- Història dels polímers
- segle XIX
- segle XX
- segle XXI
- polimerització
- Polimerització mitjançant reaccions d'addició
- Polimerització mitjançant reaccions de condensació
- Altres formes de polimerització
- Tipus de polímers
- propietats
- Exemples de polímers
- poliestirè
- politetrafluoroetilè
- Clorur de polivinil
- referències
Els polímers són els compostos moleculars que es caracteritzen per posseir una elevada massa molar (que va des de milers fins a milions) i que estan constituïts per una gran quantitat d'unitats, denominades monòmers, que es repeteixen.
Per posseir la característica de ser molècules de grans dimensions, aquestes espècies són denominades macromolècules, la qual cosa els dóna qualitats úniques i molt diferents a les observades en les de menor grandària, només atribuïbles a aquest tipus de substàncies, com ara la propensió que posseeixen per conformar estructures de vidre.
De la mateixa manera, com pertanyen a un grup molt nombrós de molècules, va sorgir la necessitat d'atorgar-los una classificació, per la qual cosa se'ls divideix en dos tipus: els polímers d'origen natural, com les proteïnes i els àcids nucleics; i els de fabricació sintètica, com ara el niló o la Lucita (millor coneguda com plexiglàs).
Els estudiosos van començar les investigacions de la ciència que hi ha darrere dels polímers en la dècada de 1920, quan van observar amb curiositat i desconcert com es comporten algunes substàncies com la fusta o l'hule. Llavors, els científics de l'època es van dedicar a analitzar aquests compostos tan presents en la vida quotidiana.
A l'arribar a cert nivell de comprensió sobre la naturalesa d'aquestes espècies, es va poder entendre la seva estructura i avançar en la creació de macromolècules que poguessin facilitar el desenvolupament i millora de materials ja existents, així com la producció de nous materials.
Així mateix, es coneix que nombrosos polímers significatius contenen en la seva estructura àtoms de nitrogen o oxigen, units als àtoms de carboni, formant part de la cadena principal de la molècula.
Depenent dels grups funcionals principals que formin part dels monòmers, se'ls donarà el nom a aquests; per exemple, si el monòmer està format per un èster s'origina un polièster.
Història dels polímers
La història dels polímers ha d'abordar-començant per les referències als primers polímers dels quals es té coneixement.
D'aquesta manera, certs materials d'origen natural que han estat àmpliament utilitzats des de temps remots (com la cel·lulosa o el cuir) estan constituïts fonamentalment per polímers.
segle XIX
A l'contrari del que es podria pensar, la composició dels polímers va ser una incògnita a desvetllar fins fa un parell de segles, quan es va començar a determinar com estaven formades aquestes substàncies, i fins i tot buscaven establir algun mètode per aconseguir fabricar-de forma artificial.
La primera vegada que es va utilitzar el terme "polímers" va ser l'any 1833, gràcies a l'químic suec Jöns Jacob Berzelius, qui ho va emprar per referir-se a les substàncies de naturalesa orgànica que posseeixen la mateixa fórmula empírica però que tenen diferents masses molars.
Aquest científic també es va encarregar d'encunyar altres termes, com "isòmer" o "catàlisi"; encara que cal destacar que en aquest moment el concepte d'aquestes expressions era completament diferent del que signifiquen en l'actualitat.
Després d'alguns experiments per obtenir polímers sintètics a partir de la transformació d'espècies polimèriques naturals, l'estudi d'aquests compostos va ser adquirint una major rellevància.
La finalitat d'aquestes investigacions era aconseguir l'optimització de les propietats ja conegudes d'aquests polímers i l'obtenció de noves substàncies que puguin complir amb fins específics en diferents àmbits de les ciències.
segle XX
A l'observar que l'hule era soluble en un solvent de naturalesa orgànica i després la solució resultant exhibia algunes característiques poc comunes, els científics es van inquietar i no van saber com donar-los explicació.
Mitjançant aquestes observacions infirieron que substàncies com aquesta exhibeixen un comportament molt diferent a les molècules més petites, tal com van poder advertir mentre estudiaven l'hule i les seves propietats.
Van notar que la solució estudiada presentava elevada viscositat, un decreixement important del punt de congelació i una pressió osmòtica de petita magnitud; per això es podia deduir que existien diversos soluts de molt elevada massa molar, però els estudiosos es negaven a creure en aquesta possibilitat.
Aquests fenòmens, que es manifestaven també en algunes substàncies com la gelatina o el cotó, van fer pensar als científics de l'època que aquest tipus de substàncies estaven constituïdes per agregats d'unitats moleculars de mida petita, tal com C 5 H 8 o C 10 H 16, lligades per forces intermoleculars.
Encara que aquest pensament errat va romandre durant alguns anys, la definició que persisteix fins a l'actualitat va ser la que li va atorgar el químic alemany i guanyador de el Premi Nobel de Química, Hermann Staudinger.
segle XXI
La definició actual d'aquestes estructures com a substàncies macromoleculars lligades mitjançant enllaços covalents es va encunyar el 1920 per Staudinger, qui es va obstinar a idear i realitzar experiments fins a trobar evidència d'aquesta teoria durant els deu anys següents.
Es va iniciar el desenvolupament de l'anomenada "química dels polímers" i des de llavors només ha anat captant l'interès d'investigadors al voltant de el món, comptant entre les pàgines de la seva història a científics molt importants, entre els quals destaquen Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, entre d'altres, a més dels anteriorment nomenats.
En l'actualitat, les macromolècules polimèriques són estudiades en diferents àrees científiques, com ara la ciència de polímers o la biofísica, on s'investiguen les substàncies resultants d'enllaçar monòmers mitjançant unions covalents amb diferents mètodes i propòsits.
Certament, des dels polímers naturals com el poliisopreno fins als d'origen sintètic com el poliestirè, són emprats amb molta freqüència, sense restar-li importància a altres espècies com les silicones, constituïdes per monòmers amb base en el silici.
Així mateix, gran part d'aquests compostos d'origen natural i sintètic es conformen de dues o més classes diferents de monòmers, a hores d'espècies polimèriques se'ls ha donat el nom de copolímers.
polimerització
Per tal d'aprofundir en el tema dels polímers, s'ha de començar per parlar de l'origen de la paraula polímer, la qual prové dels termes grecs polys, que significa "molt"; i mers, que es refereix a les "parts" d'alguna cosa.
Aquest terme s'utilitza per designar els compostos moleculars que posseeixen una estructura constituïda per moltes unitats que es repeteixen, això ocasiona la propietat d'una elevada massa molecular relativa i altres característiques intrínseques d'aquests.
De manera que les unitats que conformen els polímers es basen en espècies moleculars que posseeixen una massa molecular relativa de magnitud petita.
En aquest ordre d'idees, el terme polimerització només s'aplica als polímers sintètics, més específicament als processos que es fan servir per a l'obtenció d'aquest tipus de macromolècules.
Per tant, es pot definir la polimerització com la reacció química que s'empra en la combinació de monòmers (un cada vegada) per, a partir d'aquests, produir els polímers corresponents.
D'aquesta manera, la síntesi de polímers es porta a terme a través de dos tipus de reaccions principals: reaccions d'addició i reaccions de condensació, les quals seran descrites en detall a continuació.
Polimerització mitjançant reaccions d'addició
Aquest tipus de polimeritzacions compta amb la participació de molècules insaturades que posseeixen en la seva estructura dobles o triples enllaços, especialment els de carboni-carboni.
En aquestes reaccions, els monòmers experimenten combinacions entre si sense l'eliminació d'algun dels seus àtoms, on les espècies polimèriques sintetitzades mitjançant la ruptura o obertura de l'anell poden obtenir sense generar l'eliminació de molècules de mida petita.
Des del punt de vista cinètic, aquesta polimerització pot veure com una reacció de tres passos: iniciació, propagació i terminació.
En primer lloc, ocorre l'inici de la reacció, en el qual s'aplica escalfament a una molècula considerada com a iniciadora (denotada com a R 2) per generar dues espècies radicalàries de la següent manera:
R 2 → 2R ∙
Si es col·loca com a exemple la producció de polietilè, llavors el pas següent és la propagació, on el radical reactiu format aborda una molècula d'etilè i es forma una nova espècie radicalària com segueix:
R ∙ + CH 2 = CH 2 → R-CH 2 -CH 2 ∙
Aquest nou radical es combina posteriorment amb una altra molècula d'etilè, i aquest procés continua de manera successiva fins a la combinació de dos radicals de cadena llarga per originar finalment el polietilè, en la reacció coneguda com terminació.
Polimerització mitjançant reaccions de condensació
En el cas de la polimerització mitjançant reaccions de condensació, generalment succeeix la combinació de dos monòmers diferents, a més de la conseqüent eliminació d'una molècula de mida petita, la qual generalment és d'aigua.
De manera similar, els polímers produïts mitjançant aquestes reaccions amb freqüència posseeixen heteroàtoms, com oxigen o nitrogen, formant part de la seva estructura principal. També passa que la unitat repetitiva que representa la base de la seva cadena no posseeix la totalitat dels àtoms que estan en el monòmer a què podria ser degradat.
D'altra banda, existeixen mètodes que s'han desenvolupat més recentment, entre els quals es destaca la polimerització per plasma, les funció no concorden a la perfecció amb cap dels tipus de polimerització abans explicats.
D'aquesta manera, les reaccions de polimerització d'origen sintètic, tant les d'addició com les condensació, poden produir-se en absència o amb la presència d'una espècie catalitzadora.
La polimerització per condensació és utilitzada de manera àmplia en la fabricació de molts compostos comunament presents en la vida diària, com ara el dacrón (millor conegut com polièster) o el niló.
Altres formes de polimerització
A més d'aquests mètodes de síntesi de polímers artificials també hi ha la síntesi biològica, la qual es defineix com l'àrea d'estudi que s'encarrega de la investigació dels biopolímers, que es divideixen en tres categories principals: polinucleòtids, polipèptids i polisacàrids.
En els organismes vius es pot dur a terme la síntesi de manera natural, a través de processos que involucren la presència de catalitzadors com l'enzim polimerasa en la producció de polímers com l'àcid desoxiribonucleic (ADN).
En altres casos, la major part dels enzims emprades en la polimerització de tipus bioquímic són les proteïnes, les quals són polímers formats amb base en aminoàcids i que són indispensables en la gran majoria dels processos biològics.
A més de les substàncies biopolimèriques obtingudes mitjançant aquests mètodes, hi ha altres de gran rellevància a nivell comercial, com el cautxú vulcanitzat que es produeix a través de l'escalfament de l'cautxú d'origen natural en presència de sofre.
De manera que, entre les tècniques emprades per a la síntesi polimèrica a través de la modificació química de polímers d'origen natural es troben al coronament, la reticulació i l'oxidació.
Tipus de polímers
Els tipus de polímers es poden classificar segons diferents característiques; per exemple, es classifiquen en termoplàstics, termoestables o elastòmers d'acord amb la seva resposta física davant de l'escalfament.
A més, segons el tipus de monòmers de el qual estan formats poden ser homopolímers o copolímers.
De la mateixa manera, d'acord amb la classe de polimerització mitjançant la qual es produeixen poden ser polímers d'addició o condensació.
Així mateix, es poden obtenir polímers naturals o sintètics depenent de l'origen dels mateixos; o orgànics o inorgànics depenent de la seva composició química.
propietats
- La seva característica més notable és la identitat repetitiva dels seus monòmers com a base de la seva estructura.
- Les seves propietats elèctriques varien d'acord al seu propòsit.
- Presenten propietats mecàniques com elasticitat o resistència a la tracció, que defineixen el seu comportament macroscòpic.
- Alguns polímers exhibeixen propietats òptiques importants.
- La microestructura que posseeixen afecta directament els seus altres propietats.
- Les característiques químiques dels polímers estan determinades per les interaccions de tipus atractiu entre les cadenes que els formen.
- Les seves propietats de transport són relatives a la velocitat de el moviment intermolecular.
- El comportament dels seus estats d'agregació està relacionat amb la seva morfologia.
Exemples de polímers
Entre la gran quantitat de polímers que existeixen es troben els següents:
poliestirè
Utilitzat en contenidors de diferents tipus, així com en recipients que s'utilitzin com a aïllants tèrmics (per refredar aigua o emmagatzemar gel) i fins i tot en joguines.
politetrafluoroetilè
Millor conegut com tefló, s'usa com a aïllant elèctric, també en la fabricació de rodets i per recobrir estris de cuina.
Clorur de polivinil
Emprat en la producció de canals de parets, rajoles, joguines i canonades, aquest polímer es coneix comercialment com PVC.
referències
- Wikipedia. (Sf). Polymer. Recuperat de en.wikipedia.or
- Chang, R. (2007). Chemistry, Ninth edition. Mèxic: McGraw-Hill.
- LibreTexts. (Sf). Introduction to Polymers. Obtingut de chem.libretexts.org
- Cowie, JMG, i Arrighi, V. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, Third Edition. Recuperat de books.google.co.ve
- Britannica, I. (sf). Polymer. Obtingut de britannica.com
- Morawetz, H. (2002). Polymers: The Origins and Growth of a Science. Recuperat de books.google.co.ve