propagación (ver reacción 6).

(reacción 6)

En esta reacción R representa un grupo que puede contener varios monómeros.

Terminación:

La polimerización puede concluir cuando se adiciona un radical a la cadena o cuando dos cadenas en crecimiento se combinan.

• Polimerización por condensación:

Un segundo tipo de reacción que sirve para sintetizar polímeros es la polimerización por condensación. En una reacción de condensación dos moléculas se unen para formar una molécula más grande por eliminación de una molécula pequeña, como agua.

Por ejemplo: una amina (compuesto con grupo -NH2) reacciona con un ácido carboxílico (un compuesto que contiene el grupo -COOH) para formar un enlace entre el N y el C con formación de agua como se muestra en la siguiente reacción:

(reacción 7)

En la formación de nylon, una diamina (compuesto con un grupo -NH2 en cada extremo) se hace reaccionar con un diácido (compuesto con un grupo -COOH en cada extremo). Por ejemplo el nylon 6,6 se forma cuando una diamina con 6 átomos de C reacciona con ácido adípico (reacción 8).

Nylon 6

(reacción 8)

Ocurre una reacción de condensación cuando entre un extremo de la diamina y otro del ácido se elimina una molécula de agua y se forman enlaces N-C entre las moléculas. En la siguiente tabla se listan polímeros comunes que se obtienen por adición y condensación.

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