CRISTALINIDAD CRISTALINIDAD DE LOS DE LOS

POLIMEROSPOLIMEROS

CRISTALINIDAD DE LOS POLIMEROSCRISTALINIDAD DE LOS POLIMEROS

La cristalinidad esta relacionada con La cristalinidad esta relacionada con cualquier objeto en el cual las moléculas se cualquier objeto en el cual las moléculas se encuentran dispuestas según un encuentran dispuestas según un ordenamiento regular. Como por ejemplo: el ordenamiento regular. Como por ejemplo: el hielo es un cristal. En el hielo, todas las hielo es un cristal. En el hielo, todas las moléculas de agua están dispuestas de un moléculas de agua están dispuestas de un modo específico. También en la sal de mesa, modo específico. También en la sal de mesa, el cloruro de sodio. (Extrañamente, las el cloruro de sodio. (Extrañamente, las elegantes copas de cristal que poseen sus elegantes copas de cristal que poseen sus madres, no tienen nada de cristal, ya que el madres, no tienen nada de cristal, ya que el vidrio es un vidrio es un sólidosólido amorfoamorfo, es decir, un , es decir, un sólido en el cual las moléculas no tienen sólido en el cual las moléculas no tienen ningún orden ni arreglo particular).ningún orden ni arreglo particular).

EJEMPLOS DE CRISTALINIDADEJEMPLOS DE CRISTALINIDADPara comprender esta charla sobre Para comprender esta charla sobre cristales y sólidos amorfos, volvamos a cristales y sólidos amorfos, volvamos a casa. ¿A casa? ¿Por qué? Porque así casa. ¿A casa? ¿Por qué? Porque así usted podrá ver el cajón donde guarda usted podrá ver el cajón donde guarda sus medias. Algunas personas son muy sus medias. Algunas personas son muy prolijas y ordenadas. Cuando guardan prolijas y ordenadas. Cuando guardan sus medias, las pliegan y las apilan con sus medias, las pliegan y las apilan con gran dedicación. Así:gran dedicación. Así:

A otros en realidad no les interesa en A otros en realidad no les interesa en absoluto lo prolijo que pueda verse su absoluto lo prolijo que pueda verse su cajón de medias. Esas personas cajón de medias. Esas personas simplemente arrojan sus medias en el simplemente arrojan sus medias en el cajón, formando un gran montículo cajón, formando un gran montículo totalmente enredado. De modo que su totalmente enredado. De modo que su cajón se ve así:cajón se ve así:

CRISTALINIDAD DE LOS POLIMEROSCRISTALINIDAD DE LOS POLIMEROS

Los polímeros son como las medias. A veces Los polímeros son como las medias. A veces se encuentran dispuestos de modo se encuentran dispuestos de modo perfectamente ordenado, como el cajón de la perfectamente ordenado, como el cajón de la primera foto. Cuando estamos en este caso, primera foto. Cuando estamos en este caso, decimos que el polímero es decimos que el polímero es cristalinocristalino. En . En otras ocasiones, no existe un ordenamiento otras ocasiones, no existe un ordenamiento y las cadenas poliméricas forman una masa y las cadenas poliméricas forman una masa completamente enredada, como las medias completamente enredada, como las medias de la segunda foto. Cuando esto sucede, de la segunda foto. Cuando esto sucede, decimos que el polímero es decimos que el polímero es amorfoamorfo..

POLIMEROS CRISTALINOS POLIMEROS CRISTALINOS PROLIJAMENTE ORDENADOSPROLIJAMENTE ORDENADOS¿Pero qué tipo de ordenamiento suelen formar los polímeros? ¿Pero qué tipo de ordenamiento suelen formar los polímeros? Suelen alinearse estando completamente extendidos, como si Suelen alinearse estando completamente extendidos, como si fueran una prolija pila de maderos. fueran una prolija pila de maderos. Pero no siempre pueden extenderse en línea recta. De hecho, Pero no siempre pueden extenderse en línea recta. De hecho, muy pocos polímeros logran hacerlo, y esos son el polietileno muy pocos polímeros logran hacerlo, y esos son el polietileno de peso molecular ultra alto, y las aramidas como el Kevlar y el de peso molecular ultra alto, y las aramidas como el Kevlar y el Nomex. La mayoría de los polímeros se extienden sólo una Nomex. La mayoría de los polímeros se extienden sólo una corta distancia para luego plegarse sobre sí mismos. Usted corta distancia para luego plegarse sobre sí mismos. Usted puede verlo en la figura. puede verlo en la figura.

Pero no sólo se pliegan de la forma antes mencionada. Los polímeros Pero no sólo se pliegan de la forma antes mencionada. Los polímeros forman apilamientos a partir de esas cadenas plegadas. Aquí debajo forman apilamientos a partir de esas cadenas plegadas. Aquí debajo hay una figura representando uno de esos apilamientos, llamado hay una figura representando uno de esos apilamientos, llamado lamelalamela..

Claro que no siempre es tan ordenado. A veces, una parte de la Claro que no siempre es tan ordenado. A veces, una parte de la cadena está incluida en este cristal y otra parte no. La lamela ya no se cadena está incluida en este cristal y otra parte no. La lamela ya no se ve prolija ni ordenada, sino todo lo contrario.ve prolija ni ordenada, sino todo lo contrario.

Las cadenas poliméricas a menudo retornan dentro de la Las cadenas poliméricas a menudo retornan dentro de la lamela después de salir por un tiempo en el exterior. En ese lamela después de salir por un tiempo en el exterior. En ese caso, obtenemos una figura parecida a esto:caso, obtenemos una figura parecida a esto:

Este es el Este es el modelo de distribuciónmodelo de distribución de una lamela de un polímero de una lamela de un polímero cristalino. Cuando una cadena polimérica no se queda en el cristalino. Cuando una cadena polimérica no se queda en el exterior del cristal, sino que se pliega nuevamente, tal como exterior del cristal, sino que se pliega nuevamente, tal como vimos en las primeras figuras, origina un vimos en las primeras figuras, origina un modelo de re-ingreso modelo de re-ingreso adyacenteadyacente..

AMORFISMO Y CRISTALINIDADAMORFISMO Y CRISTALINIDADLos polímeros más cristalinos no son totalmente cristalinos. Las Los polímeros más cristalinos no son totalmente cristalinos. Las cadenas, o parte de ellas, que no están en los cristales, no poseen cadenas, o parte de ellas, que no están en los cristales, no poseen ningún ordenamiento.ningún ordenamiento. Decimos, entonces, que están en el Decimos, entonces, que están en el estadoestado amorfoamorfo.. Por lo tanto, un polímero cristalino tiene en realidad dos Por lo tanto, un polímero cristalino tiene en realidad dos componentes. La porción cristalina que está en la lamela y la porción componentes. La porción cristalina que está en la lamela y la porción amorfa, fuera de la lamela. En la figura ampliada de una lamela, amorfa, fuera de la lamela. En la figura ampliada de una lamela, veremos cómo están dispuestas las porciones cristalina y amorfa.veremos cómo están dispuestas las porciones cristalina y amorfa.

Como pudo observarse, una lamela crece similar a los Como pudo observarse, una lamela crece similar a los rayos de una rueda de bicicleta, desde un núcleo central. rayos de una rueda de bicicleta, desde un núcleo central. En realidad crecen en tres dimensiones, por lo que se En realidad crecen en tres dimensiones, por lo que se asemejan más a una esfera que a una rueda. Toda esta asemejan más a una esfera que a una rueda. Toda esta esfera se llama esfera se llama esferulitaesferulita. En una porción de polímero . En una porción de polímero cristalino, existen varios millones de esferulitas. cristalino, existen varios millones de esferulitas. Entre medio de la lamela cristalina hay regiones en las que Entre medio de la lamela cristalina hay regiones en las que no existe ningún orden en la disposición de las cadenas no existe ningún orden en la disposición de las cadenas poliméricas. Dichas regiones desordenadas son las poliméricas. Dichas regiones desordenadas son las porcionesporciones amorfasamorfas. . Como puede verse también en la figura anterior, una única Como puede verse también en la figura anterior, una única cadena polimérica puede formar parte tanto de una lamela cadena polimérica puede formar parte tanto de una lamela cristalina como de una porción amorfa. Alguna cadenas cristalina como de una porción amorfa. Alguna cadenas incluso comienzan en una lamela, atraviesan la región incluso comienzan en una lamela, atraviesan la región amorfa y finalmente se unen a otra lamela. Dichas cadenas amorfa y finalmente se unen a otra lamela. Dichas cadenas reciben el nombre de reciben el nombre de moléculas vínculomoléculas vínculo..

AMORFISMO Y CRISTALINIDADAMORFISMO Y CRISTALINIDAD

La cristalinidad hace que los materiales sean resistentes, La cristalinidad hace que los materiales sean resistentes, pero también quebradizos. Un polímero totalmente pero también quebradizos. Un polímero totalmente cristalino sería demasiado quebradizo como para ser cristalino sería demasiado quebradizo como para ser empleado como plástico. Las regiones amorfas le empleado como plástico. Las regiones amorfas le confieren confieren durezadureza a un polímero, es decir, la habilidad de a un polímero, es decir, la habilidad de poder plegarse sin romperse.poder plegarse sin romperse.

Pero en el caso de las fibras, los polímeros deben ser lo Pero en el caso de las fibras, los polímeros deben ser lo más cristalinos posible. Esto es porque una fibra es en más cristalinos posible. Esto es porque una fibra es en realidad un largo cristal.realidad un largo cristal.

Muchos polímeros presentan una mezcla de regiones Muchos polímeros presentan una mezcla de regiones amorfas y cristalinas, pero algunos son altamente amorfas y cristalinas, pero algunos son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos.cristalinos y otros son altamente amorfos.

AMORFISMO Y AMORFISMO Y CRISTALINIDADCRISTALINIDAD

Aquí hay algunos de los polímeros que Aquí hay algunos de los polímeros que tienden hacia dichos extremos: tienden hacia dichos extremos:

Polímeros Altamente Polímeros Altamente CristalinosCristalinos

Polímeros Altamente Polímeros Altamente AmorfosAmorfos

PolipropilenoPolipropileno

Poliestireno sindiotácticoPoliestireno sindiotáctico

NylonNylon

Kevlar y NomexKevlar y Nomex

PolicetonasPolicetonas

PolimetilmetacrilatoPolimetilmetacrilato

Poliestireno AtácticoPoliestireno Atáctico

PolicarbonatoPolicarbonato

PoliisoprenoPoliisopreno

PolibutadienoPolibutadieno

¿Pero por qué algunos polímeros son altamente ¿Pero por qué algunos polímeros son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos? Existen cristalinos y otros son altamente amorfos? Existen dos factores importantes, la dos factores importantes, la estructura poliméricaestructura polimérica y y las las fuerzas intermolecularesfuerzas intermoleculares..

Cristalinidad y estructura poliméricaCristalinidad y estructura poliméricaLa estructura de un polímero afecta en gran medida a la La estructura de un polímero afecta en gran medida a la cristalinidad. Si es regular y ordenada, el polímero se cristalinidad. Si es regular y ordenada, el polímero se empaquetaráempaquetará fácilmente en forma de cristales. Observemos el fácilmente en forma de cristales. Observemos el poliestireno para comprenderlo mejor en la siguiente poliestireno para comprenderlo mejor en la siguiente diapositiva.diapositiva.

Como puede verse en las listas anterior vista, existen dos clases Como puede verse en las listas anterior vista, existen dos clases de poliestireno. Está el de poliestireno. Está el poliestireno atácticopoliestireno atáctico y el y el poliestireno poliestireno sindiotácticosindiotáctico. Uno es sumamente cristalino y el otro es . Uno es sumamente cristalino y el otro es sumamente amorfo.sumamente amorfo.

El poliestireno sindiotáctico es El poliestireno sindiotáctico es muy ordenado, ya que los muy ordenado, ya que los grupos fenilo se sitúan grupos fenilo se sitúan alternativamente a ambos alternativamente a ambos lados de la cadena. Esto lados de la cadena. Esto significa que puede significa que puede empaquetarse fácilmente empaquetarse fácilmente formando cristales. formando cristales. Pero el poliestireno atáctico Pero el poliestireno atáctico no tiene ese orden. Los no tiene ese orden. Los grupos fenilo están dispuestos grupos fenilo están dispuestos al azar, ya sea hacia uno u otro al azar, ya sea hacia uno u otro lado de la cadena. Sin lado de la cadena. Sin ordenamiento, las cadenas no ordenamiento, las cadenas no pueden empaquetarse pueden empaquetarse correctamente. Por lo tanto el correctamente. Por lo tanto el poliestireno atáctico es poliestireno atáctico es altamente amorfo.altamente amorfo.

El polietileno es otro buen ejemplo. Puede ser El polietileno es otro buen ejemplo. Puede ser cristalino o amorfo. El polietileno lineal es casi cristalino o amorfo. El polietileno lineal es casi 100% cristalino. Pero el ramificado no puede 100% cristalino. Pero el ramificado no puede empaquetarse en la forma que lo hace el lineal, empaquetarse en la forma que lo hace el lineal, por lo tanto, es altamente amorfo.por lo tanto, es altamente amorfo.

Cristalinidad y fuerzas intermolecularesCristalinidad y fuerzas intermolecularesLas fuerzas intermoleculares pueden ser de gran ayuda para Las fuerzas intermoleculares pueden ser de gran ayuda para un polímero que quiera formar cristales. Un buen ejemplo es el un polímero que quiera formar cristales. Un buen ejemplo es el nylon. En la figura puede verse que los grupos polares amida nylon. En la figura puede verse que los grupos polares amida de la cadena principal del nylon 6,6, se encuentran fuertemente de la cadena principal del nylon 6,6, se encuentran fuertemente unidos entre sí a través de sólidos enlaces por unidos entre sí a través de sólidos enlaces por puente de puente de hidrógenohidrógeno. Esta unión tan fuerte mantiene juntos a los cristales. . Esta unión tan fuerte mantiene juntos a los cristales.

Los poliésteres constituyen otro ejemplo. Veamos el poliéster Los poliésteres constituyen otro ejemplo. Veamos el poliéster que llamamos polietilentereftalato. que llamamos polietilentereftalato.

Los grupos polares éster, forman cristales resistentes. A su Los grupos polares éster, forman cristales resistentes. A su vez, los anillos aromáticos tienden a apilarse de un modo vez, los anillos aromáticos tienden a apilarse de un modo ordenado, haciendo aún más resistente a los cristales.ordenado, haciendo aún más resistente a los cristales.

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Autor: MarianoAutor: Mariano

Fuente: Macrogaleria Fuente: Macrogaleria