¿Qué son los polímeros? – Propiedades, aplicaciones y ejemplos

¿Qué son los polímeros?

¿Qué tienen en común el ADN, una botella de plástico y la madera? ¿Rendirse? ¡Todos son polímeros!

Los polímeros son moléculas muy grandes que están formadas por miles, incluso millones, de átomos que están unidos entre sí en un patrón repetitivo. La estructura de un polímero se visualiza fácilmente imaginando una cadena. La cadena tiene muchos eslabones que están conectados entre sí. De la misma manera, los átomos dentro del polímero se unen entre sí para formar enlaces en la cadena del polímero.

Los enlaces moleculares en la cadena del polímero se denominan unidades repetidas que se forman a partir de una o más moléculas llamadas monómeros . La estructura de la unidad de repetición puede variar ampliamente y depende de las materias primas que componen el polímero. Por ejemplo, el polietileno, el polímero utilizado para fabricar una amplia variedad de bolsas y recipientes de plástico, tiene una unidad de repetición muy simple, dos carbonos que se unen entre sí para formar un solo enlace.

Unidad de repetición de polietileno

Polímeros de síntesis

Los polímeros se crean mediante reacciones químicas conocidas como polimerizaciones , y la mayoría se producen mediante dos tipos de reacciones básicas. El primer tipo de reacción de polimerización se conoce como polimerización por condensación. El segundo tipo de reacción se conoce como polimerización por crecimiento de cadena.

Las polimerizaciones por condensación , también llamadas polimerizaciones de crecimiento escalonado , ocurren cuando dos monómeros reaccionan para producir una unidad repetida y una molécula más pequeña como el agua. Un gran ejemplo de este tipo de reacción es la polimerización de nailon a partir de monómeros con ácidos carboxílicos y aminas básicas. La reacción (que se muestra a continuación) crea un vínculo entre cada monómero y produce agua como subproducto y se utiliza para producir fibras de nailon para la ropa.

Polimerización de nailon que produce agua como subproducto.

Chaqueta confeccionada con fibras de nailon

Las polimerizaciones de crecimiento en cadena ocurren cuando un monómero forma un radical libre altamente reactivo o una molécula con un electrón desapareado. El radical libre reacciona rápidamente con otro monómero y provoca una unidad repetida con otro radical libre. Una reacción en cadena rápida continúa la polimerización y la cadena del polímero continúa creciendo más. Un ejemplo de un polímero elaborado mediante una polimerización de crecimiento de cadena es el poliestireno, un polímero que se encuentra comúnmente en vasos desechables para beber.

Polimerización de estireno para formar poliestireno

Copas de poliestireno

Propiedades del polímero

Dado que muchos polímeros están hechos de cadenas largas y flexibles, se enredan fácilmente, como un plato de espaguetis cocidos. El enredo desordenado de las cadenas de polímero crea lo que se conoce como una estructura amorfa . Los polímeros amorfos suelen ser transparentes y mucho más fáciles de fundir para fabricar materiales como la película adhesiva de cocina.

Envoltorio de cocina

Las cadenas de polímero no siempre forman arreglos amorfos. En condiciones adecuadas, como el estiramiento, las cadenas de polímero pueden alinearse una al lado de la otra para formar arreglos cristalinos ordenados. Los arreglos cristalinos en los polímeros también se pueden lograr mediante un enfriamiento lento, donde las cadenas de polímeros individuales se pliegan sobre sí mismas.

Cadenas de polímero alineadas que crean polímeros cristalinos

Cadenas de polímero plegadas que también crean cristales

Los polímeros también se pueden utilizar para crear enormes redes tridimensionales. Estas redes se forman mediante la reacción de monómeros con más de dos sitios posibles para que se produzca la polimerización. Los múltiples sitios de reacción permiten que las diferentes cadenas se conecten entre sí para formar cadenas reticuladas . El resultado de las cadenas reticuladas es un sólido tridimensional que es esencialmente una molécula enorme.

Polímeros en la industria y la naturaleza

Muchos de los polímeros con los que estamos familiarizados en nuestra vida cotidiana se conocen como plásticos. Los plásticos, o termoplásticos , son polímeros que se ablandan cuando se calientan y se moldean en diferentes formas. Los termoplásticos se utilizan para hacer de todo, desde botellas de refrescos hasta cubiertos de picnic.

Otra aplicación de los polímeros son las hebras largas conocidas como fibras . Las fibras incluyen muchos tipos de hilo sintético o cuerda que están hechos de materiales amorfos como los poliésteres. Los polímeros cristalinos también se pueden usar para fabricar fibras, siendo una de las más famosas las fibras que se encuentran en la ropa resistente a las balas.

Las aplicaciones industriales finales que se discutirán aquí son el caucho y las espumas. Estos materiales consisten en cadenas poliméricas reticuladas. El caucho se encuentra en materiales como el látex para pinturas o en el caucho vulcanizado que se encuentra en los neumáticos. Las espumas se producen soplando aire en los monómeros durante la reacción o mediante gases producidos como subproductos de la reacción. Las propiedades suaves y elásticas de las espumas las hacen ideales para ropa de cama como la espuma viscoelástica de poliuretano.

Espuma de memoria de poliuretano

Los polímeros no se limitan al ámbito de la fabricación y se encuentran en el mundo natural. Uno de los polímeros naturales más abundantes, la celulosa, se encuentra dentro de las plantas. La celulosa es en realidad un tipo de molécula de azúcar (un polisacárido) que le da a las plantas su estructura fibrosa. Por supuesto, ninguna discusión sobre los polímeros naturales está completa sin mencionar el ácido desoxirribonucleico o ADN. El ADN consta de largas cadenas de péptidos. Dos cadenas polipeptídicas paralelas se mantienen unidas por fuerzas atractivas para dar la estructura icónica de doble hélice.

La madera contiene celulosa

ADN con estructura de doble hélice

Resumen de la lección

Los polímeros son moléculas muy grandes que se componen de miles a millones de átomos que forman una secuencia de unidades repetidas. Los polímeros se fabrican mediante reacciones de polimerización en las que las moléculas llamadas monómeros se unen para formar unidades repetidas . Las cadenas de polímero pueden entrelazarse entre sí para formar arreglos amorfos o alinearse para formar arreglos cristalinos. Los polímeros también se pueden conectar a través de enlaces cruzados para dar redes tridimensionales. Muchos objetos modernos utilizan polímeros en forma de termoplásticos y fibras . Los polímeros biológicos, como la celulosa y el ADN, se pueden encontrar en todo el mundo natural.

Polímeros: términos clave

Los resultados del aprendizaje

Una vez que terminen la lección, los estudiantes deberían poder:

• Definir polímero
• Describe cómo se sintetizan los polímeros.
• Identificar ejemplos de polímeros utilizados en nuestra vida diaria.