Polímeros: clasificación, composición y propiedades

Polímeros:

macromoléculas formadas por unidades más pequeñas llamadas MONOMEROS (iguales o distintos). Se unen entre sí por enlaces covalentes para formar un polímero (polimerización).

Elasticidad, dureza, flexibilidad, resistencia-> polímero

Clasificación:

Naturales

Parte de los seres vivos (seda, ADN)

Semisintetico:

Formados a partir de pol (caucho vulcanizado)

Sintético:

se obtiene de manera industrial o son sintetizados en laboratorio por la polimerización (polietileno)

Composición Química:

Inorgánico:

formado por P, SI, C, H (silicona)

Orgánico:

formado por C, H (plásticos, PVC, polietileno)

ESTRUCTURA DE LA CADENA:

Lineales:

monómeros poseen dos centros de propagación (unidireccional o bidireccional)

Ramificados

Más de dos centros de propagación (de manera tridimensional)

Entrecruzados

Dos o más cadenas lineales.

Composición DE LA CADENA

Homopolimero: proviene de un solo tipo de monómero (M-M-M-M-M-M)n Copolimero: constituido por dos o más tipos de monómeros distintos (-M-C-C-M-C-C-M)n COPOLIMERO:
según ordenamiento de monómeros:

Alternado

Las unidades de ambos monómeros están alterndos (A-B-A-B-A-B)

En bloques

Bloques alternados de ambos tipos de monómeros (A-A-B-B-A-A-B-B)

Injertados:

formado por cadena vertebral de 1 tipo de monómeros, se injertan ramificaciones construidas por otra clase.

Aleatorio

No existe orden establecido Sintéticos:

Propiedades:

Entre las propiedades generales se encuentran: • Bajo costo de producción.
• Alta relación resistencia mecánica/densidad, lo que permite reemplazar algunos metales en variadas aplicaciones, como en los mecanismos y piezas de automóviles. • Alta resistencia al ataque químico y, como consecuencia, a la corrosión, lo que permite emplearlo, por ejemplo, en el almacenaje de ácido y bases, reemplazando los envases de vidrio. • Constante dieléctrica elevada, lo que posibilita que sean utilizados como elementos aislantes térmicos y eléctricos, reemplazando, por ejemplo, a los materiales cerámicos y compitiendo, en el caso de las bajas temperaturas (menos de 200    º C), con los materiales cerámicos por su bajo precio.

Prop. Mecánicas: Resistencia:

son resistentes a la compresión y al estiramiento. Por ejemplo, los policarbonatos que se usan en techos de terrazas e invernaderos • Dureza:
Corresponde a la capacidad de oposición que presentan los polímeros a romperse. Por ejemplo el polietileno, • Elongación:
Corresponde al cambio de forma que experimenta un polímero cuando se le somete a tensión externa, es decir, cuánto es capaz de estirarse sin romperse. Los elastómeros son polímeros que pueden estirarse hasta 1.000 veces su tamaño original y volver a su longitud base sin romperse. (polibutadieno)

Prop. Físicas:

Fibras:

Corresponden a hebras ordenadas en una dirección determinada, formada por hilos muy resistentes, gracias a las fuerzas intermoleculares entre las cadenas poliméricas que son muy intensas. (Alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad) • Elastómeros:
Corresponden a polímeros con cadenas con orientación irregular, las que al estirarse se extienden en el sentido de la fuerza aplicada (fuerzas intermoleculares débiles para mantener la orientación ejercida por la fuerza, recuperan su forma original)

• Plásticos

Corresponden a polímeros que presentan propiedades intermedias entre las fibras y los elastómeros, por ende, no presentan un punto de fusión fijo, lo que les permite ser moldeados y adaptados a diferentes formas, puesto que poseen a ciertas temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad.

Prop. Térmicas:

Termoplásticos:

Polímeros que se caracterizan porque sus cadenas (lineales o ramificadas) no están unidas. Las fuerzas intermoleculares entre sus cadenas se debilitan al aumentar la temperatura, reblandecíéndose. En cambio, a temperatura ambiente son rígidos.

Termoestables:

Polímeros cuyas cadenas están interconectadas por medio de ramificaciones más cortas que las cadenas principales, siendo el calor el responsable del entrecruzamiento (que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas) y le da una forma permanente a este tipo de polímeros, por lo cual, no se pueden volver a procesar. Son materiales rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica. (No vuelven a su forma original)

Polimerización por adición:

consiste en la producción del polímero por la repetición (adición) exacta del monómero original, sin que se origine ningún subproducto.

Iniciación

Proceso en el que participa como reactivo la molécula denominada “iniciador”.

Propagación

Proceso en el que la cadena comienza a alargarse por repetición del monómero.

Terminación:

Proceso en el que se interrumpe la propagación, se extingue el proceso de “crecimiento” de la cadena y se obtiene un polímero determinado. La polimerización comienza cuando el “iniciador” se adiciona a un doble enlace carbono - carbono de un sustrato insaturado y forma un intermediario reactivo Este intermediario reacciona con una segunda molécula del monómero y da un nuevo intermediario y así sucesivamente Finalmente la cadena polimérica deja de crecer. Se logra por distintos procesos.

(Catiónica, anionica, por radicales libres

CATIONICA: por ataque de un ácido(catión) sobre el doble enlace de un alqueno que posee sustituyentes sadores de electrones ANIONICA: por el ataque de un anión ( X-) sobre el doble enlace de un alqueno, que sus susituyenten atraen electrones(CN-, NO2. CO2) RADICALARIA: tran curre cuando los inermediarios se forman en una reacción por ruptura homolitica( se rompe el enlace que forma el radical libre y en la que cada átomo se queda con un electrón) y no tiene carga Polimerización por condensación:
Se forman por un mecanismo de reacción en etapas el polímero se forma porque las unidades monoméricas que intervienen son principalmente: diácidos carboxílicos, diaminas y dialcoholes.(se libera una molécula de agua) 

POLIAMIDAS:

se forma entre un diacido y una diamina(enlace amina), POLICARBONATO:
se fabrica haciendo reaccionar bisfenol A con fosgeno, desprendiéndose ácido clorhídrico. También intercambiando ester entre el carbonato de difenilo y bisfenol A.

POLIESTERES

Son poimeros en lso que en cada unidad polimerica se encuentra la fncion ester, cuya reacción de formación implica la reacción entre el oxigeno unido por enlace simple del ester con el hidrógeno del otro monomero.

SILICONA:

fundamentalmente inorgánico, es decir, en su estructura no predomina la presencia de átomos de carbono porque en la cadena princial poseen átomos de silicio unidos a un átomo de oxigeno y afrupos metilo( -CH3)

IMPACTO AMBIENTAL

Degradables;

aquelloos en cuyo preoceso de producción se les agrag un aditivo que acelera la degradación, gracias a que altera las propiedades físicas del plástico, reduciend su degradación  a un promedio de 2 años.

Biodegradables

Sintetizados a partir de monomeros de α-glucosa (almidón) que como cualquier alimento se descompone en CO2, H20, no exede los 120 días.

Oxo-biodegradable

Polímeros que ontienen un aditivo que permite acelerar su proceso de descomposición, hasta convertirlos en agua, CO2 y humus ( 18 meses)

NATURALES:

La mayor parte de las moléculas orgánicas están formadas principalmente por carbono, las macromoléculas se estructuran en unidades pequeñas, como vimos anteriormente, las denominadas monómeros. Los organismos elaboran esas macromoléculas a partir de sustancias mucho más pequeñas y simples que obtienen del medio que los rodea, como el dióxido de carbono (CO 2  ) , el agua (H 2 O ) y el nitrógeno (N 2 ) , conocidas como precursores y generan moléculas de mayor masa, nuestros conocidos monómeros, los que a su vez se unen entre sí formando largas cadenas como son los polímeros naturales o biopolímeros
De acuerdo al tipo de monómero que origina el polímero, las macromoléculas que constituyen la materia viva forman, básicamente, tres grandes grupos, cada uno de las cuales cumple un rol biológico específico. • Proteínas, presentes por ejemplo, en carnes o huevos. • Ácidos nucleicos, que encontramos al interior de cada una de nuestras células. • Carbohidratos o glúcidos, presentes por ejemplo, en productos elaborados con harina y cereales. 

Aminoácidos:

los aminoácidos en su estructura tienen un grupo amino (–NH 2  ) y un grupo carboxilo (–COOH  ), unidos al mismo carbono (C  ) denominado carbono alfa (α), al que en total se unen cuatro sustituyentes distintos, por ende es un carbono asimétrico (a excepción de la glicina, que es simétrico). Constituyen los monómeros de las proteínas, macromoléculas orgánicas que cumplen diversas e importantes funciones en procesos biológicos vitales, tales como: acelerar reacciones químicas (enzimas); transporte de sustancias,  y funciones estructurales, como la queratina presente en el pelo o la elastina,Los aminoácidos esenciales  son parte constituyente de muchas proteínas. No pueden ser sintetizados por nuestras células, por lo cual, deben ser consumidos a través de alimentos como el huevo, las carnes y la leche, para que sea posible la formación de proteínas; de lo contrario, éstas no se forman y por ende no cumplen su función.  La presencia del carbono asimétrico, hace que los aminoácidos presenten dos isómeros ópticos, cada uno con su ordenamiento espacial carácterístico. Experimentan una reacción ácido-base que los transforma en un ión dipolar o zwitterion, en el que la carga positiva se ubica en el nitrógeno por la formación de un ión amonio, gracias a la ganancia de un hidrógeno, y una carga negativa en los oxígenos del anión carboxilato, por la pérdida de un hidrógeno PROPIEDADES:
tienen un carácter menos ácido que los ácidos carboxílicos y un carácter menos básico que las aminas, esto debido a que en la misma molécula coexisten un grupo de carácter ácido (–COOH  ) y un grupo de carácter básico (–NH 2  ), lo que determina tanto su carácter ácido-base como su solubilidad, puesto que será más soluble en agua cuanto mayor sea la polaridad del sustituyente “R”. Según la estructura del Zwitteron, podrás deducir que en un medio neutro un aminoácido se encuentra en forma dipolar (dos polos); por lo tanto, presenta un comportamiento anfótero, es decir, puede comportarse como ácido o base, según las condiciones en las que se encuentre. El pH en el cual el aminoácido presenta una carga neta cero se denomina punto isoeléctrico o isoiónico. •A temperatura ambiente son sólidos, porque tienen puntos de fusión superiores a los 200o C, mientras que los compuestos orgánicos de masa molecular similar son líquidos. • Son solubles en agua, y muy poco solubles en solventes orgánicos, al igual que los compuestos iónicos. • Y como se menciono con anterioridad, son menos ácidos que los ácidos carboxílicos y menos básicos que las aminas.

ESENCIALES

No pueden ser sintetizados en el organismo y or ende deben incorporarse en la dieta mediante ingesta d alimentos de origen animal( Histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina fenilalanina)

NO ESENCIALES:

so  sintetizados por el organismo (alanina, glicina, prolina, serina, tirosina) ENLACE Peptídico:
La uníón de los aminoácidos por el enlace peptídico permite la formación de los péptidos, cuya longitud y secuencia variable dependerán de la cantidad de enlaces que se produzcan• Dipéptidos:
dos aminoácidos unidos. • Tripéptidos:
tres aminoácidos unidos. • Tetrapéptidos:
cuatro aminoácidos unidos. Así sucesivamente hasta los; • Oligopéptidos:
número de aminoácidos unidos menor a 10. • Polipéptidos o cadenas polipeptídicas:
Número de aminoácidos unidos mayor de 10.

Proteínas:

hablamos de proteínas ciando la unión de aminoácidos supera las 10.000 unidades(masa molecular alta entre los 5.000 y 10^7 g ) como biolopimero su  MONIMERO: aminoácidos Reacción DE Polimerización: condesnsacion. Sin las macromolécula mas abundantes en la célula, ya que inteviene tanto en aspectos estructurales tales como en los procesos metabólicos de todos los ceres vivos.

Características:

Colágeno:

es considerado la proteína mas abundante en los animales superiores(1/3) Formado por glisina, prolina e hidroxiprolina, prop. Alta resistencia a la tensión. Le brinda armazón o matriz de sustentación al organismo donde se forman órganos y tejidos. Es una estructura helicoidal compleja cuyas prop. Mecánicas se deben a su composición biomecánica como la disposición de las moléculas.   

1.- Simples u Holoproteinas:

son aquellas que en su estructura contienen sólo aminoácidos. Se subdividen en esferoproteínas como la protaminas, histonas y gluteninas, y en las escleroproteínas, entre ellas colágeno, elastina y queratina.

2.- Conjugadas o heteroproteinas:

además de aminoácidos presentan un grupo prostético (distinto a los aminoácidos). Entre ellas se encuentran las glucoproteínas, nucleoproteínas y lipoproteínas, esta última formada por una parte proteica y otra lipídica. Cada uno de los elementos de la cadena polipeptídica ya no es un aminoácido en sí mismo, sino un producto de condensación al que se le denomina residuo. Como el enlace peptídico se da entre el grupo carboxilo y amino de los aminoácidos, la cadena polipeptídica tendrá un extremo amino libre denominado N terminal y un extremo carboxilo libre, llamado C terminal. 

ESTRUCTURA:

1.- primaria

Cadena polipeptidica de aminoácidos por enlaces peptidicos, donde se ve un grupo amino terminal y un grupo carboxilo terminal, etre los que se encuentran residuos completamente lineales. Una secuencia se escribe enumerando los aa desde el grupo amino terminal hastra el carboxilo terminal.

2.- Secundaria:

corresponde a la disposición espacial de la cadena en la que los puentes de hidrógeno que se establecen entre los grupos C=O y N-H tienden a plegar la cadena, otorgándole una confromacion espacial estable. (alfa-hélice (la cadena polipeptidica se enrolla helicoidalmente en torno a un eje)  y beta-lamina plegada(las acdenas se alinean unas junto a otras formando laminas))

3.- terciaria:

forma tridimencional de la proteína que se enrolla sobre si misma por acción de interacción de los aa. (entre sustutuyentes (R) (puentes de disulfuro, hidrógeno, etc)) esta estructura globular facilita la solubilidad en agua.

4.- Cuaternaria:

tiene mas de una cadena, las cuales interactúan, teniendo un arreglo espacial.(proteína ribosobica) sin importar su estructura, esta mantien su estabilidad estructural  gracias a uniones entre los sustituyentes, las cuales dan flexibilidad a la molécula para romper enlces débiles y también impiden que la estructura colape. Están en estado nativo.

CUATERNARIA, FRIBROSA

Se encuentra ordenada en paralelo a lo largo de un eje lineal formando fibras o laminas. Son muy resistentes e insolubles en agua (colágeno)

CUATERNARIA, GLOBULARES

Los polipéptido que la conforman se ordenan en estructura esférica(enzimas)

PROPIEDADES:

Dependen de los sustituyentes. 1.-Solubilidad: los  R permiten interaccionar con agua. Si abundan los R hidrofobos, la proteuna sera poco o nada soluble en agua, pro si pedominan los radicales hidrfobos la proteína es soluble en agua. 2.- Especificidad: Aparece como consecuencia d la estructura tridimencional de la proteína. Hace referencia a la síntesis de proteínas exclusivas de cada especie.

Proteínas FUNCIONALES:

ENZIMAS: (cataizadores biológicos, aceleran  las reacciones químicas del org. Especificas) Formada or aminoácidos estructurales que constituyen el esqueleto d la enzima; aminoácidos de unión, que intervienen directamente en la formación del comleto de enzima sustrato y aminoácidos catalíticos que actúan en la transformación química del sustrato. Estos tres tipos de aminoácidos explican la anatomía de una enzima, la que se modifica por un cambio conformacional para crear el sitio activo apropiado que se acomoda al sustrato sobre el que actúa. Cualquier cambio en estos aminoácidos produce la disminución e incluso la pérdida total de la actividad enzimática. En cada enzima es posible reconocer uno o más sitios activos. La uníón sitio activo-sustrato está determinada por el tipo de grupos radicales que se presentan en esta regíón de la enzima. Algunos radicales cargados positivamente, por ejemplo, se unen a los sitios eléctricamente negativos de la molécula del sustrato.

Ácidos NUCLEICOS

Son polímeros naturales de elevada masa molecular, que juegan un papel esencial en la síntesis de proteínas. Existen dos tipos de moléculas de ácidos nucleicos:

Ácidos desoxirribonucleicos (ADN)

que almacena la información genética y ácidos ribonucleicos (ARN)
que transporta dicha información. Se encuentran en todas las células desde las bacterias al ser humano, incluidos los virus que no son células, y además, en organelos celulares como mitocondrias y cloroplastos. Ambos, están formados por monómeros llamados nucleótidos, cada uno de los cuales está formado a su vez, por un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada, la uníón de las dos últimas se conoce como nucleósido. Grupo fosfato:
Proviene de una molécula inorgánica denominada ácido fosfórico ( H 3 P O 4  ) , que al perder sus átomos de hidrógeno tiene enlaces disponibles para unirse a otros átomos como grupo fosfato. Está presente en ambos ácidos nucleicos, unido a la pentosa Base nitrogenada:
Es una estructura carbonada cíclica con propiedades básicas llamada “base heterocíclica”. Tres de ellas son comunes entre las moléculas de ADN y de ARN, y dos específicas.

Pentosa:

Corresponde a un monosacárido (unidades básicas de los carbohidratos) de cinco átomos de carbono. En el ADN la pentosa corresponde a la desoxirribosa y en el ARN a la ribosa. ORIGN Y ESRUCTURA Ácidos NUCLEICOS: James Watsn y Francis Crick basados en la imagen de ADN de Rosalin Franklin, formulan la estructura de doble hélice del ADN (2trenzas helicoidales donde se observa: base nitrgenada, desoxirribosa y grupo fosfato) Posee un eje central formado por el grupo fosfato y la pentosa donde se unen covalentemente las bases nitrogenadas. El ARN no tiene una estructura de doble hélice, existe como polinucleotido de cadena simple. Existen 3 tipos: ARN mensajero ARN ribosomal ARN tranferencia Estrutura: 

1.-Primaria

Secuencia lineal o única de nucleotidos, formando una única hebra 2.- secundaria:
Se forma cuando dos hebras de polinucleótidos “antiparalelas” (dispuestas en sentido contrario) se complementan, es decir, sus bases nitrogenadas están frente a frente y unidas por puentes de hidrógeno. Esta interacción provoca que ambas se enrollen formando una doble hélice, similar a un espiral. 

3.-terciaria

Corresponde a los niveles de empaquetamiento de la doble hélice del ADN para formar los cromosomas.

MENSAJE Genético:

la función mas importante de los ácidos nucleicos es concervar y transmitir la información genética desde la célula progenitora a caga una de las células hijas. Al interior de cada célula se produce un proceso de “replicación” del ADN antes de la división celular, en el cual la doble hélice se abre o desenrolla parcialmente y sobre cada una de las hebras se comienza a sintetizar una cadena complementaria. Requiere proteínas iniciadoras especiales y además enzimas conocidas como helicasas, que rompen los puentes de hidrógeno abriendo la hélice, formándose las horquillas de replicación, que dan lugar a la separación de las ramas del ADN. Una vez abierta la cadena de ADN, proteínas adicionales (conocidas como proteínas de uníón a cadena simple o topoisomerasas) se unen a las cadenas individuales del ADN manteniéndolas separadas y evitando que se retuerzan. Luego las enzimas llamadas ADN polimerasa catalizan la síntesis real de las nuevas cadenas, añadiendo nucleótidos sobre el molde, las que se dan bidireccionalmente y se replican en sentido opuesto. La expresión de la información genética necesita que el mensaje del ADN se copie en otro tipo de ácido nucleico, llamado ácido ribonucleico (ARN). Cuando una parte de la información contenida en la molécula de ADN debe ser utilizada en el citoplasma de la célula para la construcción o síntesis de las proteínas, es transcrita bajo la forma de una pequeña cadena de ácido ribonucléico, denominado ARN mensajero (ARNm), el que utiliza las mismas correspondencias de base que el ADN, pero reemplaza la timina por uracilo y desoxirribosa por ribosa. Así la transcripción es el proceso por el cual la información contenida en el ADN se “copia” en el ARN mensajero (ARNm). Finalmente la traducción es la última etapa de la expresión genética y corresponde a la síntesis de proteína o polipéptidos a partir de la lectura del ARNm. Un codón es un triplete de nucleótidos que constituye la unidad básica de información en el proceso de traducción. Cada codón codifica un aminoácido y esta correspondencia es la base del código genético que permite traducir la secuencia de ARN mensajero, a la secuencia de aminoácidos que constituye la proteína

CARBOHIDRATOS:

(Glucidos o hidratos de carbono) formados por carbono hidrógeno y oxigeno. Su unidad fundamental son los Monosacaridos 
Son aldehídos (–CHO   ) o cetonas (–CO–  ) polihidroxilados; contienen grupos carbonilo (–C = O  ) e hidroxilo (–OH  ), por lo tanto presenta la reactividad de ambos grupos funcionales. Son muy abundantes en la naturaleza, siendo uno de los más importantes la glucosa, principal fuente de energía para muchos organismos incluidos el ser humano. Se clasifican de acuerdo al número de monosacáridos que lo componen, de la siguiente forma:

1.-Monosacárido

Una unidad monomérica 2.-Disacárido:
dos unidades monoméricas 3.-Trisacárido:
tres unidades monoméricas 3.-Oligosacárido:
Presenta de cuatro a diez monómeros; y 4.-Polisacáridos:
De once a miles de unidades monoméricas.
El grupo carbonilo de un monosacárido puede estar en forma de aldehído o de cetona, existiendo así aldosas y cetosas, respectivamente. De acuerdo con el número de carbonos, los monosacáridos pueden clasificarse en triosas (tres), tetrosas (cuatro), pentosas (cinco), hexosas (seis), y así sucesivamente (glucosa,fructosa) Enlace glucosidico: enlace que une los monosacaridos dando origen a un disacárido.

SILICONA (PDMS)

COmpuesto inirganico, deriva del cuarzo, cadenas: ramificada. Composición cadenas: copolimero (alternado) polimerización por adición y condensación. Propiedades mecánicas: resistencia a la tracción 70kg/cm3, elongación promedio de 400%. Propiedads físicas: baja tensión superficial, hidrofobica, inerte. Propiedades térmicas: resistencia a los cmbios climáticos, estabilidad térmica, resisitencia a los rayos ultravioletas del sol. POLICARBONATO (PC) Compuesto orgánico, cadena ramificada, copolimero polimerización por condensación, prp. Mecánicas: se raya muy fácilmente y no tiene facol reparación. Prop. Físicas: resistencia a los rayos ultrvioletas muy reducida. Prop. Térmicas: color especifico aprox 1200J/K kg POLIPROPILENO (PP):
compyesto orgánico, Monomero: propileno, cadena ramificada. Homopolimero8isotactico, atactico,sindiotactico) Copolimero ( aleatorio, en bloques), polimerización por adición. Prop. Mecánicas buena resistencia superficial buena dureza superficial buena resistencia química a la humedad y al calor sin deformarse. Propo. Físicas: alta resistencia al impacto, gran capacidad de recuperación elástica. Impacto Ambienyal: reciclable, prodice gases tóxicos, sin embargo no se conocen efectos nocivos.

NAILON:

 pertenece al grupo cde las poliamidas(PA) cadena linel copolimero polimerización por condensación prop. Físicas: cristalinidAD prop. Térmicas: su punto de fusión es de 2663,12°C Impacto ambiental: No reciclable, puede terdar mas de 500 añs en ser absorbido. POLIETILENO TEREFTALATO (PET) compuesto orgánico, cadena lineal, homopolimero, polimerización or condensación, es reciclable