UNA BREVE INTRODUCCIÓN A LOS POLÍMEROSUNA BREVE INTRODUCCIÓN A LOS POLÍMEROS

1. Materiales poliméricos1. Materiales poliméricos

Un ingeniero estructural que desee usar adhesivos debe comprender por lo menos lo Un ingeniero estructural que desee usar adhesivos debe comprender por lo menos lo rudimentario en química de polímeros, así como un ingeniero estructural que trabaje con rudimentario en química de polímeros, así como un ingeniero estructural que trabaje con

aleaciones metálicas debe comprender por lo menos lo rudimentario en metalurgia.aleaciones metálicas debe comprender por lo menos lo rudimentario en metalurgia.El objetivo de lo subrayado en esta discusión es simplemente definir algunos de los términos El objetivo de lo subrayado en esta discusión es simplemente definir algunos de los términos

comúnmente utilizados para la clasificación y la descripción de los polímeros.comúnmente utilizados para la clasificación y la descripción de los polímeros.

1.1 Estructura atómica1.1 Estructura atómica

Toda la materia está compuesta de átomos, el cual consiste de un pequeño y muy denso Toda la materia está compuesta de átomos, el cual consiste de un pequeño y muy denso núcleo, el cual es orbitado por partículas más pequeñas llamadas electrones, que está núcleo, el cual es orbitado por partículas más pequeñas llamadas electrones, que está

conformado por los protones y los neutrones, mostrando las siguientes características:conformado por los protones y los neutrones, mostrando las siguientes características:

La carga eléctrica de estas partículas subatómicas usualmente es descrita en términos La carga eléctrica de estas partículas subatómicas usualmente es descrita en términos relativos; es decir, el protón es considera como una carga de “+1” y el electrón como “-1”.relativos; es decir, el protón es considera como una carga de “+1” y el electrón como “-1”.

El El número atómiconúmero atómico de un átomo es igual al número de protones presentes en el núcleo y se de un átomo es igual al número de protones presentes en el núcleo y se designa con el símbolo “Z”. El número de neutrones en el núcleo es llamado designa con el símbolo “Z”. El número de neutrones en el núcleo es llamado número de número de

neutrón neutrón y se le asigna el símbolo “N”. El y se le asigna el símbolo “N”. El número de masanúmero de masa es denominado “A”, y es la suma es denominado “A”, y es la suma del número atómico y de neutrones: A = Z + N.del número atómico y de neutrones: A = Z + N.

La identidad de un átomo es establecida por el número atómico, es decir, por el número de La identidad de un átomo es establecida por el número atómico, es decir, por el número de protones en su núcleo. Por ejemplo, todos los átomos de oxígeno tienen Z = 8, lo que indica protones en su núcleo. Por ejemplo, todos los átomos de oxígeno tienen Z = 8, lo que indica que todos sus átomos contienen 8 protones en su núcleo. Sin embargo, el valor de N puede que todos sus átomos contienen 8 protones en su núcleo. Sin embargo, el valor de N puede

variar en átomos del mismo elemento como en este caso, ya que N puede tomar valores de 8, variar en átomos del mismo elemento como en este caso, ya que N puede tomar valores de 8, 9 o 10, por lo que A puede ser 16, 17 o 18. Los átomos que tienen el mismo número atómico 9 o 10, por lo que A puede ser 16, 17 o 18. Los átomos que tienen el mismo número atómico

pero diferentes números de masa son llamados pero diferentes números de masa son llamados isótoposisótopos del elemento. del elemento.

El número de masa atómica es un método común para la comparación de las masas relativas El número de masa atómica es un método común para la comparación de las masas relativas de diferentes átomos del mismo elemento. Por acuerdo internacional, el átomo de carbono-12 de diferentes átomos del mismo elemento. Por acuerdo internacional, el átomo de carbono-12

(un isótopo con 6 protones y 6 neutrones en su núcleo) fue asignado con un A de (un isótopo con 6 protones y 6 neutrones en su núcleo) fue asignado con un A de precisamente 12, y 1 unidad de masa atómica precisamente 12, y 1 unidad de masa atómica uu, es precisamente 1/12 de la masa de un átomo , es precisamente 1/12 de la masa de un átomo

de carbono-12; numéricamente, de carbono-12; numéricamente, uu = 1.6606 x 10-24 g. Por lo tanto, las masas de un solo = 1.6606 x 10-24 g. Por lo tanto, las masas de un solo protón, neutrón y electrón son 1.0073protón, neutrón y electrón son 1.0073uu, 1.0087, 1.0087uu y 0.000549 y 0.000549uu, respectivamente., respectivamente.

Los átomos son eléctricamente neutros por definición, por lo que queda claro que los Los átomos son eléctricamente neutros por definición, por lo que queda claro que los protones y los electrones existen en igual cantidad dentro del átomo, y como se había protones y los electrones existen en igual cantidad dentro del átomo, y como se había

mencionado anteriormente, los electrones “orbitan” el núcleo porque la carga negativa de mencionado anteriormente, los electrones “orbitan” el núcleo porque la carga negativa de éstos es atraída por la carga positiva del núcleo; sin embargo, la teoría cuántica moderna ha éstos es atraída por la carga positiva del núcleo; sin embargo, la teoría cuántica moderna ha revelado que los electrones que se mueven alrededor del núcleo pueden hacer conchas. Estas revelado que los electrones que se mueven alrededor del núcleo pueden hacer conchas. Estas

conchas corresponden a distintos niveles de energía. Los electrones dentro de las conchas conchas corresponden a distintos niveles de energía. Los electrones dentro de las conchas más cercanas son altamente atraídos al núcleo, y el enlace entre estos electrones y el núcleo más cercanas son altamente atraídos al núcleo, y el enlace entre estos electrones y el núcleo

es tan fuerte que debe ser requerida una gran cantidad de energía para poder romperlo. Por es tan fuerte que debe ser requerida una gran cantidad de energía para poder romperlo. Por otra parte, los electrones en la concha más lejana son los que están menos enlazados al otra parte, los electrones en la concha más lejana son los que están menos enlazados al

núcleo, y el enlace pude romperse fácilmente. Casi todas las reacciones químicas se dan en núcleo, y el enlace pude romperse fácilmente. Casi todas las reacciones químicas se dan en los electrones que se encuentran más alejados del núcleo, los cuales con denominados los electrones que se encuentran más alejados del núcleo, los cuales con denominados

electrones de valenciaelectrones de valencia..

Desde que un átomo “gana” o “pierde” electrones de valencia, el átomo pude desarrollar una Desde que un átomo “gana” o “pierde” electrones de valencia, el átomo pude desarrollar una red de carga eléctrica. Al átomo que ha ganado o perdido electrones se le llama red de carga eléctrica. Al átomo que ha ganado o perdido electrones se le llama ionion. Si el . Si el

átomo pierde electrones se llama átomo pierde electrones se llama catióncatión y está cargado positivamente, y si gana electrones se y está cargado positivamente, y si gana electrones se llama llama aniónanión y está cargado negativamente, y este número se aprecia en la Tabla Periódica de y está cargado negativamente, y este número se aprecia en la Tabla Periódica de los Elementos, ya que el número del grupo al que pertenecen los elementos define la cantidad los Elementos, ya que el número del grupo al que pertenecen los elementos define la cantidad

de electrones de valencia que poseen dichos elementos.de electrones de valencia que poseen dichos elementos.

En la siguiente página se aprecia una Tabla Periódica.En la siguiente página se aprecia una Tabla Periódica.

Figura 1a. Tabla periódica de los ElementosFigura 1a. Tabla periódica de los Elementos

Figura 1b. Lista alfabética de los ElementosFigura 1b. Lista alfabética de los Elementos

1. 2 Enlaces químicos1. 2 Enlaces químicos

Este término se refiere a las fuerzas de atracción que provocan que dos o más átomos se Este término se refiere a las fuerzas de atracción que provocan que dos o más átomos se enlacen entre sí para formar una entidad química reconocible. La nueva entidad química enlacen entre sí para formar una entidad química reconocible. La nueva entidad química

difiere de la constitución original de los átomos. Hay tres tipos de enlaces químicos:difiere de la constitución original de los átomos. Hay tres tipos de enlaces químicos:

1.2.1 1.2.1 Enlace MetálicoEnlace Metálico

El enlace metálico ocurre entre dos elementos que solo tienen 1 o 2 electrones de valencia, ya El enlace metálico ocurre entre dos elementos que solo tienen 1 o 2 electrones de valencia, ya que pueden perder electrones fácilmente para formar cationes. Cada átomo contribuye un que pueden perder electrones fácilmente para formar cationes. Cada átomo contribuye un

electrones (o electrones) a un “mar” de electrones rodeando los cationes; es decir, los electrones (o electrones) a un “mar” de electrones rodeando los cationes; es decir, los electrones no “pertenecen” a ningún catión individual, más bien son libres para moverse electrones no “pertenecen” a ningún catión individual, más bien son libres para moverse

dentro de la estructura atómica, y este tipo de enlace se encuentra en los elementos metálicos dentro de la estructura atómica, y este tipo de enlace se encuentra en los elementos metálicos o en las aleaciones metálicas. La alta conductividad eléctrica y térmica de estos materiales es o en las aleaciones metálicas. La alta conductividad eléctrica y térmica de estos materiales es resultado directo de una mar de electrones móvil que existe en el nivel atómico. La mayoría resultado directo de una mar de electrones móvil que existe en el nivel atómico. La mayoría

de los polímeros no involucran este tipo de enlace, por lo que el químico en polímeros no está de los polímeros no involucran este tipo de enlace, por lo que el químico en polímeros no está interesado con esta forma de enlace químico.interesado con esta forma de enlace químico.

1.2.2 1.2.2 Enlace IónicoEnlace Iónico

El enlace iónico ocurre como resultado de la atracción electrostática entre cationes y aniones. El enlace iónico ocurre como resultado de la atracción electrostática entre cationes y aniones. Los compuestos iónicos son sustancias formadas por este tipo de enlace y, como en el caso del Los compuestos iónicos son sustancias formadas por este tipo de enlace y, como en el caso del

enlace metálico, las moléculas independientes no existen dentro de estos compuestos por lo enlace metálico, las moléculas independientes no existen dentro de estos compuestos por lo que son malos conductores de energía térmica y eléctrica.que son malos conductores de energía térmica y eléctrica.

La regla del octeto puede ser usada para saber qué elementos formarán compuestos iónicos La regla del octeto puede ser usada para saber qué elementos formarán compuestos iónicos estables. De acuerdo a esta regla un enlace iónico estable se formará entre dos o más átomos estables. De acuerdo a esta regla un enlace iónico estable se formará entre dos o más átomos si éstos pueden ganar o perder electrones tales que la concha más alejada del núcleo de cada si éstos pueden ganar o perder electrones tales que la concha más alejada del núcleo de cada

átomo involucrado contenga 8 electrones.átomo involucrado contenga 8 electrones.

1.2.3 Enlace Covalente1.2.3 Enlace Covalente

El enlace covalente es el tipo más importante de enlace químico en los polímeros, y ocurre en El enlace covalente es el tipo más importante de enlace químico en los polímeros, y ocurre en virtualmente en todo este tipo de materiales. Un enlace covalente está formado cuando dos virtualmente en todo este tipo de materiales. Un enlace covalente está formado cuando dos

átomos “comparten” un par de electrones y, en contraste con los enlaces anteriores, las átomos “comparten” un par de electrones y, en contraste con los enlaces anteriores, las moléculas independientes están formados por enlaces covalentes. moléculas independientes están formados por enlaces covalentes.

El número de electrones no disminuye entre los átomos, pero el par de electrones que forman El número de electrones no disminuye entre los átomos, pero el par de electrones que forman el enlace son más probables para ocupar el espacio entre los dos núcleos que ordinariamente el enlace son más probables para ocupar el espacio entre los dos núcleos que ordinariamente

sería el caso. El enlace covalente resulta por las fuerzas electrostáticas de atracción los sería el caso. El enlace covalente resulta por las fuerzas electrostáticas de atracción los núcleos y las nubes de electrones de alta densidad. Un enlace covalente simple se da cuando núcleos y las nubes de electrones de alta densidad. Un enlace covalente simple se da cuando

en el enlace se involucra solo un par de electrones. En uno doble o triple, dos átomos en el enlace se involucra solo un par de electrones. En uno doble o triple, dos átomos comparten dos o tres pares de electrones, respectivamente.comparten dos o tres pares de electrones, respectivamente.

La regla del octeto se puede usar para predecir el número de enlaces covalentes que un La regla del octeto se puede usar para predecir el número de enlaces covalentes que un elemento dado puede formar. Esto se obtiene restando de 8 el número de grupo al que elemento dado puede formar. Esto se obtiene restando de 8 el número de grupo al que

pertenezca dicho elemento; por ejemplo, el oxígeno (O) pertenece al grupo VI, por lo que pertenezca dicho elemento; por ejemplo, el oxígeno (O) pertenece al grupo VI, por lo que puede formar 2 enlaces covalentes (8 – 6 = 2), aunque hay excepciones a esta regla, pero no puede formar 2 enlaces covalentes (8 – 6 = 2), aunque hay excepciones a esta regla, pero no

se entrará en detalle a este asunto.se entrará en detalle a este asunto.

A continuación se muestran los tres enlaces químicos descritos.A continuación se muestran los tres enlaces químicos descritos.

Figura 2. Tipos de enlaces químicosFigura 2. Tipos de enlaces químicos

Cuando el enlace lo forman dos átomos del mismo elemento, la diferencia de Cuando el enlace lo forman dos átomos del mismo elemento, la diferencia de electronegatividad es cero, entonces se forma un enlace covalente no polar. El enlace electronegatividad es cero, entonces se forma un enlace covalente no polar. El enlace

covalente no polar se presenta entre átomos del mismo elemento o entre átomos con muy covalente no polar se presenta entre átomos del mismo elemento o entre átomos con muy poca diferencia de electronegatividad. Un ejemplo es la molécula de hidrógeno, la cual está poca diferencia de electronegatividad. Un ejemplo es la molécula de hidrógeno, la cual está

formada por dos átomos del mismo elemento, por lo que su diferencia es cero. Otro ejemplo, formada por dos átomos del mismo elemento, por lo que su diferencia es cero. Otro ejemplo, pero con átomos diferentes, es el metano.pero con átomos diferentes, es el metano.

En la mayoría de los enlaces covalentes, los átomos tienen diferentes electronegatividades, y En la mayoría de los enlaces covalentes, los átomos tienen diferentes electronegatividades, y como resultado, un átomo tiene mayor fuerza de atracción por el par de electrones como resultado, un átomo tiene mayor fuerza de atracción por el par de electrones compartido que el otro átomo. En general, cuando se unen dos átomos no metálicos compartido que el otro átomo. En general, cuando se unen dos átomos no metálicos

diferentes, los electrones se comparten en forma desigual. Un enlace covalente en el que los diferentes, los electrones se comparten en forma desigual. Un enlace covalente en el que los electrones se comparten desigualmente se denomina enlace covalente polar, y el término electrones se comparten desigualmente se denomina enlace covalente polar, y el término

polar significa que hay separación de cargas. Un lado del enlace covalente es más negativo polar significa que hay separación de cargas. Un lado del enlace covalente es más negativo que el otro. Para ilustrar una molécula que tiene un enlace covalente polar, consideremos la que el otro. Para ilustrar una molécula que tiene un enlace covalente polar, consideremos la

molécula de ácido clorhídrico.molécula de ácido clorhídrico.

Figura 3. Diferencia entre un enlace covalente no polar y polarFigura 3. Diferencia entre un enlace covalente no polar y polar

En el cloruro de hidrógeno se comparten un electrón del átomo de H y un electrón del átomo En el cloruro de hidrógeno se comparten un electrón del átomo de H y un electrón del átomo de Cl, lo cual da al H y al Cl la configuración estable de gas noble. Sin embargo, puesto que de Cl, lo cual da al H y al Cl la configuración estable de gas noble. Sin embargo, puesto que la electronegatividad del Cl (3.0) es mayor que la electronegatividad del H (2.2), el átomo de la electronegatividad del Cl (3.0) es mayor que la electronegatividad del H (2.2), el átomo de

Cl atrae con mayor fuerza el par de electrones compartidos que el átomo de H. Esta Cl atrae con mayor fuerza el par de electrones compartidos que el átomo de H. Esta atracción desigual produce un dipolo en la molécula. Existe un dipolo cuando hay una atracción desigual produce un dipolo en la molécula. Existe un dipolo cuando hay una

separación cargas. Para mostrar que hay un dipolo, se escribe la letra griega delta, , seguida separación cargas. Para mostrar que hay un dipolo, se escribe la letra griega delta, , seguida por los signos más (+) o menos (-) para indicar cuál átomo es más positivo y cuál es más por los signos más (+) o menos (-) para indicar cuál átomo es más positivo y cuál es más

negativo.negativo.

La delta se lee como La delta se lee como parcialparcial. Es decir, significa que un átomo tiene una carga parcial . Es decir, significa que un átomo tiene una carga parcial negativa y significa que un átomo tiene una carga parcial positiva.negativa y significa que un átomo tiene una carga parcial positiva.

Figura 4. Esquema de las interacciones dipolo.dipolo en un Figura 4. Esquema de las interacciones dipolo.dipolo en un compuesto covalente polarcompuesto covalente polar

1.2 4 Fuerzas y Longitudes de los Enlaces Covalentes1.2 4 Fuerzas y Longitudes de los Enlaces Covalentes

El enlace covalente es formado debido a las fuerzas de atracción entre los núcleos cargados El enlace covalente es formado debido a las fuerzas de atracción entre los núcleos cargados positivamente y la región de alta densidad de electrones cargada negativamente. Sin positivamente y la región de alta densidad de electrones cargada negativamente. Sin

embargo, las fuerzas de repulsión también existen entre estas dos regiones. Por lo tanto, para embargo, las fuerzas de repulsión también existen entre estas dos regiones. Por lo tanto, para cada enlace covalente hay un espaciamiento de equilibrio entre los núcleos; o sea, la distancia cada enlace covalente hay un espaciamiento de equilibrio entre los núcleos; o sea, la distancia

entre núcleos en donde las fuerzas de atracción son exactamente balanceadas con las de entre núcleos en donde las fuerzas de atracción son exactamente balanceadas con las de repulsión, y a este espaciamiento se le llama longitud de enlace covalente. Las energías y las repulsión, y a este espaciamiento se le llama longitud de enlace covalente. Las energías y las

longitudes de enlace encontradas con frecuencia en los polímeros son enlistadas en la longitudes de enlace encontradas con frecuencia en los polímeros son enlistadas en la siguiente tabla.siguiente tabla.

Tabla 1: Fuerzas y energías de enlace para enlaces covalentes representativosTabla 1: Fuerzas y energías de enlace para enlaces covalentes representativos

1.3 Fuerzas intermoleculares1.3 Fuerzas intermoleculares

Esta frase se refiere a las fuerzas de atracción (o repulsión) entre moléculas o secciones de Esta frase se refiere a las fuerzas de atracción (o repulsión) entre moléculas o secciones de moléculas y son generalmente de mucho menor magnitud que las fuerzas interatómicas moléculas y son generalmente de mucho menor magnitud que las fuerzas interatómicas

asociadas con los enlaces químicos. Las fuerzas intermoleculares son usualmente referidas asociadas con los enlaces químicos. Las fuerzas intermoleculares son usualmente referidas como “enlaces secundarios”, y se clasifican de la siguiente manera.como “enlaces secundarios”, y se clasifican de la siguiente manera.

1.3.1 Fuerzas de dipolo a dipolo1.3.1 Fuerzas de dipolo a dipolo

Una gran diferencia de electronegatividad entre dos átomos enlazados fuertemente en una Una gran diferencia de electronegatividad entre dos átomos enlazados fuertemente en una molécula ocasiona la formación de un dipolo (un par positivo-negativo de cargas eléctricas molécula ocasiona la formación de un dipolo (un par positivo-negativo de cargas eléctricas

parciales permanentes). Los dipolos se atraen o repelen unos a otros y algunas veces son parciales permanentes). Los dipolos se atraen o repelen unos a otros y algunas veces son llamadas fuerzas de dipolo a dipolo permanentes porque surgen de moléculas polares que llamadas fuerzas de dipolo a dipolo permanentes porque surgen de moléculas polares que

son dipolos “permanentes”.son dipolos “permanentes”.

1.3.2 Fuerzas dipolo-dipolo inducido1.3.2 Fuerzas dipolo-dipolo inducido

Tienen lugar entre una molécula polar y una molécula no polar. En este caso, la carga de una Tienen lugar entre una molécula polar y una molécula no polar. En este caso, la carga de una molécula polar provoca una distorsión en la nube electrónica de la molécula no polar y la molécula polar provoca una distorsión en la nube electrónica de la molécula no polar y la convierte, de modo transitorio, en un dipolo. En este momento se establece una fuerza de convierte, de modo transitorio, en un dipolo. En este momento se establece una fuerza de

atracción entre las moléculas. atracción entre las moléculas.

1.3.3 Fuerzas de London (o de Dispersión)1.3.3 Fuerzas de London (o de Dispersión)

Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el resultado de Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el resultado de la atracción entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en moléculas la atracción entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en moléculas

adyacentes.adyacentes.

Cuando los electrones de una molécula adquieren momentáneamente una distribución no Cuando los electrones de una molécula adquieren momentáneamente una distribución no uniforme, provocan que en una molécula vecina se forme momentáneamente un dipolo uniforme, provocan que en una molécula vecina se forme momentáneamente un dipolo

inducido. En la figura 4 se ilustra cómo una molécula con una falta de uniformidad inducido. En la figura 4 se ilustra cómo una molécula con una falta de uniformidad momentánea en la distribución de su carga eléctrica puede inducir un dipolo en una momentánea en la distribución de su carga eléctrica puede inducir un dipolo en una

molécula vecina por un proceso llamado polarización.molécula vecina por un proceso llamado polarización.Incluso los átomos de los gases nobles, las moléculas de gases diatómicos como el oxígeno, el Incluso los átomos de los gases nobles, las moléculas de gases diatómicos como el oxígeno, el nitrógeno y el cloro (que deben ser no polares) y las moléculas de hidrocarburos no polares nitrógeno y el cloro (que deben ser no polares) y las moléculas de hidrocarburos no polares

como el CHcomo el CH44, C, C22HH66 tienen tales dipolos instantáneos. tienen tales dipolos instantáneos.

La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se polarizan los La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se polarizan los electrones de una molécula, y eso depende del número de electrones en la molécula y de la electrones de una molécula, y eso depende del número de electrones en la molécula y de la fuerza con que los sujeta la atracción nuclear. En general, cuantos más electrones haya en fuerza con que los sujeta la atracción nuclear. En general, cuantos más electrones haya en

una molécula más fácilmente podrá polarizarse. Así, las moléculas más grandes con muchos una molécula más fácilmente podrá polarizarse. Así, las moléculas más grandes con muchos electrones son relativamente polarizables. En contraste, las moléculas más pequeñas son electrones son relativamente polarizables. En contraste, las moléculas más pequeñas son menos polarizables porque tienen menos electrones. Las fuerzas de London varían entre menos polarizables porque tienen menos electrones. Las fuerzas de London varían entre

aproximadamente 0.05 y 40 kJ/mol.aproximadamente 0.05 y 40 kJ/mol.

1.3.4 Enlace de hidrógeno1.3.4 Enlace de hidrógeno

El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo fuertemente electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor. El átomo de hidrógeno fuertemente electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor. El átomo de hidrógeno posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros átomos electronegativos en posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros átomos electronegativos en

otra molécula (nuevamente con N, O, F). Así mismo, se produce un cierto solapamiento entre otra molécula (nuevamente con N, O, F). Así mismo, se produce un cierto solapamiento entre el H y el átomo con que se enlaza (N, O, F) dado el pequeño tamaño de estas especies. Por el H y el átomo con que se enlaza (N, O, F) dado el pequeño tamaño de estas especies. Por

otra parte, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el átomo otra parte, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el átomo interactuante, más fuerte será el enlace. Fruto de estos presupuestos obtenemos un orden interactuante, más fuerte será el enlace. Fruto de estos presupuestos obtenemos un orden

creciente de intensidad del enlace de hidrógeno: el formado con el F será de mayor creciente de intensidad del enlace de hidrógeno: el formado con el F será de mayor intensidad que el formado con el O, y éste a su vez será más intenso que el formado con el N. intensidad que el formado con el O, y éste a su vez será más intenso que el formado con el N.

Estos fenómenos resultan en una interacción estabilizante que mantiene ambas moléculas Estos fenómenos resultan en una interacción estabilizante que mantiene ambas moléculas unidas. Un ejemplo claro del enlace de hidrógeno es el agua.unidas. Un ejemplo claro del enlace de hidrógeno es el agua.

Los enlaces de hidrógeno se encuentran en toda la naturaleza. Proveen al agua de sus Los enlaces de hidrógeno se encuentran en toda la naturaleza. Proveen al agua de sus propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la Tierra. Los propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la Tierra. Los

enlaces de hidrógeno proveen también la fuerza intermolecular que mantiene unidas ambas enlaces de hidrógeno proveen también la fuerza intermolecular que mantiene unidas ambas hebras en una molécula de ADN.hebras en una molécula de ADN.

1.3.5 La intensidad de las fuerzas intermoleculares1.3.5 La intensidad de las fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares están presentes en todas las sustancias moleculares y Las fuerzas intermoleculares están presentes en todas las sustancias moleculares y determinan si la sustancia es un gas, un líquido o un sólido a una temperatura dada. A determinan si la sustancia es un gas, un líquido o un sólido a una temperatura dada. A

diferencia de los enlaces covalentes, no es posible definir la “longitud del enlace” de una diferencia de los enlaces covalentes, no es posible definir la “longitud del enlace” de una enlace secundario dado que la naturaleza y la fuerza del enlace dependen de las moléculas enlace secundario dado que la naturaleza y la fuerza del enlace dependen de las moléculas

involucradas.involucradas.

Tabla 2. Energías de enlaces representativos de las fuerzas intermolecularesTabla 2. Energías de enlaces representativos de las fuerzas intermoleculares

1.4 Aspectos fundamentales de las moléculas de los polímeros1.4 Aspectos fundamentales de las moléculas de los polímeros

El térmico “polímero” viene de los vocablos griegos poly (muchos) y mers (unidades) y a El térmico “polímero” viene de los vocablos griegos poly (muchos) y mers (unidades) y a nivel molecular consisten en moléculas con cadenas extremadamente largas. Típicamente, nivel molecular consisten en moléculas con cadenas extremadamente largas. Típicamente,

están hechas por miles de unidades químicas repetitivas que tienen un rango de pesos están hechas por miles de unidades químicas repetitivas que tienen un rango de pesos moleculares entre 10moleculares entre 1033 a 10 a 1077..

Como un ejemplo ilustrativo, tomemos la unidad química simple conocida como etileno (o Como un ejemplo ilustrativo, tomemos la unidad química simple conocida como etileno (o eteno), que consiste de 2 átomos de carbono y 4 de oxígeno (se escribe Ceteno), que consiste de 2 átomos de carbono y 4 de oxígeno (se escribe C22HH44 ó CH ó CH22=CH=CH22). Las ). Las

dos líneas entre los átomos de carbono (C) indican un enlace covalente doble y la línea dos líneas entre los átomos de carbono (C) indican un enlace covalente doble y la línea sencilla entre los átomos de hidrógeno (H) y carbono indican un enlace covalente simple. sencilla entre los átomos de hidrógeno (H) y carbono indican un enlace covalente simple.

Bajo las condiciones apropiadas uno de los enlaces covalentes puede romperse y permitir así Bajo las condiciones apropiadas uno de los enlaces covalentes puede romperse y permitir así un enlace covalente de los dos átomos de carbono con un átomo de carbono en una unidad un enlace covalente de los dos átomos de carbono con un átomo de carbono en una unidad vecina. De esta manera, tres unidades de etileno forman una molécula “nueva”, donde el vecina. De esta manera, tres unidades de etileno forman una molécula “nueva”, donde el peso atómico es tres veces más grande que la unidad inicial. Si “n” unidades de etileno se peso atómico es tres veces más grande que la unidad inicial. Si “n” unidades de etileno se juntan, la composición química de la molécula resultante puede ser representada como juntan, la composición química de la molécula resultante puede ser representada como

CC2n2nHH4n4n, donde n es cualquier cantidad positiva. De esta forma, una cadena de unidades de , donde n es cualquier cantidad positiva. De esta forma, una cadena de unidades de

etileno se junta para formar un polímero mejor conocido como “polietileno”, y una molécula etileno se junta para formar un polímero mejor conocido como “polietileno”, y una molécula de este polímero puede contener 50 000 átomos de carbono o más. de este polímero puede contener 50 000 átomos de carbono o más. La reacción por la cual se La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización,polimerización, y el número de y el número de

unidades repetidas que forman la molécula se conoce como unidades repetidas que forman la molécula se conoce como grado de polimerizacióngrado de polimerización..

Figura 5. Molécula del monómero etilenoFigura 5. Molécula del monómero etileno

Figura 6. Molécula del polímero polietilenoFigura 6. Molécula del polímero polietileno

El etileno simple es un ejemplo de un El etileno simple es un ejemplo de un monómeromonómero. En cuartos de temperatura el cuerpo de . En cuartos de temperatura el cuerpo de una muestral del monómero etileno es un fluido poco viscoso. Si dos monómeros de etileno se una muestral del monómero etileno es un fluido poco viscoso. Si dos monómeros de etileno se

enlazan entre sí la entidad química que resulta tiene dos unidades repetidas y se le llama enlazan entre sí la entidad química que resulta tiene dos unidades repetidas y se le llama dímerodímero. De manera similar, una entidad formada por tres unidades repetidas se llama . De manera similar, una entidad formada por tres unidades repetidas se llama

trímerotrímero. El peso molecular de un dímero es dos veces el de un monómero, y así . El peso molecular de un dímero es dos veces el de un monómero, y así sucesivamente, ya que es proporcional al número de unidades repetidas dentro del polímero. sucesivamente, ya que es proporcional al número de unidades repetidas dentro del polímero. Previo a la polimerización, muchos polímeros existen como fluidos poco viscosos conocidos Previo a la polimerización, muchos polímeros existen como fluidos poco viscosos conocidos

como como oligómerosoligómeros (del griego oligo que significa un poco) y consisten de dos entidades (del griego oligo que significa un poco) y consisten de dos entidades químicas con un rango de pesos moleculares, que contiene típicamente de 1 a 10 unidades.químicas con un rango de pesos moleculares, que contiene típicamente de 1 a 10 unidades.

La viscosidad de un fluido oligómero se incrementa cuando la polimerización ocurre y su La viscosidad de un fluido oligómero se incrementa cuando la polimerización ocurre y su peso molecular aumenta. Eventualmente el polímero llega a ser más un “sólido” que un peso molecular aumenta. Eventualmente el polímero llega a ser más un “sólido” que un

fluido, pero todos los polímeros son viscoelásticos en cierta medida.fluido, pero todos los polímeros son viscoelásticos en cierta medida.

El peso molecular promedio se incrementa cuando el proceso de polimerización es iniciado y El peso molecular promedio se incrementa cuando el proceso de polimerización es iniciado y el grado de polimerización aumenta. Como se había mencionado anteriormente, una el grado de polimerización aumenta. Como se había mencionado anteriormente, una

molécula de polietileno contiene 50 000 átomos de carbono o más, lo cual corresponde a un molécula de polietileno contiene 50 000 átomos de carbono o más, lo cual corresponde a un peso molecular promedio en los alrededores de 10peso molecular promedio en los alrededores de 104 4 o más.o más.

Aunque la molécula de un polímero es extremadamente larga, no obstante es finita y la Aunque la molécula de un polímero es extremadamente larga, no obstante es finita y la cadena molecular debe terminar. Las entidades químicas que se enlazan en las terminales de cadena molecular debe terminar. Las entidades químicas que se enlazan en las terminales de

la molécula de un polímero se llaman la molécula de un polímero se llaman grupos terminalesgrupos terminales, y son distintos a las unidades , y son distintos a las unidades repetidas. Para un polímero comercialmente disponible tal como el polietileno la naturaleza repetidas. Para un polímero comercialmente disponible tal como el polietileno la naturaleza

química de los grupos terminales no está especificada, y depende de las condiciones de química de los grupos terminales no está especificada, y depende de las condiciones de polimerización y catalizador usado para iniciar dicho proceso. Por lo tanto, el cuerpo de una polimerización y catalizador usado para iniciar dicho proceso. Por lo tanto, el cuerpo de una

muestra de polietileno producido por una manufacturera “A” posiblemente tendrá muestra de polietileno producido por una manufacturera “A” posiblemente tendrá diferentes grupos terminales y distintos constituyentes químicos elementales que una diferentes grupos terminales y distintos constituyentes químicos elementales que una

muestra producida por una manufacturera “B”.muestra producida por una manufacturera “B”.

La funcionalidad (o valencia) de una unidad es igual al número de enlaces covalentes que La funcionalidad (o valencia) de una unidad es igual al número de enlaces covalentes que éste puede formar con otros grupos químicos.éste puede formar con otros grupos químicos.

En algunos casos la unidad repetida no es equivalente a la unidad original, como es el caso En algunos casos la unidad repetida no es equivalente a la unidad original, como es el caso del Nylon 66, ya que la polimerización se lleva a cabo usando Diamina hexametileno del Nylon 66, ya que la polimerización se lleva a cabo usando Diamina hexametileno [C[C66HH1616NN22] y ácido atípico [COOH(CH] y ácido atípico [COOH(CH22))44COOH] donde podemos notar que la unidad COOH] donde podemos notar que la unidad

repetitiva no es ninguno de los monómeros originales.repetitiva no es ninguno de los monómeros originales.

Figura 7. Polímero Nylon 66Figura 7. Polímero Nylon 66

Un biproducto de bajo peso molecular se produce durante la polimerización del Nylon 66, Un biproducto de bajo peso molecular se produce durante la polimerización del Nylon 66, como lo es el agua, y esto es característico de los polímeros de condensación, y éstos se llaman como lo es el agua, y esto es característico de los polímeros de condensación, y éstos se llaman así cuando durante la polimerización a la par del polímero con alto peso molecular se forma así cuando durante la polimerización a la par del polímero con alto peso molecular se forma también un biproducto de bajo peso molecular. Los polímeros de adición son los que se dan también un biproducto de bajo peso molecular. Los polímeros de adición son los que se dan cuando no se forma ningún biproducto durante la polimerización. Generalmente hablando, cuando no se forma ningún biproducto durante la polimerización. Generalmente hablando,

los polímeros de condensación se contraen en gran medida que los de adición durante la los polímeros de condensación se contraen en gran medida que los de adición durante la polimerización. Los esfuerzos residuales causados por la contracción en la polimerización polimerización. Los esfuerzos residuales causados por la contracción en la polimerización

son realmente una preocupación en los enlaces adhesivos, y por lo tanto las dificultades con son realmente una preocupación en los enlaces adhesivos, y por lo tanto las dificultades con estos esfuerzos pueden ser minimizadas si un polímero de adición es utilizado en estas estos esfuerzos pueden ser minimizadas si un polímero de adición es utilizado en estas

aplicaciones estructurales.aplicaciones estructurales.

1.5 Ángulos de los enlaces covalentes1.5 Ángulos de los enlaces covalentes

Como se dijo anteriormente una molécula consiste en la unión de dos átomos vía enlace Como se dijo anteriormente una molécula consiste en la unión de dos átomos vía enlace covalente, y una ejemplo claro es el gas metano (CHcovalente, y una ejemplo claro es el gas metano (CH44) donde el carbono está enlazado con 4 ) donde el carbono está enlazado con 4

átomos de hidrógeno. Si la molécula fuera aislada por completo de otros “factores externos” átomos de hidrógeno. Si la molécula fuera aislada por completo de otros “factores externos” podría tomar la forma de un tetraedro regular de 4 lados, y un ángulo de enlace covalente se podría tomar la forma de un tetraedro regular de 4 lados, y un ángulo de enlace covalente se

define como el ángulo entre los átomos vecinos de una molécula, y así podemos ver que el define como el ángulo entre los átomos vecinos de una molécula, y así podemos ver que el ángulo formado por H-C-H es de 109° 28’, y éste puede ser considerado como el valor de ángulo formado por H-C-H es de 109° 28’, y éste puede ser considerado como el valor de

“equilibrio”, pero cuando las fuerzas externas entren en acción sobre la molécula, el ángulo “equilibrio”, pero cuando las fuerzas externas entren en acción sobre la molécula, el ángulo se puede desviar y, debido a esta distorsión, la “energía interna” se incrementa, como puede se puede desviar y, debido a esta distorsión, la “energía interna” se incrementa, como puede

observarse a continuación.observarse a continuación.

Figura 8. Esquema en 3D de una molécula de metano aislada de factores externosFigura 8. Esquema en 3D de una molécula de metano aislada de factores externos

Otro ejemplo es que ocurre distorsión molecular a través de la rotación en los enlaces Otro ejemplo es que ocurre distorsión molecular a través de la rotación en los enlaces covalentes, como lo es la molécula de etano (Ccovalentes, como lo es la molécula de etano (C22HH66).).

Puede verse la molécula alrededor de su eje definido por el enlace covalente entre los dos Puede verse la molécula alrededor de su eje definido por el enlace covalente entre los dos átomos de carbono, y el ángulo átomos de carbono, y el ángulo se usa para denotar la rotación del enlace. se usa para denotar la rotación del enlace.

En la figura también se puede observar la variación de la energía interna en función del En la figura también se puede observar la variación de la energía interna en función del ángulo ángulo , donde hay tres posiciones de equilibrio en un ciclo, como puede apreciarse en la , donde hay tres posiciones de equilibrio en un ciclo, como puede apreciarse en la

figura que se muestra en la siguiente página.figura que se muestra en la siguiente página.

Figura 9. Cambio en la energía interna de la molécula de etano en función de la rotación en Figura 9. Cambio en la energía interna de la molécula de etano en función de la rotación en un enlace covalente simple.un enlace covalente simple.

Se observa un segundo ejemplo para la molécula de cloruro de etileno, donde los grupos no Se observa un segundo ejemplo para la molécula de cloruro de etileno, donde los grupos no son simétricos y solamente existe una posición de equilibrio para un ciclo de rotación, son simétricos y solamente existe una posición de equilibrio para un ciclo de rotación,

aunque existan dos posiciones metaestables (ver figura 10).aunque existan dos posiciones metaestables (ver figura 10).

La rotación entre enlaces covalentes simples puede ocurrir con un relativo incremento La rotación entre enlaces covalentes simples puede ocurrir con un relativo incremento discreto de energía interna, pero para que la rotación exista en enlaces covalentes dobles o discreto de energía interna, pero para que la rotación exista en enlaces covalentes dobles o triples se requiere un gran aumento en la energía interna, por lo que se dice que los enlaces triples se requiere un gran aumento en la energía interna, por lo que se dice que los enlaces

de este tipo son mucho más rígidos que los simples.de este tipo son mucho más rígidos que los simples.

Figura 10. Cambio en la energía de la molécula de cloruro de etileno en función de la Figura 10. Cambio en la energía de la molécula de cloruro de etileno en función de la rotación de un enlace covalente simplerotación de un enlace covalente simple

1.6 Estructura molecular de los polímeros en conjunto1.6 Estructura molecular de los polímeros en conjunto

La estructura molecular de un polímero completo puede clasificarse así: lineal, ramificada y La estructura molecular de un polímero completo puede clasificarse así: lineal, ramificada y reticulada.reticulada.

Los polímeros lineales se pueden visualizar como las cuentas de una cuerda, donde cada Los polímeros lineales se pueden visualizar como las cuentas de una cuerda, donde cada cuenta representa una unidad repetida. Si una molécula típica lineal fuera escalada a razón cuenta representa una unidad repetida. Si una molécula típica lineal fuera escalada a razón

de 10 mm de diámetro, sería de aproximadamente 4 km de largo, y está formada por de 10 mm de diámetro, sería de aproximadamente 4 km de largo, y está formada por monómeros difuncionales. En el cuerpo de una muestra estas largas macromoléculas llegan a monómeros difuncionales. En el cuerpo de una muestra estas largas macromoléculas llegan a

estar enredadas y torcidas, como un tazón de espagueti cocinado. Por lo tanto, si el peso estar enredadas y torcidas, como un tazón de espagueti cocinado. Por lo tanto, si el peso molecular se incrementa, los enredos aumentan y también se incrementan las fuerzas molecular se incrementa, los enredos aumentan y también se incrementan las fuerzas

secundarias de enlace, concluyendo así que la rigidez elástica de un polímero es directamente secundarias de enlace, concluyendo así que la rigidez elástica de un polímero es directamente proporcional al peso molecular.proporcional al peso molecular.

Si todas las unidades repetitivas dentro de un polímero lineal son idénticas, el material se Si todas las unidades repetitivas dentro de un polímero lineal son idénticas, el material se llama llama homopolímerohomopolímero, y el polietileno es un buen ejemplo de ello; sin embargo, es posible , y el polietileno es un buen ejemplo de ello; sin embargo, es posible

producir polímeros lineales que consistan de dos unidades repetidas distintas y separadas. producir polímeros lineales que consistan de dos unidades repetidas distintas y separadas. Dichos materiales se denominan Dichos materiales se denominan copolímeroscopolímeros, donde en los , donde en los copolímeros lineales aleatorioscopolímeros lineales aleatorios

aparecen las dos unidades repetidas aleatoriamente en el espinazo de la molécula y, aparecen las dos unidades repetidas aleatoriamente en el espinazo de la molécula y, encontraste, en los encontraste, en los polimeros de bloquepolimeros de bloque las dos unidades distintas forman largos segmentos las dos unidades distintas forman largos segmentos

continuos dentro de la cadena del polímero. Un ejemplo común de un copolímero es el continuos dentro de la cadena del polímero. Un ejemplo común de un copolímero es el acrilonitrilo-butadieno-estireno, mejor conocido como “ABS”.acrilonitrilo-butadieno-estireno, mejor conocido como “ABS”.

Figura 11. Tipos de estructura molecular de los polímerosFigura 11. Tipos de estructura molecular de los polímeros

Los polímeros ramificados presentan cadenas cortas enlazadas de forma covalente sobre el Los polímeros ramificados presentan cadenas cortas enlazadas de forma covalente sobre el espinazo primario de la molécula, y los monómeros que forman esta estructura deben ser espinazo primario de la molécula, y los monómeros que forman esta estructura deben ser

por lo menos trifuncionales y presentan una mayor rigidez que los polímeros lineales, aún si por lo menos trifuncionales y presentan una mayor rigidez que los polímeros lineales, aún si tienen el mismo peso molecular. En la mayoría de los polímeros ramificados, las ramas están tienen el mismo peso molecular. En la mayoría de los polímeros ramificados, las ramas están formadas de la misma unidad repetida del espinazo de la cadena molecular; sin embargo, en formadas de la misma unidad repetida del espinazo de la cadena molecular; sin embargo, en

algunos polímeros puede ser injertada una rama de unidad repetida B en una molécula algunos polímeros puede ser injertada una rama de unidad repetida B en una molécula lineal con unidad repetida A. Tales materiales se conocen como lineal con unidad repetida A. Tales materiales se conocen como copolímeros de injertocopolímeros de injerto..

El polímero reticulado o El polímero reticulado o de redde red consiste en monómeros que deben ser por lo menos consiste en monómeros que deben ser por lo menos trifuncionales. Durante la polimerización de este polímero se forma una reticulación entre trifuncionales. Durante la polimerización de este polímero se forma una reticulación entre

las cadenas moleculares hasta que se crea una gran red molecular, por lo que se considera a las cadenas moleculares hasta que se crea una gran red molecular, por lo que se considera a la red formada como una molécula en sí. Algunos ejemplos de estos polímeros son el hule la red formada como una molécula en sí. Algunos ejemplos de estos polímeros son el hule

natural vulcanizado, el silicón o époxy.natural vulcanizado, el silicón o époxy.

1.7 Polímeros termoestables vs termoplásticos1.7 Polímeros termoestables vs termoplásticos

Suponga que una muestra de un polímero lineal o ramificado exista como un sólido en un Suponga que una muestra de un polímero lineal o ramificado exista como un sólido en un cuarto de temperatura, y se calienta gradualmente. Debido al aumento de la energía térmica, cuarto de temperatura, y se calienta gradualmente. Debido al aumento de la energía térmica,

la distancia promedio entre las cadenas moleculares se incrementa, lo que resulta en una la distancia promedio entre las cadenas moleculares se incrementa, lo que resulta en una movilidad molecular, disminuyendo las fuerzas secundarias de enlace y la rigidez movilidad molecular, disminuyendo las fuerzas secundarias de enlace y la rigidez

macroscópica, llegando así a apreciarse el derretimiento del polímero. A esta clase de macroscópica, llegando así a apreciarse el derretimiento del polímero. A esta clase de polímero se le conoce como polímero se le conoce como termoplásticotermoplástico..

En contraste, un polímero encadenado no puede ser derretido aunque sí se aumenta la En contraste, un polímero encadenado no puede ser derretido aunque sí se aumenta la distancia promedio entre las moléculas al calentarse, pero las cadenas no permiten el libre distancia promedio entre las moléculas al calentarse, pero las cadenas no permiten el libre

movimiento entre sus segmentos, limitando el movimiento molecular; aunque, si se movimiento entre sus segmentos, limitando el movimiento molecular; aunque, si se incrementa la temperatura a niveles muy altos, el espinazo de la cadena puede romperse, incrementa la temperatura a niveles muy altos, el espinazo de la cadena puede romperse,

destruyéndose el polímero encadenado. A esta clase de polímero se le conoce como destruyéndose el polímero encadenado. A esta clase de polímero se le conoce como termoestabletermoestable..

El proceso de polimerización se suele dar en dos etapas: en la primera se produce la El proceso de polimerización se suele dar en dos etapas: en la primera se produce la polimerización parcial, formando cadenas lineales mientras que en la segunda el proceso se polimerización parcial, formando cadenas lineales mientras que en la segunda el proceso se completa entrelazando las moléculas aplicando calor y presión durante el conformado. La completa entrelazando las moléculas aplicando calor y presión durante el conformado. La

primera etapa se suele llevar a cabo en la planta química, mientras que la segunda se realiza primera etapa se suele llevar a cabo en la planta química, mientras que la segunda se realiza en la planta de fabricación de la pieza terminada. También pueden obtenerse plásticos en la planta de fabricación de la pieza terminada. También pueden obtenerse plásticos

termoestables a partir de dos resinas líquidas, produciéndose la reacción de entrelazamiento termoestables a partir de dos resinas líquidas, produciéndose la reacción de entrelazamiento de las cadenas al ser mezcladas (comúnmente con un catalizador y un acelerante).de las cadenas al ser mezcladas (comúnmente con un catalizador y un acelerante).

La reacción de curado es irreversible, de forma que el plástico resultante no puede ser La reacción de curado es irreversible, de forma que el plástico resultante no puede ser reciclado, ya que si se incrementa la temperatura el polímero no se funde, sino que alcanza reciclado, ya que si se incrementa la temperatura el polímero no se funde, sino que alcanza

su temperatura de degradación. Por establecer un símil por todos conocido, es como cocer un su temperatura de degradación. Por establecer un símil por todos conocido, es como cocer un huevo; si volvemos a elevar la temperatura una vez cocido y enfriado, el huevo no sufre huevo; si volvemos a elevar la temperatura una vez cocido y enfriado, el huevo no sufre ninguna transformación, y si elevamos la temperatura demasiado el huevo se quema.ninguna transformación, y si elevamos la temperatura demasiado el huevo se quema.

Tanto los termoplásticos como los termoestables tienen sus ventajas y desventajas, pero para Tanto los termoplásticos como los termoestables tienen sus ventajas y desventajas, pero para fines estructurales los termoplásticos son los más recomendables por sus características.fines estructurales los termoplásticos son los más recomendables por sus características.

Por otra parte, muchos termoplásticos pueden ser Por otra parte, muchos termoplásticos pueden ser plastificadosplastificados por exposición a solventes de por exposición a solventes de bajo peso molecular. La plastificación ocurre cuando las moléculas individuales de un bajo peso molecular. La plastificación ocurre cuando las moléculas individuales de un

solvente de bajo peso molecular penetran en la estructura molecular del polímero, lo que solvente de bajo peso molecular penetran en la estructura molecular del polímero, lo que provoca un incremento en su espaciamiento molecular, lo que da como resultado un provoca un incremento en su espaciamiento molecular, lo que da como resultado un

hinchamiento en el polímero y una pérdida de rigidez y fuerza; de esto, podemos decir que hinchamiento en el polímero y una pérdida de rigidez y fuerza; de esto, podemos decir que los termoplásticos pueden ser disueltos por completo en un solvente adecuado.los termoplásticos pueden ser disueltos por completo en un solvente adecuado.

Los termoestables también son susceptibles a la plastificación y, en efecto, pueden presentar Los termoestables también son susceptibles a la plastificación y, en efecto, pueden presentar dilatación si se exponen a un solvente adecuado pero no se disuelven por completo, por lo dilatación si se exponen a un solvente adecuado pero no se disuelven por completo, por lo que los termoestables son más recomendados para las aplicaciones de soporte de carga. que los termoestables son más recomendados para las aplicaciones de soporte de carga.

1.8 Polímeros Semicristalinos1.8 Polímeros Semicristalinos

La estructura molecular de un polímero puede ser La estructura molecular de un polímero puede ser amorfa amorfa oo semicristalina semicristalina. La estructura . La estructura molecular de un polímero amorfo es completamente aleatoria, donde las moléculas están molecular de un polímero amorfo es completamente aleatoria, donde las moléculas están

aleatoriamente orientadas y enredadas sin ningún patrón. Por el contrario, en el polímero aleatoriamente orientadas y enredadas sin ningún patrón. Por el contrario, en el polímero semicristalino existen regiones de formaciones moleculares altamente ordenadas. En la semicristalino existen regiones de formaciones moleculares altamente ordenadas. En la

región cristalina el espinazo principal de la cadena molecular se ondula de tal manera que el región cristalina el espinazo principal de la cadena molecular se ondula de tal manera que el espesor de la región es de usualmente 100 Å, y esta región podría extenderse sobre un área espesor de la región es de usualmente 100 Å, y esta región podría extenderse sobre un área

de longitudes de 1 000 a 10 000 Å. Por lo tanto, las regiones cristalinas son como placas, y su de longitudes de 1 000 a 10 000 Å. Por lo tanto, las regiones cristalinas son como placas, y su grado de orden permite que el espacio molecular sea más cercano, aumentando así las grado de orden permite que el espacio molecular sea más cercano, aumentando así las

fuerzas secundarias de enlace; de esto decimos que un polímero semicristalino tiene mayor fuerzas secundarias de enlace; de esto decimos que un polímero semicristalino tiene mayor rigidez, fuerza y densidad que uno amorfo.rigidez, fuerza y densidad que uno amorfo.

Figura 12. Representación idealizada de una región cristalina de un polímeroFigura 12. Representación idealizada de una región cristalina de un polímero

Pero no todos los polímeros son completamente cristalinos, ya que en algunos casos las Pero no todos los polímeros son completamente cristalinos, ya que en algunos casos las regiones de cristalinidad son rodeadas por regiones amorfas. La mayoría de los polímeros regiones de cristalinidad son rodeadas por regiones amorfas. La mayoría de los polímeros

semicristalinos son 10-50 % amorfos (por volumen). semicristalinos son 10-50 % amorfos (por volumen).

Figura 13. Estructura total de un polímero semicristalino, mostrando sus regiones amorfas y Figura 13. Estructura total de un polímero semicristalino, mostrando sus regiones amorfas y cristalinascristalinas

1.9 Configuración vs Conformación Molecular1.9 Configuración vs Conformación Molecular

La La conformaciónconformación molecular se refiere a los arreglos atómicos/moleculares que pueden ser molecular se refiere a los arreglos atómicos/moleculares que pueden ser desarrollados estrictamente por rotación en los enlaces covalentes, y está asociada con la desarrollados estrictamente por rotación en los enlaces covalentes, y está asociada con la

forma global de la molécula, por lo que puede ser idealizada como la macroestructura de la forma global de la molécula, por lo que puede ser idealizada como la macroestructura de la molécula, y dentro de estas conformaciones entran dos tipos: “zigzag” y “resorte aleatorio”, molécula, y dentro de estas conformaciones entran dos tipos: “zigzag” y “resorte aleatorio”, de las cuales en la naturaleza es muy difícil encontrar una conformación zigzag, por lo que se de las cuales en la naturaleza es muy difícil encontrar una conformación zigzag, por lo que se

considera solo como una idea y la de resorte aleatorio es rara, pero puede hallarse con un considera solo como una idea y la de resorte aleatorio es rara, pero puede hallarse con un nivel de regularidad.nivel de regularidad.

Figura 14. Conformación en zigzag planar para el polietilenoFigura 14. Conformación en zigzag planar para el polietileno

Por otra parte, la Por otra parte, la configuraciónconfiguración molecular se asocia con detalles locales, como lo son los molecular se asocia con detalles locales, como lo son los arreglos atómicos/moleculares que pueden desarrollarse por el rompimiento, y luego por el arreglos atómicos/moleculares que pueden desarrollarse por el rompimiento, y luego por el

reforzamiento de los enlaces covalentes. Es más fácil demostrar varias configuraciones reforzamiento de los enlaces covalentes. Es más fácil demostrar varias configuraciones basadas en la conformación zigzag de una familia de polímeros conocida como vinilos, donde basadas en la conformación zigzag de una familia de polímeros conocida como vinilos, donde

la unidad repetida se representa por:la unidad repetida se representa por:

En este caso, R puede ser una de muchas entidades químicas. En las figuras posteriores se En este caso, R puede ser una de muchas entidades químicas. En las figuras posteriores se pueden observar tres configuraciones potenciales de una polímero vinilo, donde en cada caso pueden observar tres configuraciones potenciales de una polímero vinilo, donde en cada caso

la molécula está elaborada usando la conformación zigzag, donde se nota que la la molécula está elaborada usando la conformación zigzag, donde se nota que la configuración mostrada en la figura 16(a) no puede ser modificada para comparar que en la configuración mostrada en la figura 16(a) no puede ser modificada para comparar que en la figura 16(b) únicamente hay rotación entre los enlaces covalentes (la figura se observa en la figura 16(b) únicamente hay rotación entre los enlaces covalentes (la figura se observa en la

siguiente página). siguiente página).

Figura 15. Conformación de resorte aleatorio para el polietileno (los puntos negros Figura 15. Conformación de resorte aleatorio para el polietileno (los puntos negros representan los átomos de carbono; los de hidrógeno no se muestran)representan los átomos de carbono; los de hidrógeno no se muestran)

Los polímeros semicristalinos son sindiostáticos o isostáticos, ya que estas estructuras Los polímeros semicristalinos son sindiostáticos o isostáticos, ya que estas estructuras moleculares permiten la periodicidad necesaria en un polímero cristalino; por otra parte, los moleculares permiten la periodicidad necesaria en un polímero cristalino; por otra parte, los

amorfos son atácticos. En muchos casos el proceso de polimerización usado para crear el amorfos son atácticos. En muchos casos el proceso de polimerización usado para crear el cuerpo una muestra de un polímero determina la configuración de una molécula polimérica, cuerpo una muestra de un polímero determina la configuración de una molécula polimérica,

y por lo tanto determina por último si el polímero es amorfo o semicristalino. y por lo tanto determina por último si el polímero es amorfo o semicristalino.

1.10 Temperatura de transición vítrea1.10 Temperatura de transición vítrea

El efecto de la temperatura en la rigidez macroscópica de los termoplásticos y los El efecto de la temperatura en la rigidez macroscópica de los termoplásticos y los termoestables se muestra en la siguiente figura.termoestables se muestra en la siguiente figura.

Ambos tipos de polímeros tienen un comportamiento similar, excepto que los termoplásticos Ambos tipos de polímeros tienen un comportamiento similar, excepto que los termoplásticos se derriten a altas temperaturas mientras que los termoestables no. Se nota que todos los se derriten a altas temperaturas mientras que los termoestables no. Se nota que todos los polímeros presentan un a disminución en rigidez cercana a la temperatura característica polímeros presentan un a disminución en rigidez cercana a la temperatura característica llamada llamada temperatura de transición vítreatemperatura de transición vítrea T Tgg, y esta temperatura indica a qué cantidad de , y esta temperatura indica a qué cantidad de

calor el polímero se transforma de un vítreo y frágil sólido a uno elástico y dúctil. Esta calor el polímero se transforma de un vítreo y frágil sólido a uno elástico y dúctil. Esta transición se debe a un incremento en la movilidad de los grandes segmentos de la cadena transición se debe a un incremento en la movilidad de los grandes segmentos de la cadena

polimérica principal, lo que significa que cuando el polímero es calentado a su Tpolimérica principal, lo que significa que cuando el polímero es calentado a su Tgg disminuye disminuye

sostenidamente las fuerzas secundarias de enlace, permitiendo que los segmentos de las sostenidamente las fuerzas secundarias de enlace, permitiendo que los segmentos de las moléculas del polímero se deslicen entre sí, y esta transición ocurre sobre un rango de moléculas del polímero se deslicen entre sí, y esta transición ocurre sobre un rango de

temperatura entre 10-15 °C.temperatura entre 10-15 °C.

Figura 16. Posibles configuraciones para un vinilo (los puntos negros representan los átomos Figura 16. Posibles configuraciones para un vinilo (los puntos negros representan los átomos de carbono; los de hidrógeno no se muestran)de carbono; los de hidrógeno no se muestran)

Muchos polímeros muestran temperaturas de transición secundarias, especialmente si Muchos polímeros muestran temperaturas de transición secundarias, especialmente si cuentan con unidades repetidas complejas y/o con ramas, y ocurren a una temperatura cuentan con unidades repetidas complejas y/o con ramas, y ocurren a una temperatura

menor a la Tmenor a la Tgg, y cuando se da este caso la temperatura de transición más alta registrada se , y cuando se da este caso la temperatura de transición más alta registrada se

denomina Tdenomina T (donde T (donde T = T = Tgg), a la siguiente temperatura de transición registrada se le llama ), a la siguiente temperatura de transición registrada se le llama

TT, y la que sigue T, y la que sigue Tgg, y así sucesivamente. En la figura se ve una transición secundaria , y así sucesivamente. En la figura se ve una transición secundaria

sencilla. sencilla.

Figura 17. Efecto de la temperatura en la Rigidez Macroscópica de los polímeros (TFigura 17. Efecto de la temperatura en la Rigidez Macroscópica de los polímeros (Tmm es la es la

temperatura de fusión de los cristales, la cual también presentan todos los polímeros)temperatura de fusión de los cristales, la cual también presentan todos los polímeros)

Esta temperatura de transición puede ser medida monitoreando la rigidez, la densidad, la Esta temperatura de transición puede ser medida monitoreando la rigidez, la densidad, la expansión térmica y la velocidad de fluencia del polímero a examinar.expansión térmica y la velocidad de fluencia del polímero a examinar.

Las Tg más comunes se muestran en la Tabla 3.Las Tg más comunes se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3: Temperaturas de transición vítrea aproximadas para algunos polímerosTabla 3: Temperaturas de transición vítrea aproximadas para algunos polímeros