POLÍMEROS: Estructura molecularPOLÍMEROS: Estructura molecular

Al igual que sucede con los metales y los cerámicos, las propiedades mecánicas, físicas y químicas de los polímeros dependen de su estructura interna. Además, al igual que en aquellos, también se ven afectadas por

factores externos, principalmente la temperatura.

Una definición de POLÍMERO podría ser que se trata de materiales relativamente nuevos cuya estructura molecular difiere bastante de la estudiada en los metales y cerámicos. La misma consiste de grandes

cadenas de pequeñas moléculas orgánicas o inorgánicas unidas cadenas de pequeñas moléculas orgánicas o inorgánicas unidas covalentemente.

Estas alargadas cadenas moleculares (llamadas macromoléculas) enredadas entre si y/o unidas con otras a través de enlaces de segundo

orden (más débiles) o del tipo covalente conforman la estructura interna de un polímero.

Hay tres factores a considerar respecto a la estruc tura molecular de un polímero

Grado de cristalinidad

Naturaleza química

Configuración y conformación de las cadenas

Las típicas propiedades de los polímeros como baja densidad, polímeros como baja densidad,

baja conductibilidad, transparencia, y resistencia a la

corrosión son función de los enlaces covalentes, el tamaño de

las cadenas, el grado de interacción entre las cadenas, la presencia de grupos colgantes característicos (química), etc

Naturaleza química

La mayoría de los polímeros comerciales son creados artificialmente. El término mero o monómero se refiere a mínima entidad molecular a partir de la cual el

polímero es sintetizado.El proceso de creación se denomina polimerización:

Por adición: consiste en una reacción en cadena iniciada por una especie química llamada catalizador (R) agregada al grupo de monómeros.

Por condensación: Reacción entre dos monómeros para obtener un nuevo y único monómero + un subproducto (agua, alcohol, etc)

POLIMERIZACIÓN

Etileno (monómero)

Catalizador

Luego los diferentes monómeros se van agregando secuencialmente a esta

cadena en crecimiento

Calor

Presión

De igual forma se pueden producir diferentes polímeros a partir de otras especies químicas.

Se denominan grupos funcionales , colgantes o laterales . Pueden

XXXX

Compuestos de vinilo

laterales . Pueden ser un átomo o un grupo de átomos

En general

XXXX

Compuestos de vinilideno

XXXX

Polietileno

Tetrafluoruro de etileno

Cloruro de Polivinilo PVC

Teflón

Anillo aromático Grupo Fenil

Polipropileno

Poliestireno

Grupo Metil

Existen algunos polímeros cuya química es más Existen algunos polímeros cuya química es más Existen algunos polímeros cuya química es más Existen algunos polímeros cuya química es más compleja que los anteriores, compleja que los anteriores, compleja que los anteriores, compleja que los anteriores, por por por por ejemplo el nylon, policarbonato y el poliéster:ejemplo el nylon, policarbonato y el poliéster:ejemplo el nylon, policarbonato y el poliéster:ejemplo el nylon, policarbonato y el poliéster:

Nylon

Unidad repetitivaPolímero

Policarbonato

Poliéster

HOMOPOLÍMEROS COPOLÍMEROS

Cuando la unidad de repetición es la misma especie química

Cuando la macromolécula esta formada por diferentes unidades

de repetición

aleatorio

bloque

alternado

injerto

Configuración y conformación de las cadenas

Las macromoléculas poliméricas simples están compuestas de moléculas orgánicas que presentan por lo general una columna principal de átomos de

carbono enlazados covalentemente.

Ahora bien la naturaleza de estos enlaces Ahora bien la naturaleza de estos enlaces (figura a) permite que las cadenas resulten

tanto rectas (figura b) como curvadas (figura c).

Raramente las cadenas resultan perfectamente lineales, debido a que son libre de

rotar en torno a cada enlace C – C. Esto da lugar a que las cadenas poliméricas se

retuerzan, enreden y enrollen

Forma Molecular

La flexibilidad rotacional de cada cadena

depende del tipo de estructura de la

unidad repetitiva y su química. Enlace

doble de carbono y grupos colgantes de

gran tamaño rigidizan las cadenas.

No todas las cadenas tienen el mismo tamaño y por lo tanto el mismo peso

molecular. En virtud de lo anterior es que se debe hablar de un peso molecular

promedio. Cuanto mayor sea el tamaño de las cadenas mayor será su peso

molecular promedio.

Peso Molecular

GP (grado de polimerización) =Peso Molecular promedio

Peso Molecular de la unidad repetitiva

Las características físicas de un polímero no sólo dependen del tamaño y la forma

de las macromoléculas sino también de la configuración de la cadena. En ese

sentido encontramos cadenas . . .

Configuración Molecular

Lineales Ramificadas

Son moléculas lineales (rectas o

curvadas) unidas entre sí por

fuerzas secundarias débiles.

Ejemplo son el polietileno de alta

densidad, el pvc, poliestireno, etc

Polímeros lineales que presentan

ramificaciones (pequeñas cadenas)

unidas covalentemente a la cadena

principal. Esta configuración dificulta

el empaquetamiento y por lo tanto

da lugar a polímeros menos densos

(Polietileno de baja densidad). Es

durante la síntesis del polímero que

se crean las ramas. Muchos

polímeros lineales pueden ser

ramificados si se quiere.

ReticuladasEntrecruzadas

Cadenas lineales adyacentes

resultan unidas en varios puntos

por enlaces covalentes. Este

entrecruzamiento se puede lograr

Se da lugar durante la síntesis de

monómeros multifuncionales que

permiten establecer tres o más

enlaces durante la polimerización. entrecruzamiento se puede lograr

ya sea durante la polimerización o

luego a través de una reacción

química (átomos o moléculas

agregadas para que se unan a las

cadenas), es el caso de la

vulcanización de gomas.

enlaces durante la polimerización.

Esto es lo da lugar a una red

tridimensional de cadenas que le

otorgan al polímero

características mecánicas y

térmicas distintivas. Las resinas

epoxi, el poliuretano y la

baquelita pertenecen a este

grupo

Unidad de repetición de la “Baquelita”

Cuando la unidad de repetición presenta átomos laterales diferentes o contiene un grupo

funcional o colgante unido a la cadena principal de carbono, el polímero respectivo

puede tomar diferentes configuraciones: Cabeza-Cola o Cabeza-Cabeza

Isomerismo: Se refiere a las diferentes configuraciones atómicas que se pueden dar

dentro de cadena para una misma composición química. En este sentido se hace una

clasificación entre isomerismo geométrico y estereoisomerismo.

Configuración Isotáctica Configuración Sindiotáctica

Estereoisomerismo. Tiene que ver con el lugar físico o posición espacial que ocupan los

átomos respecto a la cadena y no el orden (cabeza-cola)

Configuración Atáctica

Isomerismo geométrico: Se refiere a la posición de los grupos funcionales enlazados a

los átomos de carbono que participan a su vez de los enlaces dobles en la unidad o

monómero. Un ejemplo es la goma natural (isopropeno)

CisTrans

Resumen:

Características moleculares de los Polímeros

Química(mero)

Tamaño(peso molecular)

Forma(retuerzan, enreden y

enrollen) Estructura

Lineal Ramificada Entrecruzada Tridimensional

Estados isoméricos

Estereoisomerismo

Isotáctica Sindiotáctica Atáctica

Isomerismo geométrico

Cis Trans

A diferencia de los metales, hablar de cristanilidad en los polímeros significa pensar en un empaquetamiento

de moléculas (cadenas) y a partir de tal configuración se tiene un cierto arreglo u orden de átomos. Esto lo

hace mucho más complejo. A raíz de este ordenamiento complejo y del gran

tamaño de las moléculas, los polímeros son

semicristalinos o totalmente amorfos. Los

parcialmente cristalinos están constituidos por

regiones cristalinas insertas dentro de una región

amorfa. Los sectores amorfos (cadenas

desordenadas o desalineadas) son altamente

probable frente al ordenamiento requerido por las

regiones cristalinas.Empaquetamiento

Cristalino vs Amorfo

regiones cristalinas.

Regiones cristalinas resultan más

densas que las amorfas del

mismo material y peso molecular.

Esto es a consecuencia del mayor

grado de empaquetamiento de

las cadenas que se logra en una

estructura cristalina.

Empaquetamiento ordenado tipo “lámina”

sólido

líquido

amorfossemicristalinos

Factores que afectan el grado de cristanilidad

Polímeros con

configuración atáctica

difícilmente puedan

formar regiones

cristalinas. Por el

contrario isotácticas o

sindiotácticas son

configuraciones que por

su regularidad

geométrica permiten un

acomodamiento de las

Enfriamientos lentos desde

el estado líquido favorecen

la formación de

estructuras cristalinas pues

Estructuras lineales o

levemente ramificadas son

fácilmente

“empaquetables” y por lo

tanto dan lugar a polímeros

predominantemente

cristalinos.

Estructura Estructura semicristalina semicristalina esferuliticaesferulitica

acomodamiento de las

cadenas lineales.estructuras cristalinas pues

tiene que ver con el

tiempo disponible para el

movimiento de las

cadenas.

Unidades repetitivas

complejas atentan

contra la formación de

estructuras cristalinas.

La presencia de

pesados y grandes

grupos colgantes

disminuye la

probabilidad de formar

estructuras cristalinas

Polímeros en red o

entrecruzados generalmente

son totalmente amorfos.

Cuando el grado de

entrecruzamiento es leve puede

existir algo de cristalinidad