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Polímeros: Propiedades, ejemplos y aplicaciones

Publicado el 12 abril, 2024

¿Qué es exactamente un polímero?

Por definición, un polímero es cualquier sustancia que se obtiene combinando varias unidades de una sustancia conocida como ” monómero “. Como resultado, tiene el nombre de “poli” (que significa “muchos”) y “mer” (que significa “unidad”).

Moléculas de un polímero, cada molécula es grande y en general los polímeros se consideran macromoléculas.

Existe mucha variedad en la complejidad de las estructuras de los polímeros que los hacen extremadamente versátiles y facilitan sus innumerables aplicaciones. Como se ve en todas partes, desde plásticos de un solo uso hasta electrodomésticos de alta calidad, los polímeros encuentran su utilidad en todos los aspectos del estilo de vida moderno.

Un ejemplo común de usos de polímeros en la vida diaria que muestra botellas y contenedores de plástico.

Tipos de polímeros

Debido a su disponibilidad, aparición, complejidad de estructura y usos, los polímeros se agrupan en diferentes categorías según estas propiedades. Las principales categorías a considerar son la clasificación basada en la fuente, la estructura de la cadena del monómero, el tipo de cadena principal, el tipo de polimerización, las fuerzas de atracción intermoleculares y el tipo de monómero utilizado.

Clasificación de polímeros según la fuente de disponibilidad

Los polímeros se clasifican según su aparición natural y la capacidad de sintetizarlos. Éstas incluyen:

  • Polímeros naturales: son polímeros naturales. Pueden ser de origen animal o vegetal. Los ejemplos de polímeros naturales incluyen celulosa, caucho, seda, lana, etc.
  • Polímeros Sintéticos: Son los tipos de polímeros que se sintetizan mediante diferentes procesos químicos. Los ejemplos de polímeros sintéticos incluyen polietileno y teflón.

Clasificación de polímeros según la estructura de la cadena monomérica.

Los polímeros también se pueden clasificar según su estructura en polímeros lineales, ramificados y reticulados. Éstas incluyen:

  • Polímeros lineales: Los polímeros lineales son cadenas largas y rectas de polímeros con una estructura muy simple. Tienen una resistencia considerable, alta densidad y viscosidad. Ejemplo de polímero lineal: PVC (cloruro de polivinilo).
  • Polímeros de cadena ramificada: Los polímeros de cadena ramificada consisten en largas cadenas de polímeros que tienen cadenas más pequeñas y ramificadas de manera irregular. No son tan fuertes como los polímeros lineales y muestran baja densidad y viscosidad. Ejemplo de polímeros de cadena ramificada: LDPE (polietileno de baja densidad).
  • Polímeros reticulados: en los polímeros reticulados, los polímeros se unen y forman una red de enlaces covalentes. Esto aumenta la resistencia a la tracción de los polímeros. Ejemplo de polímero reticulado: baquelita.

Clasificación de polímeros según su respuesta al calor.

Estos son los polímeros ampliamente utilizados que se clasifican según su respuesta al calor y su posterior uso en polímeros termoestables y termoplásticos. Incluyen:

  • Polímeros termoendurecibles: Estos polímeros, al calentarse, no se ablandan sino que, de hecho, sufren cambios permanentes en su estructura mediante un proceso conocido como curado. Esto aumenta su fuerza y ​​les da una forma rígida. Ejemplos de polímeros termoestables son poliuretanos y epoxi.
  • Polímeros termoplásticos: Estos polímeros se ablandan una vez expuestos al calor y se enfrían una vez que se elimina el calor. Esto les permite remodelarlos y moldearlos. Ejemplos de polímeros termoplásticos son el nailon y el poliéster.

Clasificación de polímeros según el tipo de monómero utilizado

Esta clasificación se centra en el tipo de monómero utilizado. Éstas incluyen:

  • Homopolímeros: Los homopolímeros están hechos del mismo o de un solo tipo de monómero. Tienen una estructura simple y se pueden sintetizar fácilmente. Ejemplo de homopolímero: polietileno donde el monómero es eteno.
  • Copolímeros: Los copolímeros están formados por diferentes tipos de monómeros, normalmente dos o más. Tienen amplias aplicaciones comerciales. Ejemplo de copolímero: SIS (estireno-isopreno-estireno).

Clasificación de polímeros según el tipo de reacción química empleada

Según el proceso químico utilizado, los polímeros así obtenidos se clasifican de manera diferente. Éstas incluyen:

  • Polímeros de adición: El tipo de polímeros que se obtienen en una reacción de adición se conocen como polímeros de adición. Ejemplo de polímero de adición: polioximetileno.
  • Polímeros de condensación: El tipo de polímeros obtenidos en una reacción de condensación se conocen como polímeros de condensación. Ejemplo de polímero de condensación: Nylon-6, 6.

Clasificación de polímeros según el tipo de disposición de las moléculas.

Una propiedad de los polímeros donde se observa el orden en la disposición de sus moléculas. Estos arreglos son cristalinos o amorfos:

  • Polímeros cristalinos: Estos polímeros tienen moléculas dispuestas ordenadamente; de ahí que se les conozca como polímeros cristalinos. Aquí, el término “cristalino” se refiere únicamente a la disposición de las moléculas y no a ninguna propiedad física. Ejemplo de polímero cristalino: Polipropileno.
  • Polímeros amorfos: Los polímeros que no tienen un orden de disposición establecido se conocen como polímeros amorfos. Forman polímeros que son dúctiles y quebradizos. Ejemplo de polímero amorfo: ABS (acrilonitrilo butadieno estireno).

Clasificación de polímeros según el tipo de fuerza intermolecular

Este tipo de polímeros se clasifican según el tipo de fuerza de atracción intermolecular presente entre ellos, en elastómeros y fibras. Es digno de mención estudiarlos porque estas fuerzas intermoleculares influyen en sus propiedades, lo que a su vez dicta sus usos a gran escala.

  • Elastómeros: como su nombre indica, son de naturaleza elástica. Muestran propiedades similares al caucho y poseen fuerzas intermoleculares muy débiles. Ejemplo de elastómero: Neopreno.
  • Fibras: Son más duras que los elastómeros. Tienen fuertes fuerzas intermoleculares entre ellos que les proporcionan mayor fuerza. Ejemplo de fibra: terileno.

Polímeros: composición y creación.

Químicamente, un polímero es una macromolécula que consta de unidades o estructuras repetidas (los monómeros son unidades únicas que se repiten).

¿De qué están hechos los polímeros?

Los polímeros están formados por cientos o miles de estos monómeros. Están unidos entre sí mediante diferentes tipos de enlaces. El tipo de enlace decide las diferentes propiedades de los polímeros. A continuación se muestra un ejemplo de un monómero, su polímero correspondiente y la fórmula:

Monómero: eteno

Polímero: Polietileno

Fórmula: {eq}(C_2 H_4)_n{/eq}

¿Cómo se fabrican los polímeros?

Los polímeros se forman mediante una reacción química conocida como polimerización.

Una reacción que representa la formación de poliestireno donde el estireno actúa como monómero.

En este proceso químico, los monómeros reaccionan en presencia de catalizadores apropiados para formar diversos polímeros. Los dos tipos principales de reacciones de polimerización que producen polímeros son la polimerización por adición y la polimerización por condensación.

  • Polimerización por adición: esta reacción también se conoce como reacción de crecimiento en cadena o polimerización en cadena. Esto incluye tres pasos principales: inicio {eq}\rightarrow {/eq}, propagación {eq}\rightarrow {/eq} y terminación.

En este caso, mediante la reacción de adición reacciona un monómero, normalmente insaturado. Esto produce una cadena del polímero deseado. En pocas palabras, {eq}nRCH=CH_2 \rightarrow [RCH-CH_2]_n {/eq}

En el primer paso, el paso de iniciación, los dobles enlaces del monómero serán atacados por un radical de iniciador. Esto conduce a la formación de un compuesto intermedio formado por el radical iniciador y el monómero. En el segundo paso, este compuesto reacciona con otro monómero, propagando así la reacción. Finalmente, en la etapa de terminación, se forma el polímero y el radical se une con otro radical en la etapa de crecimiento de la cadena. Ejemplo: la formación de PVC.

  • Polimerización por condensación: esta reacción también se conoce como reacción de crecimiento por etapas, en la que los monómeros forman los polímeros correspondientes. Este proceso está marcado por la liberación de subproductos como moléculas de agua. En este caso, los monómeros con grupos funcionales reaccionan para formar polímeros mediante la reacción de condensación. Los subproductos, como las moléculas de agua, se liberan junto con los polímeros. Por ejemplo, la formación de Nylon-6,6 implica la reacción del ácido adípico con hexametilendiamina con la liberación de moléculas de agua. Este tipo de reacción se conoce como polimerización de crecimiento escalonado.
  • Copolimerización: en esta reacción, se emplean múltiples tipos de monómeros que reaccionan entre sí, formando un polímero que tiene incorporadas las propiedades de los monómeros involucrados. Aquí, dos monómeros diferentes dan lugar a un nuevo polímero que muestra propiedades variadas mediante el proceso de copolimerización. Considere el ejemplo del polímero Buna-S. En este caso, el estireno y el butadieno actúan como monómeros y, en presencia de un catalizador de peróxido, forman el polímero.

¿Cuáles son las propiedades de los polímeros?

La diferencia de estructura, el tipo de fuerzas intermoleculares involucradas y el método utilizado para la síntesis son algunos de los factores que influyen en las propiedades de los polímeros. Las propiedades a tener en cuenta son las propiedades físicas y las propiedades químicas.

Propiedades físicas de los polímeros

Las propiedades físicas de los polímeros demuestran su comportamiento observable y cuantificable que está influenciado por una serie de factores, el más importante de ellos su estructura. Las propiedades físicas de los polímeros se analizan a continuación:

  • Resistencia: Se considera que la resistencia a la tracción de los polímeros está relacionada con su peso molecular. Aumenta con un aumento del peso molecular hasta cierto punto. La reticulación también aumenta la resistencia.
  • Punto de fusión: El punto de fusión (también conocido como estado de transición) de los polímeros depende del peso molecular y se ve que aumenta cuando el polímero posee grupos voluminosos o grupos funcionales.
  • Conductividad: Los polímeros suelen tener baja conductividad, pero el dopaje químico ha cambiado esta propiedad hasta cierto punto para aumentar sus aplicaciones.
  • Viscoelasticidad: se observa que los polímeros similares a fibras muestran un comportamiento viscoelástico que es tanto elasticidad como viscosidad cuando se aplica tensión.

Propiedades químicas de los polímeros

Las fuerzas intermoleculares gobiernan las propiedades químicas de los polímeros. Por tanto, se puede observar un cambio distintivo en las propiedades de diferentes polímeros. Éstas incluyen:

  • Reactividad: Los polímeros suelen tener baja reactividad debido a su red de enlaces covalentes y enlaces entre hidrógeno.
  • Presencia de grupos funcionales: El enlace de hidrógeno, enlace dipolo-dipolo, influye en la reactividad de los polímeros. Las cadenas laterales aumentan la flexibilidad, mientras que los enlaces de hidrógeno conducen a la reticulación de los polímeros.
  • Biodegradabilidad: Ciertos polímeros son biodegradables debido a su débil cadena de carbono que puede hacer que los grupos terminales sean susceptibles a daños por factores externos. Normalmente, la biodegradabilidad de los polímeros es baja o casi inexistente y, por tanto, sus aplicaciones no son muy respetuosas con el medio ambiente.

¿Para qué se utilizan los polímeros?

Los polímeros y sus múltiples usos forman una parte muy esencial de la vida diaria. Desde electrodomésticos hasta contenedores, ropa sintética, etc. están hechos de polímeros. También se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales, ya que las subpartes de máquinas y las máquinas de servicio pesado requieren algún tipo de polímero.

Ejemplos de polímeros

Algunos ejemplos importantes de polímeros utilizados en la vida diaria incluyen:

  • Polietileno: Un artículo común y ampliamente utilizado; Las bolsas y recipientes de plástico son en realidad un polímero hecho de polietileno. Sin embargo, no son biodegradables y suponen un riesgo para el medio ambiente.
  • LDPE: El polietileno de baja densidad se utiliza para fabricar diversas piezas de máquinas, tuberías, tubos, botellas de plástico y cajas.
  • PVC: El uso más común del cloruro de polivinilo es en cables eléctricos y otros equipos aislados recubiertos de PVC. También se utilizan en tuberías de agua que brindan aplicaciones libres de corrosión.
  • Nailon: Las fibras de nailon se utilizan para fabricar prendas resistentes al agua, como impermeables y paraguas. También se utilizan en alfombras, paracaídas, cuerdas y textiles.
  • Caucho: El caucho se usa comúnmente para fabricar neumáticos, aunque también es importante para fabricar piezas de máquinas, lubricantes, guantes, etc.
  • Teflón: El teflón se ve más comúnmente en electrodomésticos de cocina en los que se proporciona una capa de teflón en la superficie de sartenes y ollas para hacerlas “antiadherentes”.
Un ejemplo de polímeros en la vida cotidiana, una sartén antiadherente recubierta de teflón, que se utiliza en utensilios de cocina y utensilios de cocina.
Polímeros de uso común en la vida cotidiana, recipientes de plástico utilizados para almacenar alimentos y otras cosas.

Algunos otros polímeros importantes utilizados comercialmente son:

  • Polímeros reticulados: los polímeros reticulados se utilizan en la fabricación de caucho, que es el proceso químico de vulcanización del caucho.
  • Acrílico: se utiliza ampliamente en pinturas que van desde pinturas simples hasta pinturas de alta calidad utilizadas con fines industriales.
  • Poliuretanos: Se utilizan en la industria del automóvil, como revestimiento de superficies, adhesivos, etc.
  • Siliconas: se utilizan en equipos quirúrgicos y como aislantes y también tienen otras aplicaciones médicas y cosméticas.
  • Nanomateriales: En los últimos años, la tecnología ha permitido la incorporación de polímeros a la nanotecnología, creando nanohíbridos que tienen amplios usos en aplicaciones químicas e industriales que se extienden desde células solares hasta electrodos.
Una representación de los plásticos utilizados en equipos de laboratorio; aquí se muestran los pequeños viales utilizados para los experimentos.
Una aplicación de polímeros utilizados industrialmente, que muestra piezas de caucho utilizadas en diversas máquinas y equipos de alta calidad.

Los polímeros también son biológicamente importantes y tienen usos que incluyen:

  • Los polímeros forman la parte más importante de los seres vivos, el ADN y el ARN, es decir, los ácidos nucleicos son ejemplos de polímeros biológicos.
  • Otras materias orgánicas como proteínas y carbohidratos también son ejemplos de polímeros.
  • Los polímeros se utilizan en campos biológicos, como la electroforesis, la genética y la biología celular.

Resumen de la lección

Los polímeros son esencialmente macromoléculas formadas por cientos o miles de unidades individuales llamadas monómeros. Los polímeros se clasifican según sus estructuras, funciones, fuente, tipos de monómeros, fuerzas intermoleculares, etc. Las diferentes propiedades físicas y químicas de los polímeros se deben a su resistencia a la tracción, durabilidad, viscoelasticidad, reactividad, punto de fusión, conductividad y estructura y disposición molecular. Se forman mediante un proceso conocido como polimerización. Básicamente, esto incluye dos tipos: polimerización por adición y por condensación . Otro tipo de polimerización es la copolimerización. Estos procesos se emplean para la preparación comercial de polímeros.

Los polímeros se han convertido en una parte inseparable de la vida moderna. Los polímeros se utilizan en plásticos de un solo uso, recipientes, utensilios de cocina y utensilios de cocina, como revestimientos y cubiertas, en tejidos textiles y sintéticos, pinturas, esmaltes y equipos médicos y quirúrgicos. Los polímeros también se utilizan en las industrias automovilística y aeroespacial, química y cosmética, en máquinas industriales de alta resistencia y forman parte de dispositivos como ordenadores, portátiles, televisores LED, electrodomésticos, paneles solares y aislantes.

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