Polímero

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva estireno

Polimerización y estructura

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como polimerización por pasos o como polimerización en cadena. En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá del tiempo de reacción, se formarán n cadenas, obtenidas en la síntesis artifical de polímeros, de distinto tamaño entre sí y, por tanto, de distinto peso molecular, por lo que se habla de peso promedio.

La polimerización en etapas (condensación) necesita monómeros bifuncionales.

Ej: HOOC--R1--NH2

Si reacciona con sí mismo, entonces:

2 HOOC--R1--NH2 <

> HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O <

> HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O

tacticidad de polimeros.jpg | Polímeros1.png

Polimerización1.png
Polimerización del estireno para dar poliestireno
n indica el grado de polimerización

Por otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única cadena de monómeros, o bien ésta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas cadenas.

La naturaleza química de los monómeros, su peso molecular y otras propiedades físicas, así como la estructura que presentan determinan diferentes características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero presenta un grado de entrecruzamiento, el material será mucho más difícil de fundir que si no presentara ninguno.

Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser: atáctico (sin orden), Isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se le llama tacticidad. Las propiedades de un polímero pueden ser modificadas severamente según su estereoquímica.

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.

En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras, partícularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse de forma aleatoria, informativa (como en los polipéptidos de las proteínas o los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano.

Copolímero se le llama convencionalmente a un polímero sintético, los monómeros que conforman su cadena, son 2 o más, estos se ubican en la cadena principal alternándose según el diseño en: copolímero alternante, Copolímero en bloque Copolímero aleatorio, Copolímero de injerto]]. Para lograr este diseño, la reacción de polímerización y los catalizadores deben ser los adecuados.

Polímeros2.png
a) Homopolímero b) Copolímero alternante
c) Copolímero bloque d) Copolímero aleatorio
e) Copolímero de injerto

Finalmente, los extremos de los polímeros pueden ser distintos que el resto de la cadena polimérica, sin embargo es mucho más importante el resto de la cadena que estos extremos debido a que la cadena es de una gran extensión comparada con los extremos.

Clasificación

Aunque son varios los elementos que pueden constituir las moléculas de los polímeros orgánicos sintéticos, los principales son C (carbono), H (hidrógeno), O (oxígeno) y N (nitrógeno), puesto que los polímeros son en su mayoría orgánicos, y estos cuatro elementos conforman gran parte de los seres orgánicos. Como ejemplos el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc. Los polímeros se pueden clasificar según el proceso de obtención:

Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas de polímeros. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc.
Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.

Según su estructura o propiedades se pueden dividir de la siguiente forma:

Plásticos. Normalmente se incluyen dentro del término genérico de "plásticos" los termoplásticos, que son polímeros que no presentan entrecruzamientos, lineales o ramificados, estos polímeros tienen la capacidad de ser "fundidos" y arriba de cierta temperatura pueden fluir y regresar a su estado sólido al disminuir su temperatura.
Termoestables son polímeros que presentan un alto grado de entrecruzamiento, estos polímeros no pueden ser fundidos y si son calentados hasta cierta temperatura, comienzan un proceso químico de degradación.
Elastómeros. Son polímeros con un bajo o alto grado de entrecruzamiento. Su característica consiste en que la cadena principal de la unidad repetitiva tiene un doble enlace, es decir es insaturado; esta insaturación da lugar a la capacidad de resiliencia y elasticidad.
Fibras, recubrimientos, adhesivos

Historia

Los polímeros naturales, por ejemplo la lana, la seda, la celulosa, etc., se han empleado profusamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia. Sin embargo, hasta finales del siglo XIX no aparecieron los primeros polímeros sintéticos, como por ejemplo el celuloide.

Los primeros polímeros que se sintetizaron se obtenían a través de transformaciones de polímeros naturales. En 1839 Charles Goodyear realiza el vulcanizado del caucho. El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el químico Christian Friedrich Schönbein y en 1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a partir de nitrato de celulosa.

El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes se sinterizaron en años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el poli(cloruro de vinilo) (PVC) en 1912.

En 1922, el químico alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros y en 1926 expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo.

Wallace Carothers, trabajando en la empresa DuPont desde 1928, desarrolló un gran número de nuevos polímeros: poliésteres, poliamidas, neopreno, etc.

La Segunda Guerra Mundial contribuyó al avance en la investigación de polímeros. Por ejemplo, fue muy importante la obtención del caucho natural por caucho sintético.

En los años 1950 el alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta desarrollaron los catalizadores de Ziegler-Natta y obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1963.

Otro Premio Nobel de Química fue concedido por sus estudios de polímeros a Paul Flory en 1974.

En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones. Por ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia, polímeros conductores (en 2000 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa recibieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de estos polímeros), estructuras complejas de polímeros, polímeros cristales líquidos, etc.

Propiedades ópticas de los polímeros

Fotoconductividad
Electrocromismo
Fotoluminiscencia (fluorescencia y fosforescencia)
Electroluminiscencia
Efecto fotoeléctrico
Efectos ópticos no lineares
Efectos electro ópticos
Fotorefractividad

Propiedades eléctricas

En general los polímeros tienen propiedades aislantes, para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcíal de cargas eléctricas. Los polímeros conductores han sido recientemente desarrollados y sus aplicaciones apenas están siendo estudiadas.

Ejemplos de polímeros con alta importancia

Polímeros comunes

Polímeros de ingeniería

Polímeros funcionales

Copolímeros