INTRODUCCIÓN
Los compuestos orgánicos son en
general sustancias de constitución simple, porque se forman por moléculas con un número muy
reducido de átomos.
La polimerización es una reacción química realizada mayormente en
presencia de un catalizador que se combina para formar moléculas gigantes.
Los polímeros tienen propiedades
físicas y químicas muy diferentes constituidas por moléculas sencillas. Los que
se obtienen industrialmente se conocen como plásticos, éstos también pueden ser llamados homopolímeros, que se producen
cuando el polímero formado por la polimerización de monómeros iguales.
Muchos monómeros también forman
polímeros con pérdida simultánea de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido
de carbono o del cloruro de hidrógeno. Estos polímeros se llaman polímeros de condensación y sus productos de descomposición no son idénticos a los de las unidades
respectivas de polímero. Así la polimerización de glucosa la celulosa, un polímero natural, va acompañado por pérdida de agua y la celulosa
es un polímero típico de condensación.
Los Polímeros, provienen de las
palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes
moléculas o macromoléculas formadas por launión de muchas pequeñas
moléculas: sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma
composición química, resultante del proceso de la polimerización.
Cuando se unen entre sí más de
un tipo de moléculas (monómeros), la macromolécula resultante se
denomina copolímero.
Como los polímeros se forman
usualmente por la unión de un gran número de moléculas menores, tienen
altos pesos moleculares. No es infrecuente que los polímeros tengan pesos
moleculares de 100.000 o mayores.
Los polímeros se caracterizan a
menudo sobre la base de los productos de su descomposición. Así si se
calienta caucho natural (tomado del árbol Hevea del valle del Amazonas), hay destilación de hidrocarburo, isopreno.
Los polímeros pueden ser de tres
tipos:
a. Polímeros naturales: provenientes directamente del
reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidosnucleicos,
etc.
b. Polímeros artificiales: son el resultado de
modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa,
etonita, etc.
c. Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por
procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajopeso molecular.
Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc.
Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman
también polímeros, llamados polímeros inorgánicos.
Propiedades Físicas de los Polímeros
·
Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este
material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta
150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento
cristalino, y otras donde se evidencia uncarácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal.
·
En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino,
son las llamadas fuerzas de van de Waals.
·
A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con
ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material.
·
Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que
la misma sea bastante superior a Tf.
Clasificación de los Polímeros según
sus Propiedades Físicas
Desde un punto de vista general se
puede hablar de tres tipos de polímeros:
·
Elastómeros
·
Termoplásticos
·
Termoestables.
Los elastómeros y termoplásticos
están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco
entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición
y pueden ser moldeados.
Los termoestables se preparan
generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente
bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto
grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son
generalmente insolubles en los solventes más usuales.
Polimerización
Es un proceso químico por el cual,
mediante calor, luz o un catalizador,
se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado
llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de
elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o
polímeros.
Tipos de Reacciones de Polimerización
Hay dos reacciones generales de
polimerización: la de adición y la condensación.
En las polimerizaciones de adición,
todos los átomos de monómero se convierten en partes del polímero.
En las reacciones de condensación
algunos de los átomos del monómero no forman parte del polímero, sino que son
liberados como H2O, CO2, ROH, etc.
Algunos polímeros (ejemplo:
polietilén glicol) pueden ser obtenidos por uno u otro tipo de reacción.
Polimerización por Adición
Las polimerizaciones por adición
ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial de algunas
especies reactivas, como radicales libres o iones. La adición de éstas especies
reactivas a una molécula del monómero convierte a la molécula en un radical o
Ion libre. Entonces procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de
polimerización por adición de un radical libre es la polimerización de cloruro
de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de polivinilo (PVC).
Polietileno
Cuando se calienta eteno (etileno)
con oxígeno bajo presión, se obtiene un compuesto de elevada masa molar (alrededor de 20 mil)
llamado Polietileno, el cual es un alcano de cadena muy larga. Monómero: CH2 =
CH2.. La reacción se presenta de la forma siguiente:
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Condiciones experimentales de
polimerización
En fase gaseosa a altas temperaturas
y presiones, a presión media utilizando catalizadores heterogéneos y a baja
presión en presencia de trietilo dealuminio como catalizador.
Propiedades: Los polietilenos de alta
presión tienen pesos moleculares entre 10.000 y 40.000. Son muy elásticos,
flexibles y termoplásticos. Los polietilenos de fusión media presentan alta
cristalinidad y son duros y rígidos y los de fusión baja menor cristalinidad,
siendo también duros y poco elásticos.
Todos los polietilenos son muy
resistentes a los agentes químicos.
Usos: Para la fabricación de tubos,
planchas, materiales aislantes, para cables eléctricos, recubrimientos para
protección contra la corrosión, hojas y láminas para embalaje, protección de cultivos, aislamiento
térmico, recubrimientos sobre papel, en el moldeo por inyección para obtener
recipientes de todo tipo, artículos del hogar, tuberías que sustituyen a los
de hierro galvanizado, etc.
Poliestireno
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Venil Benceno Poliestireno
Mecanismos: Radicales libres o
iónicos
Condiciones experimentales de
polimerización
Emulsión, suspensión o en bloque
Propiedades: Por los procedimientos de emulsión o suspensión se obtienen disoluciones de distintas
viscosidades según el grado de polimerización alcanzado.
Usos: Plastificado se utiliza en
la industria de pinturas y barnices. Con elevado grado de polimerización en la
industria transformadora de plásticos principalmente en procesos de moldeo por
inyección.
Cloruro de Polivinilo (PVC)
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Condiciones experimentales de
polimerización: El proceso puede llevarse a cabo a fusión, en emulsión o en bloque
obteniéndose en cada caso un producto de propiedades peculiares.
Propiedades: Polvo blanco que comienza a
reblandecer cerca de los 80ºC y se descompone sobre los 140ºC. Es muy
resistente a los agentes mecánicos y químicos y es de fácil pigmentación.
Polimerización por Condensación
La polimerización por condensación es
el proceso mediante el cual se combinan monómeros con pérdida simultánea de una
pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono, o cloruro de
hidrógeno. Estos polímeros se llaman polímeros de condensación y sus productos
de descomposición no son idénticos a los de las unidades respectivas del
polímero.
Casi todos los polímeros de
condensación son en realidad copolímeros; es decir, que están formados por dos
o más clases de monómeros. Así, una diamina reacciona con un ácido dicarboxílico
para formar nylon.
Entre los polímeros naturales por
condensación tenemos la celulosa, las proteínas, la seda, el algodón, la lana y el almidón.
Poliésteres
El intercambio de éster es una de las
útiles reacciones para preparar polímeros lineales.
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Polímeros termoestables pueden ser
preparados a partir de anhídridos de ácido polibásicos con polialcoholes.
Ejemplo: glicerol con anhídrido ftálico.
Nylon
Una gran variedad puede obtenerse
calentando diaminas con ácidos dicarboxílicos.
Ejemplo: nylon (66)
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Bakelitas:
Los productos de partida son el fenol
y el formaldehído.
Condiciones experimentales de
polimerización
a. Polimerización en fase gaseosa a
presión normal, reducida o elevada. El procedimiento más importante de este tipo es la polimerización del etileno.
b. Polimerización de uno o más monómeros
en fase líquida pura (polimerización en bloque). Muchas polimerizaciones del
tipo vinilo se realizan de esta manera, especialmente si se desean obtener
trozos grandes, transparentes, del producto final. Ejemplos: la formación de
poliésteres y poliamidas, los productos de adición fenol-úrea y melamina
formaldehído.
c. Polimerización de uno o más monómeros
por dispersión en forma de gotitas de diversos tamaños en un líquido no
disolvente (polimerización en suspensión, en perlas o glóbulos). El estireno,
el metacrilato de metilo y otros monómeros se polimerizan de esta manera para
obtener gránulos de tamaño y calidad muy uniformes para el moldeo por inyección y compresión.
Impacto Social y Ambiental generado
por el uso de los Polímeros
Aspectos positivos
Un gran número de materiales están
construidos por polímeros y muchos de ellos son irremplazables en el actual
mundo tecnológico.
Aspectos negativos
1. La inadecuada eliminación de los
polímeros contribuye en buena parte a la degradación ambiental por acumulación
de basura.
2. Muchos artículos de plástico son peligrosas armas destructivas.
Por ejemplo, las bolsas plásticas pueden ser causantes de asfixia si se recubre
la cabeza con ellas y no se logra retirarlas a tiempo.
3. Especies como la tortura gigante,
mueren al ingerir bolsas plásticas que flotan en el mar, confundiéndolas con
esperma de peces, su alimento
habitual.
4. La no biodegradación impide su
eliminación en relleno sanitario y además disminuye notablemente la presencia
de colonias bacterianas en tornoa
los plásticos.
5. La incineración puede generar
compuestos venenosos. Por ejemplo, HCl (g) y HCN (g)
6. Los envases plásticos empleados
para alimentos no pueden volver a usarse ya que no existen métodos efectivos de esterilización.
LOS GLÚCIDOS
Los glúcidos también llamados carbohidratos, son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas o compuestos que por
hidrólisis se convierten en los polihidroxi antes nombrados. Un carbohidrato
que no es hidrolizable a compuestos más simples se denomina monosacárido.
En cambio uno que por hidrólisis da dos moléculas de monosacáridos se llama
disacárido, mientras aquel que produce muchas moléculas de monosacáridos por
hidrólisis es un polisacárido.
A su vez un monosacárido si contiene
un grupo aldehído se
le conoce como aldosa; si contiene una función cetona es una cetosa. Según el número de átomos de carbono que
contenga se conoce el monosacárido como triosa, tetrosa, pentosa, hexosa y así
sucesivamente. Una aldohexosa por ejemplo, es un monosacárido con seis átomos
de carbono con una función aldehído, mientras que una cetohexosa es un
monosacárido de seis átomos de carbono con un grupo cetónico.
Importancia Biológica de los Glúcidos
La podemos resumir en los aspectos
siguientes:
1. La glucosa es la biomolécula
combustible más importante para la mayor parte de los organismos y es también
la unidad estructural básica o precursora de los polisacáridos más abundantes.
2. La celulosa es el componente
estructural predominante en los tejidos fibrosos y leñosos de las plantas.
3. El almidón se encuentra en cantidades
muy grandes en las plantas, de las que constituye la forma principal de
combustible de reserva.
4. Los polisacáridos son componentes
importantes de las rígidas paredes celulares de las bacterias y las plantas, así como de las cubiertas celulares blandas de los
tejidos animales.
5. Las aldopentosas son componentes
importantes de los ácidos nucleicos y varios derivados de las triosas y las
heptosas, son intermediarios en elmetabolismo de los glúcidos.
El nombre proteína proviene de la palabra
griega proteios, que significa lo primero. Entre todos los compuestos químicos,
las proteínas deben considerarse ciertamente como las más importantes, puesto
que son las sustancias de la vida.
Desde un punto de vista químico son
polímeros grandes o son poliamidas y los monómeros de los cuales derivan son
los ácidos a - aminocarboxílicos (aminoácidos). Una sola molécula de proteína
contiene cientos e incluso miles de unidades de aminoácidos, las que pueden ser
de unos veinte tipos diferentes. El número de moléculas proteínicas distintas
que pueden existir, es casi infinito. Es probable que se necesiten decenas de
miles de proteínas diferentes para formar y hacer funcionar un organismo
animal; este conjunto de proteínas no es idéntico al que constituye un animal
de tipo distinto.
Propiedades de los Aminoácidos
1. Los aminoácidos son sólidos
cristalinos no volátiles, que funden con descomposición a temperaturas
relativamente altas.
2. Son insolubles en solventes no
polares, mientras que son apreciablemente solubles en agua.
4. Las constantes de acidez y basicidad
son muy pequeñas para grupos – NH2 y - COOH. La glicina, por ejemplo, tiene Ka
= 1,6 x 10-10 y Kb = 2,5 x 10-12, mientras que la mayoría de los ácidos
carboxílicos tienen Ka del orden 10-5, y un gran número de aminas alifática un
Kb de aproximadamente 10-4. En forma general el Ka medido se refiere a la
acidez del ión amonio RNH3+
Importancia Biológica de las
proteínas
Su importancia biológica la podemos
resumir así:
1. Son las sustancias de la vida, pues
constituyen gran parte del cuerpo animal.
3. Son la materia principal de la piel, músculos, tendones, nervios, sangre, enzimas, anticuerpos y muchas hormonas.
Los lípidos son biomoléculas que siendo insolubles en el agua, pueden ser extraídas de las células con solventes orgánicos de polaridad baja, tales como el éter y el
cloroformo.
Los lípidos abarcan una amplia
variedad de tipos estructurales incluyendo los siguientes:
·
Ácidos carboxílicos (ácidos grasos)
·
Fosfolípidos
·
Glicolípidos
·
Ceras
·
Tarpenos
·
Esteroides
Sólo una pequeña parte de los lípidos
está formada por ácidos carboxílicos libres.
La mayoría de los ácidos carboxílicos
en los lípidos se encuentran como ésteres del glicerol, es decir, como
triacilglicéridos.
Los triacilglicéridos son los aceites
y grasas de origen vegetal o animal, incluyendo sustancias tan comunes como
el aceite de maní, el aceite de oliva, el aceite de soya, el aceite de maíz, el aceite de
linaza, la mantequilla, la manteca y el sebo. Los triacilglicéridos que son
líquidos a temperatura ambiente, generalmente se conocen como aceites; los que son sólidos se conocen
como mantecas y sebos.
Desde un punto de vista químico las
grasas son esteres carboxílicos que derivan de un solo alcohol, el glicerol, CH2OH - CHOH – CH2OH (1,2, 3-propanotriol) y se conocen
como glicéridos. Más específicamente se trata de triacilglicéridos.
CH3 – (CH2)12 - COOH ácido
tetradecanoico (ácido mirístico)
CH3 – (CH2)14 - COOH ácido
hexadecanoico (ácido palmítico)
CH3 – (CH2)16 - COOH ácido
octadecanoico (ácido esteárico)
La hidrólisis de la mantequilla forma
pequeñas cantidades de ácidos carboxílicos saturados de número par de átomos de
carbono, en el intervalo C4 – C12
Estos son los ácidos butíricos
(butanoico), caproico (hexanoico), caprílico (octanoico), capricho (decanoico)
y laúrico (dodecanoico). La hidrólisis del aceite de coco también produce
ácidos carboxílicos de cadena corta y gran cantidad de ácido laúrico.
Importancia Biológica de los Lípidos
La podemos resumir en los aspectos
siguientes:
1. Las grasas son los constituyentes
principales de las células almacenadoras de grasas en los animales y vegetales.
2. Constituyen una de las reservas
alimenticias importantes del organismo.
3. Se emplean en grandes cantidades como
materias primas para muchos procesos industriales, de donde se obtienen en
algunos casos alimentos de la dieta diaria. Ejemplos, mantequilla, manteca,
aceites, etc., además de otros productos de uso cotidiano jabón, aceites
secantes, detergentes, etc.
Los ácidos nucleicos son polímeros
que existen en el núcleo de las células. Toda célula viva contiene ácidos
nucleicos, como también las células bacterianas que no contienen núcleos y en
los virus que no tienen
células. Estos ácidos tienen primordial importancia porque determinan la
síntesis de la proteína y el factor genético, las características hereditarias
de todos los organismos vivos.
La unidad de repetición (monómero) de
los ácidos nucleicos se compone de tres partes de ácido fosfórico, una base que
contiene nitrógeno y una porción de azúcar. Este monómero se llama nucleótido.
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El azúcar es o bien ribosa o
desoxirribosa, y la base es una de las cinco bases principales, citosina,
adenina, timina, guanina, uracilo.
Un ácido nucleico que contiene ribosa
se llama ácido ribonucleico (RNA) mientras que uno que posee desoxirribosa se
denomina ácido desoxirribonucleico (DNA). El DNA fue descubierto por Freidrich
Miescher en 1869 y sintetizado por Arthur Kornberg en 1967.
Un fármaco o medicamento es cualquier
sustancia que, aplicada interior o exteriormente al cuerpo, puede producir un
efecto curativo. Los medicamentos en general son inofensivos, mientras que
otros producen dependencia si son mal usados e inclusive la muerte. De allí que
existan los fármacos legales y los
fármacos ilegales.
Los fármacos se expenden en las
farmacias sin prescripción facultativa (aspirina, atamel, amoxal, icadén,
voltarén, vapesin, etc.) mientras que otros que pueden inducir dependencia o
daños si no son bien administrados, se venden mediante prescripción médica.
Entre estos últimos tenemos los psicotrópicos (largactil, sinogán, ritalín, ativán,
rohpinol, valium, etc.) y anestésicos (cifarcaína, lidocaina, xylocaina,
pentotalsódico, morfina, etc.).
Por último existen los fármacos
cuya venta no autorizada
los convierte en fármacos ilegales. El uso de estos fármacos conduce a
dependencia e inclusive la muerte. Se citan la cocaína y la heroína.
La Química influye en nuestra vida de
muy diversas formas. Cuando una persona (o animal) está enferma, el médico (o el veterinario) le prescribe
ciertos medicamentos que han sido descubiertos por los químicos.
Por otra parte, investigaciones químicas han permitido descubrir fibras, plásticos y cauchos
sintéticos como los que se usan en los neumáticos y en otras partes de los
automóviles y maquinarias. En los laboratorios químicos se han desarrollado
fertilizantes sintéticos que incrementan la producciónde
alimentos de los terrenos cultivados.
La Química en su constante proceso de
experimentación también ha producido y produce hormonas, que ayudan a un mejor
funcionamiento del organismo. Entre estas hormonas sintéticas se tienen las
píldoras anticonceptivas, hormona sexual masculina y la hormona sexual
femenina, insulina, hormonas suprarrenales, hormonas tiroideas, y
antitiroideas, hormona contra la esterilidad y muchas otras más. Así mismo,
la biotecnología química ha conducido a la preparación de vitaminas, tales como la A, B (y sus diferentes variantes), D, C, E y K y el
ácido desoxirribonucleico. En conclusión, la Química ha intervenido en la
preparación de casi todos los productos imaginables.
BIBLIOGRAFÍA
·
FOUSTER, Juan y otros. (1985). Química. Universidad Nacional Abierta. Estudios Profesionales I. Ingeniería Industrial. Impresos Urbina. Caracas. Venezuela. 455p.
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