Polímero para niños
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Un polímero es una sustancia compuesta de macromoléculas. Una macromolécula es una molécula de alta masa molecular, cuya estructura está formada esencialmente por una repetición de unidades moleculares de baja masa molecular.
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Un polímero es una sustancia hecha de moléculas muy grandes. La palabra "polímero" viene del griego y significa "muchas partes". Estas grandes moléculas, llamadas macromoléculas, se forman cuando muchas unidades más pequeñas, llamadas monómeros, se unen entre sí. Piensa en un collar de perlas: cada perla es un monómero y el collar completo es un polímero.
Los polímeros son muy importantes en nuestra vida diaria. Algunos son naturales, como el ADN en nuestro cuerpo o la celulosa en la madera. Otros son creados por el ser humano, como los plásticos que usamos para envases o juguetes.
El poliisopreno, que se encuentra en el hule natural, es un polímero natural. El poliestireno, usado en envases de espuma, es un polímero creado por el ser humano. En la naturaleza, casi todas las moléculas grandes, como las proteínas o los ácidos nucleicos, son polímeros.
Los polímeros tienen propiedades especiales debido a su gran tamaño. Por ejemplo, pueden ser muy resistentes, elásticos o viscosos. A menudo, forman estructuras que no son totalmente cristalinas, sino más bien desordenadas o semi-ordenadas.
La idea de "polímero" fue mencionada por primera vez en 1833 por Jöns Jacob Berzelius. Sin embargo, la definición moderna, que dice que los polímeros son grandes estructuras unidas por enlaces químicos, fue propuesta en 1920 por Hermann Staudinger. Él pasó diez años buscando pruebas para demostrar su idea.
Los polímeros se estudian en campos como la ciencia de materiales y la química de polímeros. Los científicos buscan entender cómo funcionan y cómo crear nuevos polímeros con propiedades aún mejores.
Contenido
Ejemplos de Polímeros Comunes
Los polímeros se pueden dividir en dos grandes grupos: los que encontramos en la naturaleza y los que fabricamos.
Polímeros Naturales
Estos polímeros han sido usados por el ser humano desde hace mucho tiempo.
- El cáñamo, la lana y la seda son fibras naturales.
- El hule natural se usa para hacer neumáticos.
- La celulosa es el componente principal de la madera y el papel.
- El ADN y las proteínas son polímeros esenciales para la vida.
Polímeros Creados por el Ser Humano
Estos polímeros se fabrican en grandes cantidades. En 2015, se produjeron más de 330 millones de toneladas.
- El polietileno (PE) se usa en bolsas y botellas de plástico.
- El polipropileno (PP) se encuentra en envases y piezas de automóviles.
- El poliestireno (PS) se usa en vasos desechables y aislantes.
- El cloruro de polivinilo (PVC) se usa en tuberías y ventanas.
- El nailon se usa en ropa y cuerdas.
- La silicona se usa en selladores y utensilios de cocina.
La mayoría de los plásticos tienen una estructura principal hecha de átomos de carbono. Por ejemplo, el polietileno se forma a partir de unidades de etileno. Otros polímeros pueden incluir silicio (como en la silicona) u oxígeno (como en el ADN).
Historia de los Polímeros
Los polímeros han estado presentes en la vida humana desde siempre, en materiales como la madera, el cuero o la lana. Sin embargo, la gente tardó mucho en entender de qué estaban hechos.
A mediados del siglo XIX, los científicos comenzaron a modificar polímeros naturales para mejorar sus propiedades.
- En 1839, Charles Goodyear descubrió cómo hacer el hule más resistente calentándolo con azufre. Este proceso se llama vulcanización.
- En 1846, se sintetizó accidentalmente el nitrato de celulosa, que luego se usó para crear el celuloide en 1868.
Un gran avance ocurrió en 1907, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland creó la baquelita, el primer polímero totalmente sintético. Era muy duradero y económico. Después, se crearon otros polímeros importantes como el poliestireno (1911) y el policloruro de vinilo (PVC) (1912).
A pesar de estos avances, la estructura de los polímeros seguía siendo un misterio. En 1922, Hermann Staudinger propuso que eran largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces químicos. Por este trabajo, recibió el Premio Nobel de Química en 1953.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la necesidad de encontrar caucho sintético impulsó aún más la investigación en polímeros. En los años 50, Karl Ziegler y Giulio Natta desarrollaron catalizadores que permitieron crear nuevos polímeros, por lo que también recibieron el Premio Nobel en 1963.
Desde entonces, la ciencia de los polímeros ha seguido creciendo, dando lugar a materiales innovadores como los polímeros conductores, que valieron otro Premio Nobel en el año 2000.
Cómo se Hacen los Polímeros: La Polimerización
La creación de un polímero a partir de sus monómeros se llama polimerización. Hay dos formas principales en que esto sucede:
Tipos de Polimerización
- Polimerización por condensación: En este proceso, cuando dos monómeros se unen, se libera una molécula pequeña, como el agua. Es como si cada vez que unes dos piezas de LEGO, se cayera una pequeña pieza extra.
- Ejemplos: poliamidas (como el nailon) y poliésteres.
- Polimerización por adición: Aquí, los monómeros se unen directamente sin perder ninguna molécula pequeña. La masa del polímero es un múltiplo exacto de la masa del monómero. Este proceso suele tener tres pasos:
- Inicio: Una molécula especial (catalizador) "activa" un monómero.
- Crecimiento: El monómero activado se une a otros monómeros, formando una cadena cada vez más larga.
- Terminación: La cadena deja de crecer.
Las cadenas de polímeros pueden ser:
- Lineales: Una sola cadena de monómeros.
- Ramificadas: La cadena principal tiene "ramas" que salen de ella.
- Entrecruzadas: Las cadenas se unen entre sí, formando una red. Esto hace que el material sea más difícil de fundir.
La forma en que los monómeros se unen en la cadena también es importante. A esto se le llama tacticidad. Un polímero puede ser:
- Atáctico: Sin un orden específico.
- Isotáctico: Con un orden repetitivo.
- Sindiotáctico: Con un orden alternado.
La tacticidad puede cambiar mucho las propiedades de un polímero.
Si un polímero se forma de un solo tipo de monómero, se llama homopolímero (ejemplo: poliestireno). Si se forma de varios tipos de monómeros, se llama copolímero o heteropolímero. Los monómeros en un copolímero pueden distribuirse de diferentes maneras: alternados, en bloques, al azar o injertados.
a) Homopolímero b) Copolímero alternante
c) Copolímero en bloque d) Copolímero aleatorio
e) Copolímero de injerto
Propiedades de los Polímeros
Los polímeros tienen muchas propiedades interesantes que los hacen útiles en diferentes aplicaciones.
Propiedades Eléctricas
La mayoría de los polímeros industriales no conducen bien la electricidad. Por eso, se usan mucho como aislantes en cables eléctricos y carcasas de aparatos electrónicos. Por ejemplo, el PVC se usa en cables y las resinas ABS en carcasas.
Aunque no conducen bien, se pueden añadir sustancias para evitar que acumulen electricidad estática en algunas aplicaciones. La principal desventaja es que sus propiedades pueden cambiar con la temperatura, pero ya existen polímeros que resisten temperaturas altas.
En 1974, se descubrieron los polímeros conductores, que sí pueden conducir electricidad, y sus usos aún se están investigando.
Propiedades Físicas
Muchos polímeros, como el polietileno, tienen regiones ordenadas (cristalinas) y regiones desordenadas (amorfas). Las fuerzas que mantienen unidas estas regiones son importantes para sus propiedades.
La temperatura afecta mucho a los polímeros. A bajas temperaturas, se vuelven más duros y frágiles. Hay dos temperaturas clave:
- Temperatura de fusión (Tf): La temperatura a la que las zonas cristalinas se derriten.
- Temperatura de descomposición: La temperatura a la que el polímero empieza a romperse químicamente. Es importante que esta sea mucho más alta que la de fusión.
Propiedades Mecánicas
Estas propiedades describen cómo se comporta un polímero cuando se le aplica una fuerza. Incluyen:
- Elasticidad: La capacidad de deformarse y volver a su forma original.
- Viscoelasticidad: Una combinación de propiedades elásticas y viscosas (como la miel).
- Flujo plástico: La capacidad de deformarse permanentemente.
- Fractura: Cómo se rompe el material.
Los científicos estudian estas propiedades para predecir cómo se comportarán los polímeros en diferentes usos prácticos y para mejorarlos.
Clasificación de los Polímeros
Los polímeros se pueden clasificar de varias maneras:
Según su Origen
- Polímeros naturales: Se encuentran en la naturaleza. Ejemplos: proteínas, ácidos nucleicos, celulosa, hule natural.
- Polímeros semisintéticos: Se obtienen modificando polímeros naturales. Ejemplos: nitrocelulosa, caucho vulcanizado.
- Polímeros sintéticos: Se fabrican en industrias a partir de monómeros. Ejemplos: nailon, poliestireno, PVC.
Según su Comportamiento al Calor
Esta es una forma sencilla de clasificarlos:
- Termoplásticos: Se ablandan y fluyen al calentarse, y se endurecen al enfriarse. Se pueden moldear varias veces. Ejemplos: polietileno, polipropileno, PVC.
- Termoestables: No se ablandan ni fluyen al calentarse; en su lugar, se descomponen. Esto se debe a que tienen muchas uniones entre sus cadenas.
- Elastómeros: Son muy elásticos y pueden deformarse mucho sin romperse, volviendo a su forma original.
Según sus Aplicaciones
- Elastómeros: Materiales muy elásticos que recuperan su forma.
- Adhesivos: Sustancias que unen materiales.
- Fibras: Materiales con alta resistencia y poca elasticidad, usados en tejidos.
- Plásticos: Polímeros que se deforman permanentemente bajo una fuerza. Es importante recordar que "plástico" es un tipo de polímero, no todos los polímeros son plásticos.
- Recubrimientos: Sustancias líquidas que se aplican a superficies para darles propiedades, como resistencia.
Nomenclatura de los Polímeros
Para nombrar los polímeros, se usan reglas de la IUPAC, pero también hay nombres más comunes.
La forma más común es añadir el prefijo "poli-" al nombre del monómero.
- Si el monómero es de una sola palabra, se añade "poli-" directamente. Ejemplo: polietileno (del monómero etileno).
- Si el monómero tiene un nombre más complejo, se pone entre paréntesis. Ejemplo: poli(1-feniletileno) para el poliestireno.
Los nombres tradicionales son muy usados porque muchos polímeros se inventaron antes de que se publicaran las reglas de la IUPAC.
| Monómero | UER (Unidad Estructural Repetitiva) | Polímero | |
|---|---|---|---|
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| Sistema tradicional | etileno | polietileno | |
| Sistema IUPAC | eteno | metileno | poli (metileno) |
| Monómero | UER (Unidad Estructural Repetitiva) | Polímero | |
|---|---|---|---|
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| Sistema tradicional | estireno | poliestireno | |
| Sistema IUPAC | fenileteno | 1-feniletileno | poli(1-feniletileno) |
Para los copolímeros, a menudo se listan los monómeros que los forman. A veces se añade "caucho" o "goma" si es un elastómero, o "resina" si es un plástico.
También es común usar nombres de marcas comerciales como si fueran el nombre del polímero, aunque no lo sean. Por ejemplo, "Nailon" para la poliamida o "Teflón" para el politetrafluoretileno.
Ejemplos de Polímeros Importantes
Tipos Principales de Polímeros
- Policloruro de vinilo (PVC)
- Poliestireno (PS)
- Polietileno (PE)
- Polimetilmetacrilato (PMMA)
- Polipropileno (PP)
- Politereftalato de etileno (PET)
- Poliuretano (PU)
Polímeros Usados en la Industria
- Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
- Nailon (poliamida 6, PA 6)
- Policarbonato
- Poliéster
- Polisiloxano (silicona)
Galería de imágenes
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La estructura puede ser lineal o también ramificada (aparte de poder presentar entrecruzamientos). También pueden adoptar otras estructuras, por ejemplo radiales.
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Polimerización del estireno para dar poliestireno
n indica el grado de polimerización -
a) Homopolímero b) Copolímero alternante
c) Copolímero en bloque d) Copolímero aleatorio
e) Copolímero de injerto
Véase también
En inglés: Polymer Facts for Kids
