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Química Los Polímeros

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Academic year: 2021

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Desde  una  cadena  de  ADN  hasta  un  neumático.  Los  polímeros  son   macromoléculas  que  podemos  encontrar  en  infinitos  lugares  que  quizás   nunca  imaginas.  En  esta  guía  estudiaremos  esta  gran  rama  de  los   materiales  en  el  que  se  especifican  este  tipo  de  gran  uso  y   completamente  conocido.  

 

 

©  Fernando  Brierley  V.  –  Felipe  Salas  B.   2013  

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Los  Polímeros  

 

 

De  forma  natural  o  artificial  existe  un  gran  número   de   polímeros   los   cuales   los   utilizamos   constantemente.   Desde  plásticos,  gomas,  hasta  funciones  vitales  vienen  dadas   por  polímeros.  

Imaginémonos   una   gran   molécula.   Si   miramos   la   molécula   de  cerca  veremos  que  está  formada  de  una  misma  molécula   más   pequeña   que   se   repite   muchas   veces.   Si   ocurre   esto;   estamos   ante   un   polímero.   Los   polímeros   son   macromoléculas   que   están   formadas   por   unidades   más  

pequeñas  llamadas  monómeros.  Es  importante  recalcar  que  los  monómeros  se  unen  entre  sí  a   través  de  enlaces  covalentes.    

 

I]  Tipos  de  clasificación  

Según  su  origen:  

-­‐ Polímeros  naturales:  Son  los  polímeros  formados  de   modo  natural.  

-­‐ Polímeros   semi-­‐sintéticos   (o   de   transformación):   Son   los   polímeros   obtenidos   luego   de   la   manipulación   de   polímeros  naturales  con  el  fin  de  cambiar  sus  propiedades.  

-­‐ Polímeros   sintéticos:   Son   los   obtenidos   a   partir   de   una  reacción  de  polimerización  con  un  monómero  específico.   Según  su  carácter  orgánico:  

-­‐ Polímeros   inorgánicos:   Son   polímeros   cuyos   monómeros   no   están   formados   por   carbono.  Generalmente  los  monómeros  de  los  polímeros  inorgánicos  están  formados   por  fósforo  y/o  silicio.  

 

-­‐ Polímeros   orgánicos:   Son   polímeros   que   están   formados   por   largas   cadenas   de   carbono.   Por   ello,   los   monómeros   que   los   forman   deben   tener   necesariamente   carbono.  

Dato   puntaje:   Dentro   de   los   polímeros   orgánicos   se   encuentran   los   plásticos;   polímeros   que   pueden   moldearse   para   obtener   una   forma   determinada.  

Estructura:  

-­‐ Polímeros  lineales:  Se  caracterizan  porque  la   cadena   de   monómeros   no   posee   ramificaciones,   teniendo   así   un   polímero   lineal.   Ocurre   principalmente   cuando   la   reacción   de   polimerización   puede   añadir   monómeros  a  los  extremos  de  la  cadena.   -­‐ Polímeros   ramificados:   Se   caracterizan  

porque   existe   una   cadena   principal   de   la   cual   salen  ramificaciones.  

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Tipo  de  monómeros  que  lo  forman:    

-­‐ Homopolímeros:   Están   formados   por   un   solo   tipo   de   monómeros.    

-­‐ Copolímeros:  Están  formados  por  dos  o  más  monómeros.   Propiedades  físicas:  

 

-­‐ Termoplásticos:   Son   polímeros   que   al   aumentar   la   temperatura  podemos  cambiar  su  forma.  

-­‐ Termorrígidos:   Polímeros   que   una   vez   moldeados,   mantienen  su  forma  a  pesar  de  los  cambios  de  temperatura.   -­‐ Fibras:  Son  polímeros  que  tienen  la  forma  de  hilos.  

-­‐ Elastómeros:   Son   polímeros   que   pueden   recuperar   su   forma  original  luego  de  haber  sufrido  una  deformación.    

II]  Tipos  de  polimerización  

 

 

Adición.  En  las  polimerizaciones  de  adición  no  hay  pérdida  de  especies  por  parte  de   los   monómeros,   pues   muchas   veces   los   enlaces   entre   los   monómeros   se   crean   debido   a   insaturaciones  dentro  de  las  moléculas.  

 

Condensación.   En   las   polimerizaciones   de   condensación   los   monómeros   suelen   tener   átomos   (generalmente   una   molécula   de   agua)   en   sus   extremos,   la   cual   se   libera   al   momento  de  enlazarse  un  monómero  con  otro.  

 

(1)  Polímeros  Sintéticos.  

Una   vez   conocidos   los   procesos   de   polimerización,   bastaba   tiempo   para   que   los   científicos   comenzaran   a   sintetizar   sus   propios   polímeros.   Todos   los   artículos   plásticos   que   conocemos   son   hechos   a   partir   de   polimerizaciones  

artificiales,  es  decir,  son  polímeros  sintéticos.  Dentro   de   los   más   notables   podemos   mencionar   el   nylon,   la   baquelita,  PVC,  y  toda  la  gama  de  plásticos  que  vemos   en  nuestra  vida  cotidiana.  

 

Muchos   de   los   descubrimientos   de   los   polímeros   sintéticos   fueron   accidentales,   es   decir,   luego   de   experimentar   con   ciertas   sustancias   lograron   obtener   plásticos   con   propiedades   beneficiosas,   los   cuales   nombraron   como   nuevos   polímeros.    

 

A  diario  es  posible  ver  el  signo  del  reciclaje  con  un  número  en  el  centro.  Este  número   se   usa   para   distinguir   los   distintos   tipos   de   polímeros   para   un   correcto   reciclaje.   A   continuación  veremos  una  tabla  con  los  distintos  tipos  de  polímeros  sintéticos  de  interés.  

     

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Número  asociado   Abreviación  

Nombre  del  polímero  

1  

PET  

Tereftalato  de  polietileno  

2  

PEAD  

Polietileno  de  alta  densidad  

3  

PVC  

Policloruro  de  vinilo  

4  

PEBD  

Polietileno  de  baja  densidad  

5  

PP  

Polipropileno  

6  

PS  

Poliestireno  

7  

No  tiene  

Incluye  al  resto  de  los  polímeros  

 

A  pesar  de  existir  un  gran  número  de  polímeros,  estos  son  los  más  usados  dentro  de   nuestras   vidas   cotidianas.   No   está   de   más   decir   que   gracias   a   los   polímeros   tenemos   productos  como  pinturas,  adhesivos,  etc.  

 

III]  Caucho  

 

Hemos   hablado   bastante   de   polímeros   sintéticos,   pero   qué   sucede   con   los   polímeros   naturales.   A   continuación   veremos   el   caucho,   un   polímero  natural  de  gran  utilidad  en  la  actualidad.   El  caucho  es  un  polímero  obtenido  del  árbol  llamado   Hevea  brasiliensis,  como  un  líquido  lechoso.  El  caucho   es  un  polímero  cuyo  monómero  es  el  isopreno.  Dentro   de  sus  propiedades  se  encuentra  una  gran  resistencia   mecánica,   la   cual   se   debe   a   que   tiene   una   estructura   química  regular.  

 

A   pesar   de   sus   buenas   propiedades   existía   un   problema   con   el   caucho   natural;   ante   cambios  de  temperatura  su  rigidez  cambiaba,  endureciéndose  con  el  frío  y  ablandándose  con   el  calor.  Es  por  ello,  que  buscando  soluciones  el  científico  Charles  Goodyear  descubrió  que  al   calentar  el  caucho  natural  en  presencia  de  azufre  (𝑆!),  se  mantenía  la  resistencia  mecánica  y   se   perdía   la   viscosidad,   es   decir,   se   mantenía   inalterable   ante   los   cambios   de   temperatura.     Este  proceso  se  conoce  como  vulcanización.  

 

Una   vez   que   el   caucho   es   vulcanizado,   el   nuevo   caucho   se   conoce   como   caucho   sintético.  

Dato  puntaje:  Los  nativos  de  América  descubrieron  las  propiedades  del   caucho,   llegando   a   utilizarlo   para   crear   pelotas   con   las   cuales   practicaban  distintos  deportes.  

 

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IV]  Proteínas  

 

Las  proteínas  son  polímeros,  las  cuales  tienen   una  gran  importancia  a  nivel  biológico;  pues  permite   muchas   reacciones   y   facilita   muchas   reacciones   vitales.   El   monómero   que   forma   a   las   proteínas   se   conoce   como   aminoácido.   Los   aminoácidos   son   moléculas   que   en   uno   de   sus   extremos   tienen   un   grupo  funcional  Amino  (−𝑁𝐻!)  y  en  el  otro  tienen  un  

ácido   Carboxílico   (𝐶𝑂𝑂𝐻 −).     Además,   los   aminoácidos   tienen   una   cadena   carbonatada   (𝑅)   de   largo   y   componentes   variables.   El   proceso   de   polimerización  de  las  proteínas  es  de  condensación,  en  la  cual  se  libera  agua.  

 

Dato   puntaje:   Existen   los   llamados   aminoácidos   esenciales.   Se   les   llama  de  esa  manera  pues  son  vitales  para  el  ser  humano,  pero  no  los   podemos   producir   por   nosotros   mismos.   Es   necesario   consumirlos   a   través  de  la  comida.  

 

Las   propiedades   de   las   proteínas   vienen   dadas   por   la   cadena   de   aminoácidos   que   las   conforman.   Las   propiedades   de   los   aminoácidos   están   dadas   a   su   vez   por   la   cadena   (𝑅)   de   carbonos  variable.  

Dato   puntaje:   El   enlace   entre   dos   aminoácidos   se   conoce   como   enlace   peptídico,   el   cual   es   un   enlace   covalente   y   al   ocurrir   se   libera   una   molécula   de  agua.  

 

(1) Estructura  de  las  proteínas.  

A  pesar  de  saber  que  las  proteínas  son  la  unión   de  muchos  aminoácidos,  el  orden  de  estos  hace  que  las   propiedades  de  las  proteínas  también  varíe.  

 

a. Estructura   primaria:  Corresponde  al  orden   de  los  aminoácidos  que  forman  la  proteína,  los   cuales  le  confieren  propiedades  específicas    

b. Estructura   secundaria:   Una   vez   que   tenemos   clara   la   secuencia   lineal   de   aminoácidos   en   la   cadena,   estos   empiezan   a   interactuar  a  través  de  puentes  de  hidrógeno.    

Dentro  de  la  estructura  secundaria  se  conocen   dos   tipos:   Hélice   alfa   (𝛼),   y   Lámina   plegada   beta  (𝛽)    

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c. Estructura   terciaria:   Corresponde   a   la   distribución   espacial   que   adoptan   las   proteínas   cuando   se   empieza   a   organizar   sobre   sí   misma,   quedando   con   una   disposición   tridimensional.   Esta   nueva   organización   se   debe   a   atracciones/repulsiones  eléctricas,  junto  con  puentes  disulfuro,  puentes  de  hidrógeno,   etc.  La  estructura  terciaria  de  las  proteínas  es  la  que  le  confiere  habilidades  necesarias   para   procesos   como   transporte,   hormonales,   enzimáticos.   Es   importante   decir,   la   estructura  terciaria  le  da  propiedades  como  la  solubilidad  en  el  agua.  

 

d. Estructura   cuaternaria:   A   pesar   de   que   las   estructuras   anteriores   dependen   únicamente  de  los  aminoácidos  que  forman  a  la  proteína,  la  estructura  cuaternaria  es   un   complejo   proteico,   es   decir,   es   la   unión   mediante   enlaces   débiles   de   dos   o   más   cadenas  peptídicas  diferentes  en  estructura  terciaria.  

 

Muchas  de  las  funciones  que  tienen  las  proteínas  no  serían  posibles  si  no  fuera  por  los   niveles  de  organización  de  estas.  Un  ejemplo  de  ello  es  la  hemoglobina;  la  unión  de  cuatro   proteínas   las   cuales   en   la   estructura   cuaternaria   tienen   la   capacidad   de   retener   y   transportar  oxígeno.  Sin  embargo,  así  como  las  proteínas  pueden  formar  estructuras  más   y   más   complejas,   es   posible   hacer   que   vuelvan   a   ser   simples   cadenas   de   aminoácidos,   a   través  del  proceso  conocido  como  desnaturalización  de  las  proteínas.  

 

(2) Desnaturalización  de  las  proteínas    

La   estructura   cuaternaria   de   las   proteínas   vimos   que   es   posible   gracias   a   atracciones  débiles  entre  las  proteínas.  Es  por  ello  que  al  cambiar  ciertas  condiciones  del   medio  podemos  lograr  que  la  estructura  cuaternaria  se  “desarme”.  Más  aún,  como  vimos   anteriormente,   la   estructura   secundaria   y   terciaria   se   justifican   en   fuerzas   intermoleculares,   por   lo   que   basta   con   vencerlas   (muchas   veces   de   un   modo   fácil)   para   lograr  que  las  proteínas  se  desnaturalicen.  

Es  así  como  el  cambio  de  las  siguientes  variables  pueden  desnaturalizar  proteínas:   -­‐ Temperatura  

-­‐ pH   -­‐ Radiación  

-­‐ Cambios  mecánicos  (golpes)   -­‐ Cambios  de  solvente.  

Por  ello  es  de  importancia  vital  mantener  niveles  correctos  de  pH  y  temperatura  dentro   del  cuerpo.  

Dato   puntaje:   Cuando   freímos   un   huevo,   vemos   que   la   clara   pasa   de   ser   transparente   a   blanca.   Esto   se   produce   puesto   que   las   proteínas   que   forman  la  clara  se  desnaturalizan  provocando  así  un  cambio  de  color.    

(3) Clasificación  de  las  proteínas    

A  partir  de  la  organización  estructural  de  las  proteínas  es  que  las  podemos  clasificar   del  siguiente  modo:  

-­‐ Proteínas  Globulares:  Son  aquellas  que  se  agrupan  en  forma  esférica  

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Sin  embargo,  las  proteínas  no  son  los  únicos  polímeros  que  sirven  para  procesos   vitales.  Recordemos  que  un  polímero  es  un  conjunto  de  moléculas  más  pequeñas.  En   base  a  esto,  podemos  considerar  que  las  cadenas  de  ADN  y  de  ARN  también  son  largas   proteínas,  como  veremos  a  continuación.  

   

(4) Ácidos  nucleicos  

 

Los     ácidos   nucleicos   son   de   vital  importancia  para  los  seres  vivos.   Gracias   a   ellos   es   posible   transmitir   material   genético   de   generación   en   generación   perpetuando   así   la   especie.  

Al   igual   que   las   proteínas,   los   ácidos   nucleicos   (ya   sea   el   ADN   o   el   ARN)   son   polímeros.   El   monómero   es   conocido   como   nucleótido,   el   cual   puede  ser  de  distintos  tipos  (como  los   aminoácidos   que   se   diferencian   unos   a  otros  por  la  cadena  carbonatada).      

Un  nucleótido  está  formado  a  su  vez  por  una  pentosa,  un  

grupo  fosfato,  y  una  base  nitrogenada.  La  diferencia  estructural  entre  el  ARN  y  el  ADN   es  que  la  pentosa  del  primero  es  una  Ribosa,  mientras  que  la  pentosa  estructural  del   ADN   es   una   Desoxirribosa.   La   diferencia   entre   estas   dos   pentosas   radica   en   que   la   Ribosa  tiene  un  grupo  alcohol  (−𝑂𝐻)  más  que  la  desoxirribosa.  

Anteriormente   se   aprendió   que   las   proteínas   se   unen   a   través   del   llamado   enlace  peptídico.    Sin  embargo,  existe  un  método  para  poder  formar  nuevas  proteínas,   el   llamado   proceso   de   replicación.   A   partir   de   este   proceso,   el   ADN   interviene   junto   con  el  ARN  para  poder  codificar  un  mensaje  que  hará  que  los  aminoácidos  se  agrupen   de  un  modo  específico  para  así  formar  nuevas  proteínas.  

Referencias

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