Macromoléculas: Tipos, Propiedades y Ejemplos de Polímeros

Macromoléculas: Tipos, Propiedades y Ejemplos de Polímeros

Contenidos

• Polímeros o macromoléculas: Tipos

Las macromoléculas son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMA (Unidades de Masa Atómica). Se obtienen por la repetición de una o más unidades simples llamadas monómeros, unidas entre sí mediante enlaces covalentes. Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.

Se pueden clasificar según diversos criterios:

Clasificación de los Polímeros

Según su origen

• Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucleicos, etc.
• Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano, baquelita, etc.

Según su composición

• Homopolímeros: Formados por un solo tipo de monómero.
• Copolímeros: Formados por dos o más tipos de monómeros.

Según su estructura

• Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola).
• Ramificados: Algún monómero se puede unir por tres o más sitios.

Por su comportamiento ante el calor

• Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se pueden moldear en caliente de forma repetida.
• Termoestables: Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por la formación de nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados.

Las fibras pueden tejerse en hilos finos y los elastómeros poseen gran elasticidad, por lo que pueden estirarse varias veces su longitud. Un ejemplo de elastómero natural es el caucho.

Copolimerización

Se produce por la polimerización de dos o más monómeros. Pueden ser:

• Alternado.
• En bloque.
• Al azar.
• Ramificado o injertado.

Tipos de Polimerización

Existen dos tipos fundamentales de polimerización:

• Adición.
• Condensación.

Polimerización por Adición

La masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero, pues al formarse la cadena los monómeros se unen sin perder ningún átomo. Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:

• Iniciación: CH₂=CHCl + catalizador → ·CH₂-CHCl·
• Propagación o crecimiento: 2 ·CH₂-CHCl· → ·CH₂-CHCl-CH₂-CHCl·
• Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

En el cuadro siguiente vemos algunos de los polímeros de adición más importantes, sus principales aplicaciones, así como los monómeros de los que proceden. Nótese que los polímeros basan su nomenclatura en el nombre comercial de los monómeros.

Si tienes Quicktime puedes ver un videoclip de una reacción de adición en: http://fresno.pntic.mec.es/~fgutie6/quimica2/Videoclips/polimerizacion.qt

Ejemplo:

Una muestra de polibutadieno tiene una masa molecular media aproximada de 10000 UMA. ¿Cuántas unidades de monómero habrá en la muestra?

Masa molecular del monómero: 4 x 12 + 6 x 1 = 54 UMA → n = 10000/54 = 185

Geometría en la Polimerización

• Polimerización cis-trans
• Estereopolimerización

La polimerización isotáctica y sindiotáctica se consigue con el uso de estereocatalizadores, tales como el TiCl₄.

Polimerización por Condensación

En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo, agua. Por tanto, la masa molecular del polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los principales polímeros de condensación son:

• Homopolímeros:
  • Polietilenglicol
  • Siliconas
• Copolímeros:
  • Baquelitas
  • Poliésteres
  • Poliamidas

Polietilenglicol

Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre dos grupos (OH), formándose puentes de oxígeno.

Siliconas

Proceden de monómeros del tipo R₂Si(OH)₂. Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.

Baquelita

Se obtiene por copolimerización entre el fenol y el metanal (formaldehído). Se forman cadenas que se unen entre sí debido al grupo hidroximetil en posición para. Se utiliza como cubierta en diferentes electrodomésticos, como televisores.

Poliésteres

Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido). Forman tejidos, de los cuales el más conocido es el tergal, formado por ácido tereftálico (ácido p-benceno-dicarboxílico) y el etilenglicol (etanodiol).

Poliamidas

Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas. Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6, formado por la copolimerización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina.

Ejemplo (Selectividad. Madrid Junio 1994):

Las siguientes reacciones son las de obtención de los polímeros: poliéster, neopreno y polietileno.

1. Identifique a cada uno de ellos.
2. Justifique si son polímeros de adición o de condensación.
3. Nombre cada uno de los grupos funcionales que aparecen en sus moléculas.
4. ¿Dependen las propiedades de la longitud de la cadena? ¿Y del grado de entrecruzamiento?

I. ...CH₂=CH₂ + CH₂=CH₂... → -CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-

Respuestas:

a) I = Polietileno, II = poliéster, III = neopreno

b) El polietileno y el neopreno son polímeros de adición, pues la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la de los correspondientes monómeros, mientras que el nailon es de condensación, pues se elimina en cada unión una molécula de agua.

c) = (doble enlace) → alqueno; -OH → hidroxilo (alcohol); -COOH → ácido carboxílico; -Cl → haluro (cloruro); -COOR (éster); -C₆H₅ → fenilo

d) El grado de entrecruzamiento influye mucho más que la longitud de la cadena en las propiedades, pues crea una estructura tridimensional con multitud de nuevos enlaces que le dan consistencia al polímero.

Ejercicio A (Selectividad. Madrid Junio 1997):

Dadas las siguientes estructuras poliméricas: policloruro de vinilo; teflón (tetrafluoretileno); cloropreno (neopreno); silicona y poliéster: I) (-CH₂-CHCl-)_n; II) (-CH₂-CCl=CH-CH₂-)_n; III) (R-OOC-R-COO-)_n; IV) (-SiR₂-O-)_n ; V) (-CF₂-CF₂-)_n

1. Asocie cada una de ellas con su nombre y escriba cuáles son polímeros elastómeros y cuáles termoplásticos.
2. Enumerar, al menos, un uso doméstico o industrial de cada una de ellas.
3. Señale al menos dos polímeros cuyo mecanismo de polimerización sea por adición.

http://fresno.pntic.mec.es/~fgutie6/quimica2/ArchivosWORD/Ej_10_sol.doc

Polímeros Naturales

• Caucho.
• Polisacáridos.
• Almidón.
• Celulosa.
• Glucógeno.
• Proteínas.
• Ácidos nucleicos.

Polisacáridos

Se forman por la condensación de la glucosa en sus dos estados ciclados α y β. Si se condensa la α-glucosa, se produce el disacárido maltosa y si se continúa la polimerización, se produce el almidón. Si se condensa la β-glucosa, se produce la celulosa. Las estructuras tridimensionales están en: http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm

Polipéptidos y Proteínas

Se producen por la condensación de los aminoácidos, formando dos tipos de estructuras: una espiral llamada α hélice y otra plana denominada estructura β. Imágenes tomadas de: http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structup.htm

Polinucleótidos y Ácidos Nucleicos

Se producen por la condensación de nucleótidos, formados estos a su vez por la condensación de ácido fosfórico, un monosacárido (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (citosina, guanina, adenina, timina o uracilo).

El ADN se forma por la unión de dos cadenas de desoxirribonucleótidos unidas por los puentes de hidrógeno que forman las distintas bases: adenina con timina y guanina con citosina. Con ello se forma una estructura de doble hélice en donde las bases nitrogenadas forman los peldaños de la misma.