1
La química de los polímeros 8Polímeros naturales y sintéticos 10
Construyendo un polímero 11
Homopolímeros y copolímeros 12
Polimerización: síntesis de polímeros 13
Polímeros de adición: el polipropileno 14
Polímeros de adición: el polietileno 15
Polímeros de condensación: el polietilentereftalato 16
Codificando los polímeros 17
QuimiLab Nº 1: Propiedades de materiales plásticos 18
Estructura y propiedades de los polímeros 19
Propiedades y usos de los polímeros 20
A qué llamamos plásticos 22
3
Materia y energía: radiactividad natural 66Origen de la materia 68
Descubrimiento del núcleo atómico 69
Caracterización del átomo 70
Átomos de un mismo elemento 71
La masa de los átomos 72
Cálculo de masa atómica promedio 73
Energía del núcleo atómico 75
Notación nuclear 76
Emisiones radiactivas 77
Radiaciones alfa, beta y gamma 78
Estabilidad nuclear 80
Reacciones nucleares 81
2
Macromoléculas vitales 36Polímeros de interés biológico 38
Carbohidratos: principal fuente de energía 39
Proteínas: componentes estructurales 40
Estructura de los aminoácidos 41
Propiedades de los aminoácidos 42
Enlace peptídico: unión entre aminoácidos 43
Niveles estructurales de las proteínas 44
QuimiLab Nº 3: Desnaturalización de una proteína 48
Importancia de las uniones intermoleculares 49
Especificidad de acción de las proteínas 50
QuimiLab Nº 4: Enzimas y efecto temperatura 51
Unidad
Unidad
QuimiLab Nº 2: Síntesis de una resina 23
Termoplásticos de uso cotidiano 24
Otros termoplásticos: las fibras textiles 25
Resinas: los polímeros termoestables 26
Cauchos natural y sintético 27
Proyecto: Ventajas y desventajas de los polímeros 28
Resumen(archivable) 29
Resolución de problemas: Polimerización 31
Qué aprendiste 33
Analiza y aplica 34
Glosario 35
La acción de las enzimas 52
Anatomía de una enzima 53
Los ácidos nucleicos 54
Transferencia de la información genética 57
Proyecto: Proyecto genoma humano 58
Resumen(archivable) 59
Resolución de problemas: Enlace peptídico 61
Qué aprendiste 63
Analiza y aplica 64
Glosario 65
Ecuaciones nucleares 82
Serie radiactiva 83
Vida media de los elementos radiactivos 84
Velocidad de desintegración radiactiva 85
Datación radiactiva 86
La fuerza nuclear: relación masa-energía 87
Proyecto: La radiactividad en nuestras casas 88
Resumen(archivable) 89
Resolución de problemas: Series radiactivas y vida media 91
Qué aprendiste 93
Analiza y aplica 94
Anexos
Solucionario 184
Medidas de seguridad en el laboratorio 190
Tabla periódica de los elementos químicos 191
Núcleo atómico: fuente de energía 98
Fisión nuclear 100
Fusión nuclear 102
Relación masa-energía en las reacciones nucleares 103
Aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear 104
¿Cómo nos afecta la radiación? 106
Dosis de radiación 107
Armas nucleares 108
Efectos de una guerra nuclear 109
Impacto de la tecnología nuclear 111
5
Obtención de materias primas 124Fuentes de materias primas 126
Los primeros materiales 129
Del cobre al hierro 131
Los minerales en el arte 132
QuimiLab Nº 5: Obtención de un metal 133
¿Qué son los minerales? 134
Estructura cristalina de los minerales 135
Propiedades físicas de los minerales 136
Propiedades químicas de los minerales 137
Clasificación de los minerales 138
Unidad
Transmutación nuclear artificial 112
Isótopos radiactivos: “trazadores” de la salud 113
Trazadores para la industria y la agricultura 114
Controversia en torno a la energía nuclear 115
Proyecto: Energía nuclear en Chile 116
Resumen(archivable) 117
Resolución de problemas: Relación masa-energía 119
Qué aprendiste 121
Analiza y aplica 122
Glosario 123
QuimiLab Nº 6: Propiedades de los minerales 139
El valor de los minerales 140
Minerales en Chile 141
Desarrollo sustentable 143
Proyecto: Hornos: forjadores de historia 144
Resumen(archivable) 145
Resolución de problemas: Ley de un mineral 147
Qué aprendiste 149
Analiza y aplica 150
Glosario 151
6
Procesos químicos industriales 152Industria química 154
Factores que influyen en la obtención de un producto 156
Industria del cobre 158
QuimiLab Nº 7: Electrorrefinación del cobre 159
Industria del molibdeno 161
Industria del hierro 162
QuimiLab Nº 8: Galvanización del hierro 163
Industria del carbonato de litio 164
Industria del salitre 165
Industria del yodo 167
Industria del amoníaco 168
Industria del azufre 169
Unidad
Industria del ácido sulfúrico 170
Industria del cemento 171
Industria del acero 172
Industria de los polímeros 173
Industria del vidrio 174
Residuos industriales 175
Proyecto: Impacto ambiental de una industria 176
Resumen(archivable) 177
Resolución de problemas: Estequiometría y termodinámica179
Qué aprendiste 181
Analiza y aplica 182
Entre la enorme cantidad y diversidad de compuestos del carbono, que alcanzan unos siete millones de compuestos, encontramos desde moléculas formadas por muy pocos átomos, como ocurre en el metano del gas natural, hasta moléculas que contienen miles
de átomos. Estas moléculas gigantes, llamadas polímeros, son de gran interés ya
que conforman la mayoría de los materiales de uso doméstico:
plásticos, resinas, cauchos y fibras.
Desde
siempre se conocieron solo polímeros naturales, como la celulosa y el algodón. Hoy se ha logrado sintetizar una
infinidad de polímeros a partir de las estructuras de los polímeros naturales: este es
el tema central de la unidad.
1
UNIDAD
La química de los
polímeros
sintéticos.
Reconocer las estructuras de los polímeros orgánicos y las unidades que los conforman. Reconocer las reacciones de síntesis que dan lugar a los polímeros.
Identificar las propiedades de los polímeros de adición y de condensación.
Clasificar objetos plásticos según las siglas del código de identificación internacional. Comprobar experimentalmente las propiedades de algunos polímeros y sintetizar una resina, aplicando las técnicas de laboratorio indicadas.
Relacionar la estructura interna de los polímeros con sus propiedades y sus usos. Clasificar los polímeros en termoplásticos y termoestables.
Formar polímeros de adición y de condensación aplicando un método de resolución de problemas.
Tomar conciencia de la manipulación y acumulación de plásticos en relación al cuidado del medio ambiente.
Apreciar las ventajas y desventajas de la fabricación de polímeros en el desarrollo de la industria química.
Marca con un el casillero correspondiente.
1.Las moléculas gigantes de elevada masa molecular se llaman:
monómeros. polímeros. plásticos.
2.En envases plásticos aparece la sigla PEAD, que significa polietileno de:
alta densidad. baja densidad. alta elasticidad.
3.La seda es un polímero natural y el nylon es un polímero:
también natural. sintético. biodegradable.
4.¿Qué propiedad caracteriza a la goma natural y al caucho sintético?
Son muy rígidos. Son frágiles. Son muy flexibles.
¡Increíble! Uno de los grandes logros de la
química es la producción de fibras sintéticas. Estas son más
resistentes y durables que las fibras
Polímeros
naturales y
sintéticos
Es difícil poder imaginar que exista alguna relación entre la clara del huevo, el papel, un envase de bebida desechable y el material genético de una célula. Sin embargo, si analizamos con detención la estructura de las moléculas que con-forman cada una de estas cosas, veremos que tienen rasgos comunes.
• Todas estas moléculas poseen una masa molecular muy alta, mayor a 10.000 unidades, característica por la cual se llaman macromoléculas(de macro = grande).
• Están formadas por unidades estructurales que se repiten siguiendo, casi siempre, un patrón determinado. Esta particularidad les confiere el nom-bre de polímeros, donde cada unidad se conoce como monómero.
Basándonos en estas características, reconocemos que los términos políme-ro y macpolíme-romolécula se usan para designar las mismas estructuras químicas.
En la naturaleza se encuentra una cantidad considerable de polímeros. Algunos se conocen desde la antigüedad, tales como el algodón, la seda y el caucho. Los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos son políme-ros naturalesque cumplen funciones biológicas de extraordinaria importan-cia en los seres vivos y por eso se llaman biopolímeros.
Los polímeros naturales son aquellos que proceden de los seres vivos.
Muchos de los materiales que utilizamos están hechos de polímeros sintéti-cos, es decir, macromoléculas creadas artificialmente en un laboratorio o en la industria. El polietileno de los envases plásticos, el poliuretano de las zapatillas y el rayón de una prenda de vestir son polímeros sintéticos.
Los polímeros sintéticos son aquellos que se obtienen por síntesis ya sea en una industria o en un laboratorio.
Entre los polímeros naturales y sintéticos no hay grandes diferencias estruc-turales, ambos están formados por monómeros que se repiten a lo largo de toda la cadena.
El descubrimiento y aplicación de nuevos materiales, como los
plásticos, ha tenido un importante impacto en la forma de vida de las personas.
CONSTRUYENDO POLÍMEROS
ACTIVIDAD
Para los químicos es indispensable el empleo de modelos para representar las moléculas, en especial las de los polímeros, las macromoléculas. Al contar con la información que proporciona un modelo molecular, se pueden deducir las propiedades físicas y químicas que tiene el compuesto, es decir, cuál será su comportamiento.
1.Construye modelos de polímeros, utilizando esferas de plumavit de distintos colores. Únelas con palos de fósforo o mondadientes.
2.Construye las siguientes estructuras:
(a)
(b)
3.La primera estructura lineal que armaste (a), muestra una determinada secuencia de las esferas de colores. ¿Qué otra secuencia podrías hacer? ¿Qué nombre le pondrías a cada una de estas
secuencias?
4.La segunda estructura que armaste corresponde a un polímero ramificado (b). ¿Qué otro tipo diferente de estructuras podrías proponer y cómo las denominarías?
5.Si dispones de un conjunto de estructuras lineales y otro conjunto de estructuras ramificadas, unas sobres otras con igual número de esferas, ¿cuál será el tipo de estructura que presentará un mayor deslizamiento entre ellas cuando estiras el material? ¿En cuál de ellas existirá un mayor número de uniones intermoleculares?
6.Si representaras en un modelo de esferas un fragmento de la estructura del siguiente polímero, ¿de cuántos modos diferentes podrías hacerlo?
H CH3 C–C H H
Homopolímeros y copolímeros
De acuerdo al tipo de monómeros que forman la cadena, los polímeros se clasifican en: homopolímerosy copolímeros.
• Homopolímeros. Son macromoléculas formadas por la repetición de uni-dades monómeras idénticas. La celulosa y el caucho son homopolímeros naturales. El polietileno y el PVC son homopolímeros sintéticos.
• Copolímeros. Son macromoléculas constituidas por dos o más unidades monómeras distintas. La seda es un copolímero natural y la baquelita, uno sintético.
Los copolímeros más comunes están formados por dos monómeros dife-rentes que pueden formar cuatro combinaciones distintas.
- Si los monómeros se agrupan en forma azarosa, el polímero se llama copolímero al azar.
- Si se ubican de manera alternada, se obtiene un copolímero alternado.
- Si se agrupan en bloque, por ejemplo, dos monómeros de un tipo y tres monómeros del otro, en forma alternada, se forma un copolímero en bloque.
- Si se parte de una cadena lineal formada por un monómero y se agregan ramificaciones de otro monómero, se obtiene un copolímero injertado.
El puntapié inicial en la síntesis de polímeros fue en 1869, con la obtención de un nuevo material a partir de la celulosa: el celuloide, y con ello, el naci-miento del cine. Años más tarde, el descubrinaci-miento de la estructura de la seda, un polímero natural, permitió comprender sus asombrosas propieda-des y poder sintetizar la seda artificial, a la que se llamó nylon.
En la actualidad, durante la fabricación de un polímero se pueden añadir determinadas sustancias que mejoran las propiedades del polímero, por ejemplo, aumentando su flexibilidad y resistencia; por ello los polímeros sintéticosconstituyen un continuo aporte de nuevos materiales con los que se pueden fabricar multitud de objetos con propiedades diferentes.
Veamos a continuación las reacciones de polimerización que dan origen a los polímeros sintéticos.
Tanto los polímeros naturalescomo
los sintéticosestán estructuralmente
formados por cadenas carbonadas en las que pueden repitirse monómeros iguales (homopolímeros) o diferentes (copolímeros).
Polimerización: síntesis de polímeros
Los polímeros son macromoléculas que se forman a partir de la unión de moléculas pequeñas o monómeros. El proceso por el que se unen los monó-meros se llama polimerización.
La polimerización puede llevarse a cabo por adicióno por condensación.
• Polímeros de adición. Se forman por la unión sucesiva de monómeros, que tienen uno o más enlaces dobles y triples.
R R R R n C = C C–C
R R R R n
En esta fórmula, Rpuede ser un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo o algún grupo funcional como halógeno, ácido carboxílico, éster u otro. Los monómeros utilizan el enlace doble o triple para unirse entre sí.
En el proceso de polimerizaciónde este tipo se distinguen tres etapas: ini-ciación, en la que participa como reactivo una molécula llamada iniciador; propagación, en la que la cadena comienza a alargarse por repetición del monómero y terminación, en la que se interrumpe el proceso de propaga-ción y la cadena deja de crecer ya que se han agotado los monómeros.
• Polímeros de condensación. Se forman por un mecanismo de reacción en etapas, es decir, a diferencia de la polimerización por adición, la polimeri-zación por condensación no depende de la reacción que la precede: el polímero se forma porque los monómeros que intervienen tienen más de un grupo funcionalcapaz de reaccionar con el grupo de otro monómero. Los grupos ácido carboxílico, amino y alcohol son las funciones más utili-zadas en estos fines. En este tipo de reacción, por cada nuevo enlace que se forma entre los monómeros, se libera una molécula pequeña.
• Un polímeroes una molécula de elevada masa molecular, constituida por unidades estructurales menores, llamadas monómeros.
• Los polímeros pueden tener un origen naturalo sintético.
• La polimerizaciónes el proceso mediante el cual un número de monó-meros se unen para formar un polímero.
• Según el tipo de polimerización por la cual se obtienen, hay polímeros de adicióny de condensación.
• De acuerdo a su composición, los polímeros pueden estar formados por monómeros iguales u homopolímerosy por dos o más monómeros distintos o copolímeros.
P
ARA ARCHIVARLa estructura de un polímeroes la
forma de la cadena carbonada de los monómeros y cómo están unidos.
Un grupo alquiloes una ramificación
unida a la cadena carbonada principal, por ejemplo, el grupo metil,
–CH3o grupo etil, –CH2CH3.
Un grupo funcionales un grupo de
Polímeros de adición: el polipropileno
Los polímeros de adiciónpueden obtenerse a través de un proceso de poli-merización catiónica, aniónicao radicalaria, según sea el reactivo iniciador que se emplee para ello.
La polimerización catiónicade un alqueno es el proceso en el que el extre-mo por el que crece la cadena es un catión (electrófilo).
Veamos el caso de la polimerización catiónica del propileno para obtener el polipropileno.
1. Iniciación. Se adiciona un ácido (HA) al propileno. El protón H+(reactivo iniciador) ataca los electrones del enlace doble y termina uniéndose a uno de los átomos de carbono.
En esta reacción se genera un ion carbonio(especie deficiente en electro-nes).
H CH3 H CH3
C=C + H+A - H–C–C+ + A
-H H H H
Propileno Ion carbonio Anión
2. Propagación. Como existe una muy baja concentración de HA, con res-pecto al alqueno, es improbable que el ion carbonio se encuentre con el A- y sea neutralizado.
En vez de esta reacción, el ion carbonio ataca al doble enlace (alta den-sidad electrónica) de otra molécula de propileno, formando un nuevo ion carbonio y así sucesivamente se va alargando la cadena y el políme-ro sigue creciendo.
H CH3 H CH3 H CH3H CH3
H–C–C+ + C=C H–C–C–––C–C+ H H H H H H H H
Ion carbonio Propileno Nuevo ion carbonio
3. Terminación. La cadena deja de crecer y ahora es posible la reacción entre el ion carbonio y el anión.
H CH3H CH3 H CH3 H CH3
H–C–C–––C–C+ + A - H–C–C––––C–C–––A
H H H H H H nH H
Ion carbonio Polipropileno
El polipropileno es una sustancia parecida al caucho. Se emplea para fabricar recipientes para microondas y alfombras artificiales.
Un electrófiloes un reactivo de carga
Polímeros de adición: el polietileno
La polimerización radicalaria transcurre para las adiciones en cadena de radicales libres, es decir, los intermediarios que se forman en una reacción por ruptura homolítica y que no tienen carga. La descomposición de un peróxido origina un radical libre que puede adicionarse a un alqueno pro-duciendo un radical carbono.
Veamos el caso de la polimerización radicalaria del etileno con el radical libre obtenido del peróxido de benzoílo, (C6H5COO)2, para producir el polietileno.
1. Iniciación. El peróxido de benzoílo se descompone por efecto de la tem-peratura, liberando dióxido de carbono y un radical libre, que actúa como iniciador de la reacción. La siguiente ecuación representa la reac-ción entre el radical libre y el etileno. En este caso, el par electrónico del doble enlace es atacado fácilmente por el radical libre, formando un nuevo radical.
H H H H • + C=C –C–C •
H H H H Radical Etileno
libre
2. Propagación. El radical reacciona con otra molécula de etileno y así el proceso se repite nveces para ir alargando la cadena.
3. Terminación. La cadena termina a través de cualquier reacción en la que se destruyen los radicales libres, dando lugar al polímero llamado polietileno, formado por moléculas con un número nde monómeros.
H H H H H H H H H H H H H H H H
–C–C––C–C • + • C–C–C–C– –C–C––C–C–C–C–C–C– H H nH H H H H H n H HnH H H H H H n
Una de las aplicaciones del polietileno es la protección de cultivos en invernaderos.
La síntesis del polietileno por adición se puede resumir como:
CH2=CH2 CH2–CH2–(CH2–CH2)n–CH2–CH2
es decir: –(CH2–CH2)–n, donde para destacarlo hemos sombreado el monóme-ro correspondiente. Las pmonóme-ropiedades del polietileno son muy distintas a las del monómero que lo forma (el etileno).
H H H H H H H H H H H H –C–C • + C=C –C–C–C–C • n veces ––C–C––C–C •
H H H H H H H H H H nH H
La polimerización radicalariaimplica
ruptura de enlaces.
La ruptura homolíticaes la ruptura de
enlace que forma el radical libre (R•),
y en la que cada átomo se queda con un electrón.
Polímeros de condensación:
el polietilentereftalato
Las fibras textiles llamadas nylon y poliéster son polímeros que se sintetizan por condensación. En esta reacción, dos monómeros reaccionan para formar un dímero, que a su vez, puede seguir reaccionando con otras moléculas por ambos extremos, alargando así indefinidamente la cadena del polímero.
Por ejemplo, en la formación del polímero llamado polietilentereftalato (PET) reacciona el ácido tereftálico (ácido 1,4-bencenodicarboxílico) con el etilenglicol (1,2-etanodiol), en presencia de un catalizador o bien por efec-to de la presión o del calor. El grupo OH de uno de los grupos carboxilo del ácido reacciona con el H de uno de los grupos hidroxilo del etilenglicol para formar un éster simple y agua (como subproducto).
Cada unidad del éster simple contiene aún un grupo carboxilo y un grupo hidroxilo, que pueden reaccionar con otras moléculas y generar otras unio-nes ésteres y, en consecuencia, moléculas más grandes, que pueden seguir reaccionando y así sucesivamente.
O O
O–C– –C–O–CH2–CH2 n
+ n HOH
Estructura del éster
A continuación se presenta la ecuación de la formación del polietilenteref-talato (PET), en medio ácido.
O O
HO–C– –C–OH+ HO–CH2–CH2–OH
O O
HO–C– –C–O–CH2–CH2–OH+ HOH
Polietilentereftalato Agua
ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LOS POLÍMEROS
Responde verdadero (V) o falso (F).
1.Un polímero es una macromolécula formada por monómeros.
2.La síntesis de polímeros ha permitido el desarrollo de materiales de alta tecnología.
3.Si A y B son monómeros, la estructura: A–B–A–B–A–B, representa un copolímero al azar.
4.El polietileno es un polímero de condensación, muy flexible.
¿C
ÓMO VOY?
La estructura molecularde los
polímeros determina sus propiedades físicas, como por ejemplo, el aspecto cristalino del polietileno o la elasticidad del caucho.
El caucho sintético es un material impermeable, elástico y tenaz; se utiliza para fabricar neumáticos, tuberías y aislantes.
Codificando los polímeros
Con el propósito de conocer los distintos polímeros y favorecer su clasifica-ción, se ha difundido entre los fabricantes un código de identificación inter-nacional. El sistema identifica solamente los seis polímeros más usados que corresponden a los que se emplean en la fabricación de casi todos los pro-ductos conocidos. Se los identifica con un número dentro de un triángulo con flechas, indicando así que el material es reciclable.
La tabla muestra estos seis polímeros, con sus características, usos y código. En cualquier caso, y dada la versatilidad de estos materiales, es posible encontrar un mismo tipo de polímero con aplicaciones muy diferentes. Como vemos en la tabla, existen, además, distintas variedades de algunos de ellos, por ejemplo el polietileno de baja densidad y de alta densidad.
POLÍMEROS Y SUS CÓDIGOS
1.Los polímeros sintéticos son materiales con los que estamos familiarizados y que todos usamos. Actualmente la industria quí-mica intenta optimizar los métodos de producción de polímeros, procurando que estos tengan propiedades y usos cada vez más específicos.
a) Revisa varios envases y contenedores de plástico e identifica el código que tienen. Anótalos en tu cuaderno. b) Clasifica estos polímeros según sus características y el uso
que se les da.
ACTIVIDAD
Polímero Características Usos Código
PET
Polietilentereftalato - Versátil.
- Envases de alimentos. - Botellas.
- Fibras textiles. PET
PEAD
Polietileno de alta densidad
- Blanquecino. - Semiopaco.
- Rígido. - Versátil.
- Contenedores. - Mamaderas.
PEAD
PEBD
Polietileno de baja densidad
- Blanquecino. - Blando.
- Flexible. - Versátil.
- Bolsas de embalaje. - Contenedores.
- Aislantes para cables eléctricos. PEBD
PVC Cloruro de polivinilo
- Resistente al calor. - Impermeable.
- Tuberías. - Envases.
- Impermeables. PVC
PP
Polipropileno
- Resistente al calor. - Impermeable.
- Envases para alimentos. - Alfombras.
PP
PS Poliestireno
- Económico. - Resistente.
- Aislantes.
- Cubierta de computadoras y otros electrodomésticos.
PS
PROPIEDADES DE MATERIALES PLÁSTICOS
Q
UIMILABNº 1
Objeto Elasticidad
Reacción al calor Con la varilla Directo
Reacción al Golpe Presión
Reacción a la Acetona Agua
Objetivo:Identificar algunas propiedades mecánicas y químicas de materiales plásticos.
Materiales Reactivos
- varilla de vidrio - objetos de plástico
- mechero - acetona
- martillo - agua
- 10 tubos de ensayo - pipeta de 10 mL - pinzas metálicas
Procedimiento
1. Recolecta unos 10 objetos de desecho como los que aparecen en la foto superior. Por ejemplo: envases de bebidas desechables, bolsas de basura, juguetes viejos, mangos de herramientas o sartenes, espuma de colchón, cañerías de PVC, tapas de bebida, elásticos, películas
fotográficas, trozos de plumavit, entre otros objetos.
2. Haz sobre cada uno de los materiales las operaciones indicadas, siguiendo las instrucciones de la Guía de laboratorio Nº 1que te entregará tu profesor(a). Anota lo que observas en cada ensayo. a)Intenta estirar el material lo más que puedas.
b)Calienta la varilla de vidrio en la llama de un mechero y luego acércala al material plástico.
c)Golpea la muestra con un martillo, tal como muestra la foto. d)Usando las pinzas metálicas, calienta con cuidado un trozo
del material a la llama del mechero y observa lo que ocurre. e)Presiona fuertemente el material y observa si el material se
deforma o cambia de forma.
f)Coloca un trozo del material en un tubo de ensayo y agrega
2 mL de acetona, agita de vez en cuando. Observa lo que ocurre durante unos minutos. Precaución: La acetona es un solvente inflamable, por lo que el ensayo debes hacerlo lejos de la llama.
g)Coloca el objeto de plástico bajo el chorro del agua y observa.
3. Registra los resultados en una tabla como la siguiente:
Análisis y aplicación
1. ¿Por qué crees tú que los polímeros son sólidos?
2. ¿Qué factores crees que influyen en la dureza de un polímero?
3. ¿Por qué algunos polímeros se quiebran con facilidad?
4. ¿Cómo explicarías las propiedades de un elástico?
Estructura y
propiedades de los
polímeros
Cuando los monómeros se unen para ir conformando los polímeros pueden dar origen a diferentes formas o estructuras de polímeros.
Los polímeros se clasifican según su forma en linealesy ramificados.
Un polímero lineal se forma cuando el monómero que lo origina tiene dos puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre unidireccional-mente y en ambos sentidos.
Un polímero ramificado se forma porque el monómero que lo origina posee tres o más puntos de ataque, de modo que la polimerización ocurre tridimen-sionalmente, en las tres direcciones del espacio.
Muchas de las propiedades de los polímeros dependen de su estructura. Por ejemplo, un material blando y moldeable tiene una estructura lineal con las cadenas unidas mediante fuerzas débiles; un material rígido y frágil tiene una estructura ramificada; un polímero duro y resistente posee cadenas lineales con fuertes interacciones entre las cadenas.
FORMACIÓN DE POLÍMEROS RAMIFICADOS
1.Observa el esquema que muestra el mecanismo de reacción para la formación de un polímero rami-ficado. Responde en tu cuaderno.
Radical libre Nuevo radical libre Molécula de polímero
ACTIVIDAD
H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
C–C–C–C •+ C–C–C–C C–C–C–C–H + C–C–C–C C–C–C–C
H H H H H H H H H H H H H H H H H H
H–C–H H–C–H
H–C–H H–C–H
H–C–H H–C–H
•
a) ¿Qué papel cumple el radical libre (en rojo)? ¿Con qué átomo reacciona y qué se produce? b) ¿Qué especies deben reaccionar para producir la ramificación de la cadena?
La forma de los polímeros puede ser lineal o ramificada. Entre los polímeros ramificados se encuentran los que tienen formas de redes, estrellas y dendritas.
Redes
Estrellas
Dendritas Ramificadas
Lineal
PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS
1.Clasifica los polímeros que estudiaste en la actividad de la página 18, según sus propiedades mecánicas.
ACTIVIDAD
Propiedades y usos de los polímeros
Las propiedades de un polímero son determinantes a la hora de decidir la aplicación que se le dará. Por ejemplo, si deseamos construir un objeto que sea elástico, deberá estar hecho de un polímero con propiedades elásticas, es decir, nos interesará principalmente su capacidad de elongación y su resistencia a la flexión. Sus propiedades de dureza o ductilidad tendrán escasa importancia.
Estas características se llaman propiedades mecánicasy las más importantes son: resistencia, dureza y elongación.
• Resistencia de un polímero. Los polímeros pueden ser resistentes a la compresión o al estiramiento. Es decir, pueden tener la capacidad de soportar la presión ejercida sobre ellos, sin alterar su estructura, o en el segundo caso, capacidad para noestirarse con facilidad. Por ejemplo, las fibras, usadas para fabricar cordeles de ropa, deben tener una buena resistencia al estiramiento porque normalmente están sujetas a tensión y necesitamos que no se extiendan cuando son sometidas a un esfuerzo.
También hay polímeros que tienen resistencia al impacto: no se destru-yen al ser golpeados; a la flexión: se doblan con facilidad y, a la torsión: recuperan su estructura después de estar sometidos a la torsión.
La capacidad de resistencia es la medida de cuánta tensión se necesita para romper un polímero.
• Dureza de un polímero. Los polímeros pueden ser rígidos, como el polies-tireno, o flexibles, como el polietileno y el polipropileno. Los primeros tienden a ser resistentes, prácticamente no sufren deformación, pero no son duros, se quiebran con facilidad. Los segundos, soportan muy bien la deformación y no se rompen fácilmente.
• Elongación de un polímero. Los llamados polímeros elastómerospueden estirarse entre un 500% y un 1.000% y volver a su longitud original sin romperse. Por ejemplo, el poliisopreno, poliisobutileno y polibutadieno son elastómeros que pueden ser estirados varias veces desde su tamaño original y una vez que cede el estímulo recuperan su forma y tamaño ini-cial, es decir, poseen una gran elongación reversible.
La elongación es el cambio de forma que experimenta un polímero cuan-do se le somete a tensión, es decir, cuánto es capaz de estirarse sin rom-perse.
Estirar una bolsa plástica es difícil al comienzo, pero una vez que se estira lo suficiente, es cada vez más fácil.
IDENTIFICACIÓN DEL MONÓMERO Y PROPIEDADES DEL POLÍMERO
1. Observa las fotografías de objetos confeccionados de polímeros diferentes y responde en tu cuaderno.
¿C
ÓMO VOY?
1.Ingresa a la página http://www.santillana.cl/qui4/ejercicio1.htm sobre la estructura de polímeros. • Selecciona el polímero que quieres describir en cuanto a su estructura, propiedades y usos.
E
XPLORA EN...
http://www.santillana.cl/qui4
a) Escribe la fórmula estructural del monómero precursor de cada polímero. b) Clasifica los polímeros en lineales y ramificados.
c) Describe las propiedades mecánicas y los usos de los polímeros.
Polietileno. Cloruro de polivinilo
(PVC).
Polipropileno. Cloropreno.
Poliestireno. Poliacrilonitrilo.
(CH2–CH2)n
Cl (CH2–C)n
CH=CH2 (CH2–CH)n
CH3
(CH2–CH)n CN (CH2–CH)n
Cl
(CH2–CH)n
A B
C D
P
ARA ARCHIVARA qué llamamos plásticos
En el lenguaje cotidiano, llamamos plásticos a materiales con los que se fabrican objetos tales como vasijas, juguetes o bolsas, pero no llamamos plásticos a otros materiales, como la “espuma” utilizada en colchones o las “láminas de corcho”, que también lo son.
En el sentido amplio, la palabra plástico describe a todo material capaz de ser moldeado, que se deforma ante la aplicación de fuerzas relativamente débiles a temperaturas moderadas. Así, son plásticos los de origen natural, como el caucho, los de origen semisintético, como el celuloide y todos los polímeros sintéticos, como el polietileno.
En un sentido más limitado, los plásticos son polímeros sintéticos que pue-den ser moldeados en alguna de las fases de su elaboración.
Si un material puede fundirse y moldearse varias veces, se habla de termoplás-tico; mientras que, si puede hacerlo solo una vez, se llama termoestable.
Los termoplásticos son materiales rígidos a temperatura ambiente, pero se vuelven blandos y moldeables al elevar la temperatura;pueden fundirse y moldearse varias veces,sin que por ello cambien sus propiedades; son reci-clables.
Los termoestables son materiales rígidos, frágiles y con cierta resistencia térmica.Una vez moldeados no pueden volver a cambiar su forma,ya que no se ablandan cuando se calientan,por ello no son reciclables.
Estas propiedades también dependen de la estructura del polímero.
• Son termoplásticosporque sus cadenas, ya sean lineales o ramificadas, no están unidas: presentan entre sus cadenas fuerzas intermoleculares, que se debilitan al aumentar la temperatura, por eso se reblandecen.
• Son termoestablesporque sus cadenas están interconectadas por medio de ramificaciones, que son más cortas que las cadenas principales. El calor es el principal responsable del entrecruzamiento que da una forma per-manente a este tipo de plásticos y nopueden volver a procesarse.
Algunos ejemplos de polímeros termoplásticos y termoestables.
La industria del plástico dispone de aditivos que modifican las propiedades de los polímeros. Uno de estos son los plastificantes, moléculas de baja masa molecular, que al adicionarlos, mejoran la flexibilidad del polímero. Por ejemplo, el PVC sin un aditivo plastificante es un material rígido usado en la fabricación de cañerías. Cuando se le añade un plastificante se torna más flexible y sirve para fabricar
flotadores. Investiga sobre otros aditivos de plásticos.
Termoplásticos Termoestables
Polietileno PVC
Poliestireno Baquelita
Nylon Plexiglás
Tergal Melamina
• Los polímerospueden clasificarse según el tipo de reacción de síntesis por la que se obtienen (adición o condensación).
Objetivo:Sintetizar en el laboratorio un polímero termoestable o resina.
Materiales
- tubo de ensayo - gradilla
- pipeta de 10 mL
- embudo y portaembudo - papel filtro
- vaso de precipitado de 100 mL
Reactivos
- agua destilada
- 1 g de urea (CO(NH2)2) - ácido clorhídrico diluido (HCl) - formaldehído (HCHO)
Procedimiento (Actividad demostrativa)
1. Observa con atención la reacción de síntesis que efectuará tu profesor o profesora.
2. Colocará 1 g de urea en el tubo de ensayo y luego adicionará una solución de ácido
clorhídrico diluido preparada previamente, tal como indica la foto superior. Preparación de la solución: Mezclar 2 mL de HCl concentrado con 12 mL de agua destilada.
3. A continuación, adicionará 1 mL de formaldehído (formalina) y agitará la mezcla, siguiendo los pasos de la Guía de laboratorio Nº 2. Precaución. La formalina comercial, que se expende en farmacias y empresas de reactivos químicos, es una solución al 30% aproximadamente. Sus vapores son irritantes y tóxicos, por ello es necesario usar una mascarilla para no inhalar los vapores.
4. Dejará reposar el tubo durante algunos minutos y luego filtrará el precipitado blanco formado, tal como muestra la foto a la derecha.
5. Finalmente, lavará el precipitado con abundante agua y lo dejará secar al aire.
6. Anota las características del sólido formado que corresponde a una resina llamada urea-formaldehído.
Análisis y aplicación
1. Completa la ecuación química que representa la reacción. O O
H2N–C–NH2 + H–C–H
Urea Formaldehído
2. Identifica si se trata de una polimerización por adición o por condensación.
3. ¿Qué propiedades podría tener este polímero? Explica basándote en su estructura. • Responde el Informe de laboratorio Nº 2.
SÍNTESIS DE UNA RESINA
Q
UIMILABNº 2
Pipeta con HCl
Tubo de ensayo con urea
POLIETILENO DE ALTA Y BAJA DENSIDAD
1.Hay dos tipos de polietileno: el de alta densidad y el de baja densidad. Uno de ellos tiene una estruc-tura lineal y el otro ramificada, con cadenas laterales unidas a la cadena principal carbonada.
a) ¿Qué tipo de polietileno debiera tener una estructura ramificada? ¿Por qué? b) ¿Qué estructura da lugar a un polímero más resistente? Explica.
ACTIVIDAD
Termoplásticos de uso cotidiano
Los termoplásticos o simplemente plásticos son polímeros que pueden fun-dirse y moldearse varias veces sin que cambien y sin que experimenten des-composición. Entre los más conocidos están el polietilenoy el poliestireno.
El etileno(eteno) es la materia prima de estos plásticos.
El etileno puede polimerizarse por adición obteniéndose el polietileno, según la siguiente ecuación:
H H H H C=C C–C H H H Hn Etileno Polietileno
El polietileno es un polímero de cristalinidad baja que contiene de 100 a 1.000 unidades del monómero. Es un material traslúcido y resistente frente al ataque de los productos químicos, propiedad que lo hace muy adecuado para la fabricación de envases. También se utiliza en la elaboración de implementos de escritorio, juguetes y bolsas para compras.
Si en la molécula de etileno se remplaza uno de los átomos de hidrógeno por un anillo de benceno (más precisamente, un grupo fenilo: –C6H5) se obtiene una molécula de estireno.
El estireno puede polimerizarse por adición para obtener el poliestireno, según la siguiente ecuación:
H H H H C=C C–––C H H n
Estireno Poliestireno
El poliestireno es un polímero inalterable a la humedad y aislante de la corriente eléctrica. En forma de espuma, se utiliza para fabricar embalajes y aislamientos. En su variedad transparente, se usa para fabricar lentes.
El polietileno presenta múltiples aplicaciones prácticas, entre ellas la fabricación de películas plásticas que se moldean y estiran fácilmente.
El poliestireno
Otros termoplásticos: las fibras textiles
Las fibras textiles son polímeros que tienen la propiedad de formar hilos que se estiran bastante sin romperse y pueden usarse para hilar y hacer teji-dos con los que se confeccionan diversas prendas de vestir. En este grupo entran las fibras naturales, como la seda, la lana o el algodón y fibras sinté-ticas, como las poliamidasy poliésteres.
Una de las poliamidasmás conocidas es el nylon, que se emplea en la ela-boración de fibras muy resistentes a la tracción. Es un polímero de conden-sación, que se obtiene por la polimerización de un ácido dicarboxílico y una diamina, según la siguiente ecuación:
Los poliésteresse forman de manera similar a las poliamidas, condensando un ácido con un éster. Un caso típico es el tergal, que se obtiene por la poli-merización del ácido terftálico y el etanodiol (etilenglicol), según la siguien-te ecuación:
El tergal se emplea en la elaboración de fibras de resistencia relativamente alta. Los tejidos de tergal se caracterizan por ser inarrugables.
En la estructura de un polímero, la presencia de grupos funcionales amida o éster le dan propiedades superiores a las de otros materiales que podrían encontrarse en la naturaleza.
O O H O O O O
HO–C–(CH2)6–C–OH+ H–N–(CH2)6–NH2 C–(CH2)6–C–HN–(CH2)6–NH–C–(CH2)6–C–HN–(CH2)6–NH
n
FIBRAS SINTÉTICAS
Marca con un donde corresponda.
1.El kevlares una fibra que se utiliza para fabricar chalecos antibalas. Si tiene la siguiente estructura, podemos decir que es un polímero:
O O
C– –C–HN– –NH
n
a) de adición. de condensación. de polimerización.
b) poliamida. poliéster. polietileno.
c) rígido. resistente al impacto. elástico.
¿C
ÓMO VOY?
Síntesis del nylon. El paso que controla la polimerización es la eliminación de agua entre un ácido y una amina con formación de un enlace amídico (–CONH–).
Síntesis del tergal. Al igual que en la obtención del nylon, el paso que controla la velocidad de reacción es la eliminación de una molécula de agua, pero en este caso, la reacción entre el ácido y el alcohol forma un enlace éster (–COOR–).
O O O O O O HO–C– –C–OH +HO–CH2–CH2–OH O–C– –C–O–CH2–CH2–O–C– –C–O
n
Resinas: los polímeros termoestables
Estos polímeros se caracterizan por sufrir una transformación química cuan-do se funden, convirtiéncuan-dose en un sólicuan-do que, al volverse a fundir, se des-compone. Algunos ejemplos son el PVC, la baquelita y el plexiglás.
El PVCo cloruro de poliviniloes un polímero de adición que resulta de la polimerización del cloruro de vinilo o cloroeteno. Este polímero tiene buena resistencia a la electricidad y a la llama. El PVC es tan rígido que se utiliza en la fabricación de cañerías, paneles y otros objetos moldeados.
La polimerización del cloroeteno ocurre por adición según la siguiente ecuación:
H H H H C=C C–C H Cl H Cln
Cloroeteno PVC
La baquelitaresulta de la reacción entre el fenol y el formaldehído (meta-nal). Es un polímero duro y quebradizo. Los mangos de algunas herramien-tas eléctricas, y los conmutadores y enchufes eléctricos se fabrican con resi-nas entrecruzadas termoestables como la baquelita.
La polimerización para obtener baquelita ocurre por condensación, según la siguiente ecuación:
OH O OH OH +
H H
OH n Fenol Formaldehído
El plexiglás se sintetiza a través de la polimerización del metacrilato de metilo. Es un material transparente con excelentes propiedades ópticas, por lo que su uso es muy variado, desde lentes de contacto hasta láminas trans-parentes para ventanas.
La polimerización ocurre por adición del metacrilato de metilo, según esta ecuación:
H H H H C=C C–C
H CO2CH3 H CO2CH3 n
Cauchos natural y sintético
En el lenguaje cotidiano, los cauchos corresponden a los materiales que lla-mamos gomas y cuya principal característica es su elasticidad; son también polímeros termoestables. La propiedad de ser elásticos se explica por la estructura de estos polímeros: son moléculas de largas cadenas carbonadas y flexibles, que tienden a enrollarse de forma desordenada, pero que se desen-rollan al someter el material a una tensión.
En el pasado solo disponíamos del caucho natural, el polímero del isopreno o poliisopreno que se extrae de la savia o látexde ciertos árboles tropica-les, nativos de Sudamérica. Este es un material pegajoso, blando en calien-te y duro y fácil de quebrar en frío.
El caucho natural se forma cuando se enlazan unas moléculas de isopreno (2-metil-1,3-butadieno) con otras, mediante la acción de ciertas enzimas que posibilitan que todos los monómeros unidos se conformen en su isómero cis. La ecuación de polimerización es:
CH2 CH2
CH2=C–CH=CH2 C=C
CH3 H3C H n
Isopreno Poliisopreno
Hacia el año 1820 se vio que el caucho servía para fabricar ropa impermeable pero el problema era que el calor volvía las prendas pegajosas y el frío las endurecía. Unos 20 años después, Charles Goodyear (1800-1860) mezcló accidentalmente azufre y caucho en una estufa caliente y obtuvo un material que no se fundía ni se ponía pegajoso al calentarlo, tampoco se quebraba cuando se lo sometía a bajas temperaturas. Bautizó a este nuevo material con el nombre de caucho vulcanizado, en honor a Vulcano, dios del fuego. El proceso se llama vulcanizacióny lo que hace el azufre es unir las diferentes cadenas del polímero hasta que todas ellas quedan unidas.
El proceso de vulcanización lo representamos según la siguiente ecuación:
S
CH3 CH3 S CH3 CH3
CH2–CH=C–CH2–CH2–CH=C–CH2 S S CH2–CH–C–CH2–CH2–CH=C–CH2–CH2 S S S
+
S S S
CH3 CH3 S S CH3 S CH3
CH2–CH=C–CH2–CH2–CH=C–CH2 CH2–CH=C–CH2–CH2–CH–C–CH2–CH2 S
S
El caucho natural se obtiene de árboles como el Hevea brasiliensis. Se hacen incisiones en la corteza del tronco y se deja drenar la savia o látex; el líquido así obtenido se lava y se comprime en placas o bloques, obteniendo el caucho bruto.
En el proceso de vulcanización, el azufre actúa como un
aglutinante de las cadenas carbonadas, formándose una sola molécula. Esto quiere decir que cuando vemos y tocamos un neumático, estamos viendo y tocando una sola molécula.
A TRABAJAR EN EQUIPO
1. Analicen en sus propias casas la cantidad de basura plástica que se bota diariamente. ¿A qué por-centaje del total de basura corresponde aproximadamente?
2. Inspeccionen los basureros de su colegio al término de la jornada escolar y hagan una estimación del porcentaje de basura plástica que hay en ellos.
3. Visiten un local de comida rápida y sorpréndanse de la enorme cantidad de basura plástica que se elimina por cliente.
4. Averigüen cuál es el destino de la basura plástica en su municipio.
5. Una alternativa para reducir la cantidad de basura plástica, es remplazar las bolsas de plástico por bolsas de papel, pero: la masa de 1.000 bolsas de plástico es 8,5 kg y la de igual cantidad de bolsas de papel, 61 kg; el volumen de los desechos de papel es 8 veces mayor y el costo de producción de bolsas de papel también es mayor. ¿Podríamos remplazar el plástico por el papel? Argumenten.
6. Averigüen qué estrategias se han diseñado para reducir la cantidad de basura plástica y vean cuál de ellas sería posible de aplicar en su municipio.
Ventajas y desventajas de los polímeros
En la actualidad hay tantos polímeros artificiales para otros tantos propósitos diferentes que es difícil imaginar nuestro mundo sin los “plásticos”.
Los plásticos son populares porque son:
• Económicos.
• Más livianos y pueden sustituir la madera, la piedra o el metal. • Muy resistentes a la oxidación y al ataque de ácidos y bases.
• Inalterables a los agentes atmosféricos como la luz, el agua y el aire.
• Muy versátiles. Se fabrican con ellos objetos con gran diversidad de formas, texturas y colores; pueden ser suaves como las plumas y más resistentes que el mismo acero.
• Son aislantes de la corriente eléctrica.
Sin embargo, como en todas las cosas, estas mismas ventajas pueden ser sus peores inconvenientes. La alta resistencia a la corrosión, al agua y a la descomposición bacteriana, los
convierte en residuos difíciles de eliminar y, consecuentemente, en un grave problema ambiental.
La basura plástica puede permanecer por décadas o siglos sin destruirse.
En países como Estados Unidos las bolsas de supermercado son de papel y
POLIMERIZA
CIÓN
• Los polímeros se forman a partir de moléculas pequeñas llamadas monómeros
.
• Los polímeros sintéticos se obtienen mediante síntesis por adición (polímeros de adición) o por condensación (polímeros de condensación). • Los polímeros de adición son macromoléculas producidas por la unión de dos o más monómeros iguales o diferentes
,que presentan un doble o
triple enlace en su estructur
a.
• Los polímeros de condensación son macromoléculas formadas por dos o más monómeros
,en donde
,por cada enlace que se
forma,
se desprende una molécula pequeña,
por
ejemplo
,agua.
• La síntesis por adición puede ser catiónica, aniónica o r
adicalaria y procede a tr
avés de un
conjunto de pasos conocidos como iniciación, propagación y terminación.
POLÍMEROS SINTÉTICOS
ESTR
UCTURA
• Los polímeros sintéticos son orgánicos si su esqueleto fundamental es el carbono
.
• Los homopolímeros están formados por monómeros iguales y los copolímeros por dos o más monómeros distintos
.
• Los copolímeros pueden tener cuatro estructur
as
distintas:
al azar
,alternada,
en bloque o injertada.
• Los polímeros se clasifican según su forma en lineales y r
amificados (redes
,estrellas y dendritas).
RELA
CIÓN ESTR
UCTURA-PROPIED
ADES
• Dependiendo de su estructur
a química,
los
polímeros presentarán un conjunto de propiedades físicas
,tales como resistencia,
dureza y elongación,
car
acterísticas
,que a su vez determinarán el uso y
aplicación del material obtenido
.
• La capacidad de resistencia de un polímero es la medida de cuánta tensión puede resistir sin romperse (resistencia al impacto
,a
la flexión o a la
torsión).
• La dureza de un polímero se manifiesta en su rigidez o flexibilidad. • La capacidad de elongación de un polímero es la medida de cuánto es capaz de estir
arse sin
romperse
.
CODIFICA
CIÓN
• Los polímeros de uso gener
al se han codificado
según símbolos de identificación internacional.
SÍNTESIS
PROPIEDADES
PET PEAD PVC PEBD PP PS
Homopolímero
Copolímero al azar
Copolímero alternado
Copolímero en bloque
Copolímero injertado
Polímero lineal
Polímero r
amificado
Polímero redes
Polímero estrellas
CARA
CTERÍSTICAS
• Son materiales rígidos a temper
atur
a ambiente
,pero se vuelven blandos y
moldeables al elev
ar la temper
atur
a;
pueden fundirse y moldearse v
arias veces
,
sin que por ello cambien sus propiedades
.
• En los polímeros termoplásticos
,sus cadenas
,y
a sean lineales o r
amificadas
,n
o
están unidas:
presentan fuerzas intermoleculares entre las cadenas
,que se
debilitan al aumentar la temper
atur
a,
por eso se reblandecen.
• Los termoplásticos son materiales reciclables
.
PROPIEDADES Y USOS DE LOS POLÍMEROS
CARA
CTERÍSTICAS
• Son materiales rígidos
,frágiles y con cierta resistencia térmica.
Una vez
moldeados no pueden volver a cambiar su forma,
ya
que no se ablandan
cuando se calientan.
• En los polímeros termoestables sus cadenas están interconectadas por medio de
ramificaciones (más cortas que las cadenas principales).
El calentamiento
aumenta el entrecruzamiento de las cadenas
,por lo que el polímero se deforma.
• Los termoestables son materiales no reciclables y constituyen uno de los
mayores problemas de contaminación ambiental debido a la acumulación de
gr
andes cantidades de basur
a.
CLASIFICA
CIÓN
• Los termoplásticos se clasifican en:
plásticos de uso común y fibr
as
.
• El polietileno y poliestireno son los plásticos más usados
.
• Las poliamidas (nylon) y los poliésteres (tergal) son las fibr
as más conocidas
.
CLASIFICA
CIÓN
• Los termoestables se clasifican en resinas y cauchos
.
• El PVC
,la baquelita y el plexiglás son los polímeros termoestables más usados
.
• El caucho vulcanizado y el poliuretano son ejemplos de cauchos sintéticos
.
TERMOPLÁSTICOS
TERMOEST
ABLES
Monómero del polietileno
Monómero del cloruro de polivinilo
Monómero del poliisopreno
Dímero del nylon
冢冣
3
冢冣
3
Monómero del poliestireno
Entender el problema e identificar la incógnita
PROBLEMAS RESUELTOS
Anotar los datos que nos entrega el problema
Diseñar un plan de acción
Ejecutar el plan
1
Polimerización
1.El cloruro de polivinilo o PVC es un polímero que se utiliza en la fabri-cación de tuberías para drenaje, botellas y envolturas de plástico. Su monómero es el cloruro de vinilo o cloroeteno, C2H3Cl.
Representa la reacción de polimerización del PVC y clasifícalo.
– Debemos representar la polimerización del cloruro de vinilo mediante una ecuación y clasificar el polímero resultante.
– Contamos con la fórmula molecular del monómero y las aplicaciones del polímero.
– Sabemos que el monómero contiene un doble enlace carbono-carbono.
– Escribimos la fórmula estructural del monómero.
– Definimos qué tipo de reacción de polimerización puede ocurrir (adición o condensación).
– Planteamos la ecuación de polimerización. – Clasificamos el polímero.
Fórmula estructural del monómero:
H H C=C H Cl
Tipo de polimerización: Debiera ocurrir una reacción de adición, es decir, se rompe el doble enlace carbono-carbono, lo cual permite que estos átomos de carbono formen enlaces con otros átomos.
Ecuación de polimerización:
H H H H H H H H H H H H + C=C + C=C + C=C + C–C–C–C–C–C H Cl H Cl H Cl H ClH ClH Cl
Clasificación del polímero: El PVC es un homopolímero lineal de adición.
Respuesta:
El PVC se representa por (CH2–CHCl)n , donde las líneas punteadas seña-lan que la estructura se extiende muchas unidades en ambos sentidos. El subíndice nindica que este fragmento de molécula se repite un número muy grandes de veces (n veces) en la estructura completa del polímero.
2
3
4
2.Escribe la estructura del polímero resultante de la copolimerización del ácido 1,4-bencenodicarboxílico (a) con 1,4-butanodiamina (b). Clasifica el polímero formado y, a partir de su estructura, deduce qué utilidad podría tener.
O O
(a) HO–C– –C–OH (b) H2N–CH2–CH2–CH2–CH2–NH2
– Debemos plantear la estructura del polímero que se producirá a partir de la unión de dos monómeros distintos. Además, clasificaremos el polímero y determinaremos sus posibles usos.
– Contamos con las fórmulas estructurales de los monómeros.
– Planteamos la ecuación de polimerización.
– Definimos qué tipo de reacción de polimerización es.
– Clasificamos el polímero y deducimos sus posibles aplicaciones.
– Ecuación de polimerización: O O
H–O–C– –C–O–H + H–N–CH2–CH2–CH2–CH2–N–H
H H
O O
C– –C–N–CH2–CH2–CH2–CH2–N
n
+ n HOH
H H
Tipo de polimerización: Debe ocurrir una reacción de condensación, es decir, el polímero se forma con pérdida de moléculas de agua de unidades de monómeros adyacentes.
Clasificación y aplicaciones del polímero: El polímero resultante es un copolímero lineal de condensación; se trata de una poliamida apta para la elaboración de fibras textiles.
Respuesta:
La estructura del polímero resultante es: O O
C– –C–N–CH2–CH2–CH2–CH2–N
n
H H
1.El monómero del poliisopreno es el isopreno, C5H8. Representa la reacción de polimerización del isopreno y clasifícalo.
2.Escribe la fórmula de los monómeros que dan origen al kevlar. Revisa la estructura del polímero en la página 25.
3.Escribe las propiedades que debiera presentar el polímero que resulta de la condensación de fenol y formaldehído, según la siguiente ecuación de síntesis: OH O OH OH
+ H H
OH
+ H2O
Fenol Formaldehído PROBLEMAS
PROPUESTOS
1
3
4 2
1.¿Cuál de las aseveraciones acerca de los polímeros sintéticos es incorrecta?
A. Están formados por muchos monómeros. B. Son macromoléculas de elevada masa
molecular.
C. Son biodegradables.
D. Sus estructuras pueden ser lineales o ramificadas.
E. Sus estructuras se basan en la de los polímeros naturales.
2.El polietileno es:
A. un carbohidrato presente en las frutas. B. un monómero de baja masa molecular. C. un líquido de alto punto de ebullición. D. un polímero inorgánico usado en
electrónica.
E. un polímero orgánico de múltiples aplicaciones.
3.La siguiente estructura: [–CH2–CH2]– , corresponde al polímero llamado:
A. poliestireno. D. polietileno.
B. poliuretano. E. policloruro de vinilo. C. polipropileno
4.Una reacción de polimerización por condensación se caracteriza por:
A. producir radicales libres.
B. formar polímeros de bajo peso molecular. C. producir carbaniones.
D. eliminar moléculas de bajo peso molecular, generalmente agua.
E. emplear un único monómero.
5.El siguiente símbolo se utiliza para indicar que el plástico es:
A. resistente. B. reutilizable.
C. estable a la oxidación. D. biodegradable. E. reciclable.
6.Podemos decir que este copolímero es:
A. al azar. D. injertado. B. alternado. E. simétrico. C. en bloque.
7.La sigla PEAD se utiliza para identificar:
A. un polietileno de alta densidad.
B. un policloruro de vinilo de alta densidad. C. un bloque de un copolímero.
D. el grado de descomposición que experimenta un polímero. E. la alta dureza de un polímero.
8.Una resina se caracteriza por:
A. ser un material con alta elasticidad. B. descomponerse cuando se calienta. C. ser buen conductor de la electricidad. D. ser termoplástico.
E. experimentar la vulcanización.
9.El proceso de vulcanización consiste en:
A. adicionar diferentes monómeros durante la formación del polímero.
B. la degradación de un polímero. C. agregar aditivos que dan flexibilidad al
material polimérico.
D. un proceso de polimerización aniónico. E. el entrecruzamiento de cadenas de
polímeros.
10. De un polímero con cadenas ramificadas entrecruzadas es posible esperar que:
A. posea baja resistencia.
B. tenga un menor punto de fusión que uno de cadena lineal de la misma masa molecular. C. sea termoplástico.
D. sea termoestable.
E. sea útil para fabricar fibras.
Revisa tus respuestas en el Solucionario (página 184).
1.Observa las fotografías de cuatro artículos confeccionados con polímeros.
a)Escribe en el recuadro la letra del artículo que corresponde al nombre del polímero del que está hecho.
Nylon. Poliisopreno.
Poliestireno. Polietileno.
b)Escribe la letra del artículo correspondiente a la estructura química del polímero del que está hecho.
CH3 (CH2–CH=C–CH2)n
(CH2–CH)n
O O (HN–(CH2)6–NH–C–(CH2)6–C)n
(CH2–CH2)n
c)Escribe la letra del artículo que corresponde a la propiedad que presenta el polímero del que está hecho.
Fibra resistente y flexible. Resistente y aislante.
Pegajoso y blando en caliente. Resistente y termoplástico.
2.El cuadro muestra la relación
estructura-propiedad de los polímeros.
Explica los siguientes hechos según la relación estructura-propiedad.
a)Las fibras como el kevlar y el nylon, tienen más resistencia que dureza, casi no se deforman cuando se las somete a tensión y, en muchas ocasiones, pueden llegar a poseer una mayor resistencia a la tensión que un filamento de acero de características similares. ¿Por qué?
b)Para fabricar un artefacto que sea resistente, que absorba el impacto deformándose para luego volver a su forma original (resistencia a la tracción), puede utilizarse el caucho, en ningún caso, la baquelita. ¿Por qué?
c)El cloruro de polivinilo o PVC se utiliza para fabricar cañerías que remplazan a las de cobre. ¿Por qué?
d)El polietileno es un polímero termoplástico. Al polietileno de cadena lineal se le llama PEAD y se utiliza para fabricar recipientes de gran capacidad como bidones; y al de cadena ramificada, se le llama PEBD y es usado en la fabricación de bolsas plásticas. ¿Por qué tienen diferentes usos?
3.Si tuvieras que fabricar lentes de contacto y dispones de los monómeros que aparecen a continuación, ¿cuál elegirías? Fundamenta tu elección.
a) CH3
H2C=C–C–CH2–CH2OH O
b) CH3
H2C=C–CH2–CH3 Responde en tu cuaderno.
a b
c d
Estructura Propiedad
Cadenas lineales. Alta flexibilidad (baja dureza).
Cadenas ramificadas. Alta rigidez (quebradizo).
Fuertes uniones
intermoleculares entre cadenas.
Alta resistencia. Alto punto de fusión. Débiles uniones
intermoleculares entre cadenas.
En los años 50, las siliconas se hicieron famosas gracias a los implantes mamarios. Los patrones de belleza impuestos por el mundo de hoy, ha motivado a hombres y mujeres a intervenir sus cuerpos para implantarse siliconas.
Polímeros inorgánicos
Implantes de siliconas en el cuerpo
No todos los polímeros son orgánicos, también existen los polímeros inorgánicos, es decir, los que no poseen átomos de carbono en su cadena principal. Las siliconas son los polímeros inorgánicos más comunes, donde el silicio es el átomo central, tetravalente. Su estructura presenta cadenas de átomos de silicio (Si) alternados con átomos de oxígeno (O) y unidos a grupos metilo (-CH3).
Las siliconas tienen algunas propiedades físicas similares a las de las resinas y el caucho, pero son más estables frente al calor y a la oxidación. Hoy en día los cirujanos plásticos utilizan las siliconas como implantes para aumentar el volumen y mejorar la forma de determinadas partes del cuerpo, sin embargo, esta técnica no deja de ser controvertida, ya que se ha investigado que habría una relación
directa entre los
implantes de siliconas y ciertas enfermedades autoinmunes y neurológicas.
GLOSARIO
Cauchos: Polímeros que se caracterizan por su
elasticidad.
Copolímero:Polímero formado por la unión de
dos o más tipos diferentes de monómeros.
Fibras:Polímeros que pueden formar filamentos
o hilos de gran resistencia.
Homopolímero:Polímero formado por un solo
tipo de monómero.
Monómero:Unidad básica a partir de la cual se
obtiene un polímero.
Plásticos:Material capaz de ser moldeado y que
se deforma ante la aplicación de una fuerza.
Polímero:Macromolécula (molécula gigante)
compuesta de unidades que se repiten.
Polímeros de adición:Macromoléculas
producidas por la unión de dos o más alquenos o alquinos diferentes.
Polímeros de condensación:Macromoléculas
formadas por dos o más monómeros diferentes en donde, por cada enlace que se forma, se desprende una molécula pequeña.
Polímeros termoestables:Macromoléculas cuyas
estructuras son entrecruzadas y que no se modifican por efecto del calor.
Polímeros termoplásticos:Macromoléculas que
pueden fundirse y moldearse varias veces.
Radical:Cualquier fragmento de una molécula
que tenga un electrón desapareado.
Resinas:Plásticos que se descomponen por
efecto de la temperatura.
Silicona:Polímero inorgánico cuyo esqueleto
principal está formado por el elemento silicio.
Vulcanización:Proceso mediante el cual se trata
la goma natural con azufre para mejorar sus propiedades.
Los seres vivos
somos un complejo conjunto de átomos que, al entrelazarse entre sí, originan moléculas muy diferentes, muchas de las cuales son macromoléculas, también llamadas biopolímeros. Todo lo que observamos en una persona: el pelo, la piel y las uñas,
está formado por proteínas; igual que los huesos, los órganos y los músculos dentro del cuerpo. Otros biopolímeros, los carbohidratos, son clave en procesos
vitales como la obtención de energía, y los ácidos nucleicos, se encargan de la transmisión de la información genética. Dilucidar las estructuras de
las proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos ha permitido entender por qué tienen
esas determinadas funciones biológicas.
¿Dependerá la estructura de estos biopolímeros de la función
que desarrollan? y su complejidad, ¿estará relacionada con el papel que
desempeñan en nuestro organismo? Estas preguntas
son centrales en esta unidad.
