Tema 4 Polimeros

7/27/2019 Tema 4 Polimeros

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MACROMOLÉCULAS

La materia que compone las células, menos el agua y las sales minerales, está formada

por moléculas orgánicas (moléculas que tienen carbono).Muchos compuestos orgánicos presentan gran

complejidad estructural y tienen elevadas masasmoleculares. Éstos reciben el nombre de

MACROMOLÉCULAS.Una bacteria tiene unas 5000clases de moléculas orgánicas

diferentes y una célula vegetal oanimal, casi el doble. Todas estasmoléculas (BIOPOLÍMEROS,

macromoléculas de origen natural)se agrupan en 4 clases: GLÚCIDOS,

LÍPIDOS, PROTEÍNAS y ÁCIDOS

NUCLEICOS.Además, existen sustancias fabricadas por el

hombre, como los plásticos, las fibras textiles, loscauchos, las siliconas, etc., que constituyen

grandes macromoléculas llamadas POLÍMEROS, yque se obtienen a partir de moléculas sencillas

repetidas miles de veces.

GBZA – 4º Química – Profesor: Rafael Calderón Rodríguez



POLÍMEROS

Macromoléculas con una masa molecular que puede alcanzar millones de uma. A pesarde su gran tamaño, suelen ser muy simples químicamente, ya que están formados por la

repetición de moléculas sencillas llamadas MONÓMEROS.

Por ejemplo, el POLIETILENO (PE) está formado por la unión repetida y consecutiva demoléculas de etileno, CH2 = CH2 (monómero). El doble enlace del etileno se rompe, lo

que permite que la cadena crezca por los2 lados.

La unidad monomérica que se repite “n” vecesformando una cadena es – CH2 – CH2 – . El

polímero se representa como –(CH2 – CH2)n –,donde n corresponde al número de

monómeros que hay en la cadena (se llamaGRADO DE POLIMERIZACIÓN)



CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS

Los polímeros se pueden clasificar de diferentes maneras:

1. Según su origen

a) Polímeros naturales obiopolímeros: Existen en la naturaleza.Por ejemplo, la celulosa, polisacáridoformado por unidades de glucosa

unidas en enlaces ß (14).

b) Polímeros semisintéticos oartificiales: Se obtienen por latransformación de polímerosnaturales para obtener productos de

mayor interés comercial. Porejemplo, el caucho vulcanizado, quees caucho tratado con azufreobteniendo un material másresistente al frío, al calor y a losrayos ultravioletas; se utiliza en la

fabricación de neumáticos.




c) Polímeros sintéticos: Se obtienenindustrialmente a partir de los monómeros.Actualmente existen muchos polímerossintéticos, como por ejemplo el PVC(policloruro de vinilo), que se obtiene porpolimerización del cloruro de vinilo y es unmaterial rígido que se una en la fabricación

de tubos o recubrimiento de cables.2. Según su composición química

a) Polímeros orgánicos: Tienen en la cadena principal átomos de carbono. Se puedenclasificar en 2 grupos:

POLÍMEROS VINÍLICOS: La cadenaprincipal está formada sólo porátomos de carbono e hidrógeno,como puede ser el polietileno(formado por la unión de muchas

moléculas de eteno).

POLÍMEROS ORGÁNICOS NO VINÍLICOS: Ademásdel carbono tienen oxígeno o nitrógeno en sucadena principal. Por ejemplo, las proteínas, en lasque un grupo amino de un aminoácido se une conel grupo ácido carboxílico de otro aminoácido a

través de un enlace peptídico.




b) Polímeros inorgánicos: Se clasifican dependiendo del átomo principal que tienen:

Tienen azufre: por ejemplo los polisulfurosque son sales que contienen aniones Sn-.

Tienen silicio: los más importantes son lassiliconas, que tienen múltiples aplicaciones,desde aplicaciones industriales (moldes,adhesivos…) hasta aplicaciones médicas

(prótesis).

3. Según la composición de los monómeros

a) Homopolímeros: Están formados por un único tipo de monómero, como por ejemplo elPVC (cloruro de polivinilo) o el PE (polietileno).

b) Heteropolímeros: estos materiales se obtienen a partir de varios monómerosdiferentes. Normalmente los heteropolímeros tienen 2 o 3 tipos de monómeros.

Copolímeros: materiales formados por 2 tipos demonómeros. Existe gran variedad de polímeros de este tipo,

como por ejemplo el nylon.

Termopolímeros:materiales formados por 3

monómeros diferentes.




Ejemplo de copolímeros: el nylon, quese obtiene a partir de diaminas y ácidosdicarboxólicos.

En los copolímeros, los monómeros pueden

distribuirse de distinta manera a lo largo delpolímero: al azar, alternada, en bloque, etc.

4. Según su estructura

a) Lineales: Formados por monómeros difuncionales que se unen por los dos extremosde la cadena. Por ejemplo, el PE (polietileno).

b) Ramificados: formados por monómeros trifuncionales. Por ejemplo, el PS

(poliestireno).




c) Entrecruzados: cadenaslienales cercanas se unen entresí linealmente medianteenlaces covalentes. Porejemplo, el caucho

c) Reticulados: Cadenasramificadas se entrelazan en las

3 direcciones del espacio. Porejemplo, las resinas epoxi.

Ejemplo:poliestireno(ramificado)

Ejemplo:resinasepoxi




5. Según sus aplicaciones

a) ELASTÓMEROS: Materiales que se deformanmucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperansu forma inicial al eliminar el esfuerzo. Ejemplo:goma natural (tacones y suelas de zapatos).

b) PLÁSTICOS: Materiales que cuando se produce un

esfuerzo suficientemente intenso no pueden volvera su forma original.

c) FIBRAS: Materiales que se unen formando cadenas largas de polímeros con granresistencia, ligereza y elasticidad.

d) RECUBRIMIENTOS: Materiales líquidos

que cubren la superficie de otrosmateriales para protegerlos.

e) ADHESIVOS: Sustancias que combinanuna alta adhesión y una alta cohesión, loque les permite unir 2 o más cuerpos por

contacto superficial.



6. Según su comportamiento al elevar la temperatura


a) TERMOPLÁSTICOS: Materiales quedespués de fundirse o ablandarsecuando se calientan, recuperan suspropiedades originales al enfriarse.Generalmente son polímeros lineales.Ejemplos: PE (polietileno), o el PVC

(cloruro de polivinilo).

b) TERMOESTABLES: Materiales que despuésde calentarlos se convierten en sólidos másrígidos que los polímeros originales.Generalmente son polímeros entrecruzados, ytiene este comportamiento porque con elcalor se forman nuevos entrecruzamientos

(producen mayor resistencia a la fusión).Ejemplo: la baquelita (es un material que sepuede moldear durante su obtención, perodespués es duro, insoluble en agua, aislanteeléctrico y fácil de producir).



REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN

Existen 2 tipos fundamentales de polimerización: POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN y

POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN.

POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN

Se produce generalmente con monómeros que tienen dobles enlaces. Los enlaces serompen y los electrones desapareados quedan libres y reaccionan con moléculas vecinasy forman una cadena polimérica. La cadena se forma utilizando todos los átomos de los

monómeros. Es una reacción de adición intermolecular.

El mecanismo general ocurre en 3 fases:

a) Etapa de iniciación: el procesocomienza mediante un mecanismo

de radicales libres gracias a uncatalizador, que puede ser porejemplo un peróxido, que produceun radical libre que reacciona con elmonómero y pone en marcha lareacción.




b) Propagación o crecimiento: Se produceuna reacción en cadena en la que losmonómeros se unen a los 2 extremos dela cadena polimérica.

c) Terminación: Se produce cuando losradicales libres de los extremosreaccionan con otros radicales libres. Estopuede ocurrir de 2 formas:

- Los radicales libres de los extremos seunen a impurezas que hay en la reacción.- Los radicales libres de los extremos deuna cadena se unen a dos cadenas quetengan un extremo neutralizado (eseextremo ya no es reactivo).

Ejemplos de polímeros de adición




POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN

Se produce una reacción de condensación, en la que 2 moléculas orgánicas reaccionanpara formar una molécula más grande y se libera una molécula de agua.

La reacción se produce entre monómerospolifuncionales (para que la reacción se produzcaen dos puntos de la molécula). El polímero que se

obtiene puede ser un copolímero (formado pordos monómeros) o un homopolímero (formado

por un tipo de monómero).

Reactantes Polímero

DiolesHOH2C - R -

CH2OHPoliésteres

DiácidosHOOC-R'-CO

OH-R - CH2-COO - R'-

DiaminasH2N - R -

NH2 Poliamidas

DiácidosHOOC-R'-CO

OH-R-NHCO-R' -

DiolesHOH2C - R -

CH20HPoliuretanos

DiisocianatosOCN - R'-

NCO- R - CH2 -

NHCOO - R'-

Ejemplos de polímeros porcondensación



PROPIEDADES DE LOS POLÍMEROS

La estructura de los polímeros determina sus propiedades físicas.Algunas de las más importantes son:

1) GRADO DE POLIMERIZACIÓN: Las reacciones de polimerización producen productosde diferente tamaño. Se forma una mezcla de polímeros de diferentes pesos

moleculares. La masa molecular determina las propiedades mecánicas; los polímeros decadenas cortas son más fluidos, y los de cadenas largas son más compactos.

2) CRISTALINIDAD: Las cadenas de polímeros

normalmente están desordenadas, forman unconjunto amorfo (aporta elasticidad al material),

pero en algunos casos aparecen zonasordenadas llamadas ZONAS CRISTALINAS, que le

da al material mayor resistencia.

3) RIGIDEZ INTRÍNSECA: Es la incapacidad quetienen algunos polímeros de rotar alrededor desus enlaces. Es debido a que las cadenas

laterales son voluminosas (ejemplo: poliestireno)

4) ENTRECRUZAMIENTO o RETICULACIÓN: Formación de enlaces covalentes lateralesentre las cadenas poliméricas. Cuando la reticulación es baja, el polímero se comporta

como termoplástico y es soluble en algunos disolventes (al contrario, termoestable).



PRINCIPALES POLÍMEROS NATURALES Y SINTÉTICOS

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