Monómeros y Polímeros: Definición, diferencia y ejemplos

¿Qué son los monómeros y los polímeros?

Los organismos vivos están formados por moléculas orgánicas muy grandes llamadas macromoléculas ( -macro en griego significa grande o largo; es lo opuesto a -micro ). La mayoría de las macromoléculas son polímeros: largas hebras de subunidades repetidas. Estas subunidades, o componentes básicos de los polímeros, se denominan monómeros. Los polímeros naturales constituyen la mayoría de las estructuras celulares que componen los seres vivos, pero no sólo se encuentran en los organismos vivos. Muchos plásticos y otros materiales fabricados por el hombre que hacen posible la vida moderna son polímeros sintéticos compuestos de monómeros que se fabrican y combinan en laboratorios.

¿Cómo se relacionan los monómeros y los polímeros?

La relación entre monómeros y polímeros se explica en sus nombres. El sufijo -mer proviene del griego parte. Los prefijos indican cuántas partes; mono significa uno (un monómero es una sola unidad, solo un bloque de construcción), mientras que poli significa mucho o muchos (un polímero es una cadena de cientos o miles de monómeros unidos).

De hecho, prefijos específicos pueden indicar las longitudes de ciertos polímeros.

Nombre	Descripción	Ejemplo
monomer​	Una unidad	Un monosacárido es una sola molécula de azúcar (por ejemplo, glucosa)
Dimer​	Dos unidades unidas	Un disacárido contiene dos azúcares unidos (por ejemplo, la sacarosa se elabora a partir de un monómero de fructosa unido a un monómero de glucosa).
Trimer​	Tres unidades unidas	Un triglicérido contiene tres ácidos grasos conectados por una molécula de glicerol.
polímero​	Muchas unidades se unieron	Un polipéptido es una proteína formada por cientos o miles de subunidades de aminoácidos conectadas.

Algunos polímeros contienen sólo un tipo de monómero (por ejemplo, el almidón que las patatas y otras plantas utilizan para almacenar energía está compuesto enteramente de miles (o millones) de monómeros de glucosa) y sólo monómeros de glucosa. Otros polímeros son los copolímeros, que contienen una mezcla de diferentes tipos de monómeros. Un ejemplo de copolímero es el caucho de nitrilo (utilizado para fabricar guantes hipoalergénicos), un polímero sintético elaborado a partir de una mezcla de monómeros de acrilonitrilo y butadieno.

El proceso de unir muchos monómeros para formar un polímero se llama polimerización. Si el polímero que se forma es un copolímero, el proceso también puede denominarse copolimerización.

¿En qué se diferencian los monómeros y los polímeros?

La diferencia más importante entre monómeros y polímeros es que los polímeros están hechos de monómeros. Lo contrario (los monómeros están hechos de polímeros) es ilógico y absurdo.

La otra diferencia clave es que los monómeros son siempre bastante pequeños (normalmente entre 10 y 50 átomos), mientras que los polímeros suelen contener miles o incluso millones de átomos.

La forma más sencilla de entender la diferencia entre monómeros y polímeros es por analogía. Los monómeros son siempre las unidades utilizadas para la construcción: un bloque de Lego, una cuenta o un solo vagón de tren. Los polímeros, por otro lado, son estructuras más grandes que se obtienen combinando las subunidades: una ciudad de Lego, un collar o el sistema de tren elevado de Chicago.

Ejemplos de monómeros y polímeros

Los polímeros se pueden dividir en términos generales en tres categorías principales:

• Polímeros naturales, que son producidos y utilizados para construir organismos vivos.
  
  • Los polímeros biológicamente importantes son los carbohidratos, las proteínas y los ácidos nucleicos.
  • El látex también es un polímero de caucho natural producido por los árboles de caucho de América del Sur ( Hevea brasiliensis ).
• Polímeros sintéticos, productos fabricados por el hombre que deben sintetizarse en un laboratorio utilizando catalizadores.
  • La forma más común de plástico es un polímero llamado polietileno.
  • Espuma de poliestireno es el nombre comercial del poliestireno polimérico.
  • El nailon es una clase completa de polímeros llamados poliamidas.
• Polímeros semisintéticos, polímeros naturales modificados químicamente.
  
  • El nitrato de celulosa se deriva de la celulosa que forma las paredes celulares de las plantas; Es tan combustible que puede usarse en lugar de pólvora.
  • La fibra de rayón, o acetato de celulosa, se utiliza para fabricar una variedad de hilos y tejidos.

Plásticos: ejemplos de polímeros

El más común y famoso de los polímeros sintéticos es el polietileno, que es el polímero más común utilizado para fabricar plásticos. Como su nombre lo indica, el polietileno es un polímero del compuesto etileno, fórmula {eq}C_{2}H_{4} {/eq}. El polietileno, como la mayoría de los otros polímeros sintéticos, es una larga cadena de moléculas de etileno unidas, como se muestra en la imagen. La longitud extrema del polímero permite que se formen fuertes fuerzas intermoleculares entre las moléculas, creando un sólido fuerte, duradero pero flexible.

La espuma de poliestireno también es un polímero, pero está hecha de monómeros de estireno. De hecho, el poliestireno puede tener diferentes texturas dependiendo de cómo se fabrique y procese en el laboratorio. Para hacer espuma de poliestireno, el poliestireno debe extruirse como espuma antes de solidificarse, un proceso que hace que el plástico sea ~95% aire.

Los monómeros ácido adípico y hexametilendiamina se combinan para formar nailon, lo que lo convierte en un copoímero. De hecho, existen varios tipos diferentes de polímeros de nailon, cada uno con monómeros ligeramente modificados. El nailon más común utilizado para fabricar cuerdas es el nailon 6 (el seis se refiere a seis átomos de carbono en su monómero de hexametileno). El nailon es uno de los pocos polímeros sintéticos que contiene nitrógeno; por esta razón los polímeros de nailon se clasifican como poliamidas.

La mayoría de los polímeros sintéticos se fabrican mediante el uso de un catalizador, que es una sustancia que acelera las reacciones químicas pero que no forma parte de las reacciones químicas (no es consumida por la reacción). Por ejemplo, la catálisis utilizada para polimerizar moléculas de etileno se llama catalizador Ziegler Natta, mientras que un catalizador común para fabricar caucho sintético son los peróxidos orgánicos.

Polímeros naturales

Hay cuatro categorías principales de polímeros biológicos que son tan importantes para los seres vivos que se les ha llamado El componente básico de la vida. Estos polímeros son tan críticos para la vida en la Tierra que se cubrirán en varias lecciones individuales de este curso.

Carbohidratos

Los carbohidratos están formados por monómeros llamados monosacáridos o azúcares simples ( sacchar en griego significa azúcar ). La forma polimérica de los carbohidratos complejos son los polisacáridos. Hay muchos monosacáridos diferentes (por ejemplo, glucosa, fructosa, galactosa, etc.), pero casi todos los polisacáridos biológicamente relevantes están formados por monómeros de glucosa. Los seres humanos utilizan el glucógeno polisacárido para almacenar energía; contiene muchas ramas de glucosa que se pueden descomponer rápidamente. Las plantas almacenan su glucosa como celulosa, un polisacárido fibroso utilizado para formar paredes celulares resistentes, o almidón, otro polisacárido ramificado que se puede almacenar en raíces y tubérculos (por ejemplo, patatas). El sistema digestivo humano puede descomponer el almidón en sus componentes individuales de glucosa, monosacáridos, pero no puede descomponer la celulosa. La celulosa pasa completamente a través del sistema digestivo como fibra dietética.

lípidos

Los lípidos son una especie de polímero pseudomacromolécula. A diferencia de las otras categorías, que pueden extenderse en longitud indefinidamente (no hay un número máximo de monómeros en los polímeros de carbohidratos, proteínas o ácidos nucleicos), los lípidos más grandes son trímeros formados por sólo tres unidades monoméricas. El monómero de la mayoría de los lípidos son los ácidos grasos, que son cadenas de hidrocarburos largas y no polares. Tres ácidos grasos pueden reaccionar con el glicerol (una molécula de 3 carbonos) para formar un triglicérido, que forma las grasas y los aceites. A veces, el glicerol conectará dos ácidos grasos con un grupo principal de fosfato polar; esto crea un fosfolípido que se utiliza para fabricar las membranas celulares interiores y exteriores. La mayoría de los lípidos son no polares y no se mezclan con el agua, pero el grupo de cabeza polar de los fosfolípidos los hace polares y no polares al mismo tiempo, una condición conocida como anfipática.

Proteínas

El nombre químico propio de las proteínas es polipéptidos, lo que indica que son polímeros. Las proteínas son hebras largas y lineales de monómeros de aminoácidos. Los seres humanos utilizan sólo 20 aminoácidos diferentes, en varias combinaciones, para crear miles (tal vez millones) de proteínas diferentes. Estas proteínas llevan a cabo una diversidad de funciones celulares. Uno de los tipos de polipéptidos más conocidos son las enzimas, que regulan las reacciones químicas de la célula. Las enzimas son catalizadores biológicos; no son consumidos por las reacciones químicas que regulan. De hecho, la mayoría de los polímeros de la célula son producidos por varias enzimas proteicas (por ejemplo, la ADN polimerasa y la glucógeno sintasa son enzimas proteicas que producen otras macromoléculas), aunque las enzimas realizan otras funciones. Otras funciones de las proteínas incluyen soporte estructural, transporte (tanto alrededor de la célula como dentro y fuera de la célula), señalización y almacenamiento de energía.

Ácidos nucleicos

Quizás el más famoso de todos los polímeros biológicos sea el ADN o ácido desoxirribonucleico. El ADN y su molécula hermana, el ARN, son polinucleótidos formados a partir de largas hebras de monómeros de nucleótidos. Cada uno de estos monómeros tiene sus propios componentes: un azúcar, una base (A, C, T, G o U) y un grupo fosfato. El ADN es una de las macromoléculas más estables y menos reactivas; está destinado a preservar y transmitir fielmente la información genética de una persona a través de generaciones. Todos los genes codificados en el ADN de un organismo se denominan genoma ; El genoma humano está formado por 3 mil millones de pares de nucleótidos que codifican alrededor de 20.000 genes diferentes. El ARN es menos estable que el ADN porque sólo tiene una hebra de nucleótidos (el ADN tiene dos); El propósito del ARN es transportar la secuencia de un gen al interior de la célula para que pueda usarse para producir una determinada proteína. Una vez producida la proteína, la molécula de ARN se degrada en los monómeros de nucleótidos que la componen, que pueden reutilizarse.

Resumen de la lección

Las macromoléculas son moléculas muy grandes; a menudo miles o incluso millones de átomos. La mayoría de las macromoléculas son polímeros, que son largas cadenas de subunidades moleculares repetidas llamadas monómeros ( mono = uno; poli = muchos). Dos monómeros formaron un dímero y tres monómeros formaron un trímero. Los polímeros pueden contener desde cuatro hasta millones de monómeros. Los polímeros sintéticos (polímeros artificiales) se fabrican utilizando catalizadores (sustancias químicas que aceleran las reacciones químicas pero que no son consumidas por la reacción); Los polímeros naturales están formados por enzimas (proteínas que actúan como catalizadores biológicos). El proceso de fabricación de un polímero se llama polimerización.

Ejemplos de polímeros incluyen

• Polímeros sintéticos
  • Polietileno (plástico)
  • Poliestireno (espuma de poliestireno)
  • Poliamidas (nylon)
  • Polibutadieno (caucho sintético)
• Polímeros naturales
  • carbohidratos
  • lípidos
  • Proteínas
  • Ácidos nucleicos

Las cuatro categorías principales de polímeros biológicamente importantes se describen con más detalle en la siguiente tabla.

Nombre	monómero	Polímero	Ejemplo
carbohidratos	monosacáridos	Polisacáridos	Glucosa, Almidón, Glucógeno
lípidos	Ácidos grasos	Triglicéridos	Grasas, Aceites, Fosfolípidos (membrana celular)
Proteínas	Aminoácidos	Polipéptidos	Enzimas, Músculo, Moléculas de transporte
Ácidos nucleicos	Nucleótidos	Polinucleótidos	ADN y ARN