Monómeros y polímeros
Monómero: una molécula pequeña que puede unirse a otras iguales. Polímero: una molécula muy grande (una macromolécula) formada por miles de unidades de monómero unidas por enlaces covalentes.
La parte que se repite es la unidad repetitiva. Se escribe entre corchetes con n: –(CH₂–CH₂)ₙ– para el poli(eteno). n puede valer de 1000 a 100 000 o más.
Nombres: se pone "poli" delante del nombre del monómero: eteno → poli(eteno), propeno → poli(propeno), cloroeteno → poli(cloroeteno) = PVC, tetrafluoroeteno → PTFE (recubrimiento antiadherente).
Polimerización por adición
Los monómeros deben tener un doble enlace C=C (alquenos). Con calor, alta presión y un catalizador, uno de los enlaces del doble enlace se rompe. Cada carbono queda con un enlace libre, que se une al siguiente monómero. Esto se repite miles de veces.
n CH₂=CH₂ → –(CH₂–CH₂)ₙ–
- Solo hay un producto: el polímero. No se pierde ninguna molécula pequeña.
- La masa del polímero = n × masa del monómero.
- Para dibujar la unidad repetitiva: toma el monómero, cambia C=C por C–C y añade un enlace que sale a cada lado.
Ejemplos: poli(eteno) (bolsas, botellas), poli(propeno) (cuerdas, cajas), PVC (tuberías, cubiertas de cables), poliestireno (embalaje), PTFE (sartenes antiadherentes).
Polimerización por condensación
Aquí cada monómero tiene dos grupos reactivos, uno en cada extremo (por ejemplo –OH, –COOH o –NH₂). Cuando dos grupos reaccionan, los monómeros se unen y se desprende una molécula pequeña (casi siempre agua, H₂O, a veces HCl).
- Poliéster: un diol (dos –OH) + un ácido dicarboxílico (dos –COOH) → enlaces éster (–COO–) + agua. Ejemplo: el PET, usado en botellas y fibras de ropa.
- Poliamida: una diamina (dos –NH₂) + un ácido dicarboxílico → enlaces amida (–CONH–) + agua. Ejemplo: el nailon, usado en cuerdas, cerdas de cepillos de dientes y paracaídas.
| Adición | Condensación | |
|---|---|---|
| Monómero | tiene C=C | tiene 2 grupos reactivos |
| Subproducto | ninguno | molécula pequeña (H₂O) |
| Ejemplos | poli(eteno), PVC | nailon, poliéster, proteínas |
Polímeros naturales
- Almidón (reserva de energía en el arroz, el trigo y la papa) y celulosa (paredes de las células vegetales, algodón, papel): cadenas de glucosa. Se forman por condensación y sueltan agua.
- Proteínas (músculo, pelo, enzimas, seda, lana): cadenas de unos 20 aminoácidos distintos unidos por enlaces peptídicos (amida).
- ADN: cadenas de cuatro tipos de nucleótidos, que guardan la información genética.
- Caucho natural: un polímero de adición del isopreno, que viene del látex de los árboles del caucho (Kerala cultiva mucho). Calentar el caucho con azufre (vulcanización) añade enlaces cruzados y lo hace más resistente, como en las llantas.
Los polímeros semisintéticos son polímeros naturales modificados con química, como el rayón (hecho de celulosa).
Estructura, propiedades y usos
La forma en que se ordenan las cadenas decide cómo se comporta un polímero:
- Termoplásticos: cadenas separadas con fuerzas débiles entre ellas. Se ablandan al calentarlos y se pueden moldear una y otra vez, así que se pueden reciclar. Ejemplos: poli(eteno), PVC, PET, poliestireno.
- Termoestables: cadenas unidas por enlaces cruzados fuertes. Una vez endurecidos, no se funden; con mucho calor se carbonizan. Ejemplos: baquelita (interruptores, mangos de sartén), melamina (platos), pegamento epoxi.
- Elastómeros: unos pocos enlaces cruzados dejan que las cadenas se estiren y vuelvan a su forma (caucho).
- Fibras: las cadenas alineadas lado a lado dan mucha resistencia en una dirección (nailon, poliéster).
Las cadenas más largas se enredan más, así que el material es más resistente y se funde a mayor temperatura. El poli(eteno) de baja densidad tiene cadenas ramificadas (bolsas blandas); el de alta densidad tiene cadenas rectas que se juntan bien (botellas y cajas rígidas).
Materiales nuevos: el Kevlar (chalecos antibalas), los polímeros conductores y los hidrogeles se diseñan cambiando los monómeros y la estructura de las cadenas.
Plásticos y medio ambiente
La mayoría de los polímeros sintéticos son no biodegradables: los microbios no pueden descomponerlos, así que permanecen cientos de años. Los residuos de plástico tapan desagües, dañan a las vacas y a los animales marinos, y se rompen en microplásticos. Quemar algunos plásticos (como el PVC) libera gases tóxicos.
Soluciones:
- Reducir y reutilizar: bolsas de tela, botellas de acero.
- Reciclar los termoplásticos: separarlos según el código de resina (1 = PET, 2 = HDPE, 3 = PVC, 4 = LDPE, 5 = PP, 6 = PS).
- Polímeros biodegradables como el PLA (de almidón de maíz) y el PHBV, que los microbios sí pueden descomponer.
- Recuperación de energía y reciclaje químico hasta volver a los monómeros.
La mayoría de los monómeros vienen del petróleo, un recurso limitado, otra razón para usar los polímeros con cuidado.
Fórmulas y definiciones clave
- n CH₂=CH₂ → –(CH₂–CH₂)ₙ– (adición)
- diol + ácido dicarboxílico → poliéster + agua (condensación)
- diamina + ácido dicarboxílico → poliamida (nailon) + agua
- Masa molar del polímero ≈ n × masa molar de la unidad repetitiva
- Monómero: eteno C₂H₄ (28 g/mol); propeno C₃H₆ (42); cloroeteno C₂H₃Cl (62.5)
Ejemplos resueltos
1. Dibuja la unidad repetitiva del poli(propeno) a partir del propeno CH₂=CH–CH₃.
Abre el doble enlace: –(CH₂–CH(CH₃))ₙ–. El grupo CH₃ cuelga de la cadena.
2. Una molécula de poli(eteno) tiene n = 5000. Calcula su masa molar.
5000 × 28 g/mol = 140,000 g/mol.
3. ¿Por qué el nailon es un polímero de condensación?
Sus monómeros (una diamina y un ácido dicarboxílico) se unen por enlaces amida y sueltan agua en cada unión.
4. ¿Por qué una botella de PET se puede reciclar pero un interruptor de baquelita no?
El PET es un termoplástico (cadenas separadas, se funde y se vuelve a moldear). La baquelita es un termoestable (entrecruzada, no se funde).
Errores comunes
- Creer que cualquier monómero sirve para la polimerización por adición. Necesita un doble enlace C=C.
- Olvidar la molécula pequeña (agua) en las ecuaciones de la polimerización por condensación.
- Dejar el doble enlace en la unidad repetitiva. En el polímero pasa a ser un enlace simple.
- Pensar que todos los polímeros son plásticos hechos por el ser humano. El almidón, las proteínas, el ADN y el algodón también son polímeros.