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Polímeros

Polímeros

Desde las bolsas de plástico y las proteínas, hasta la ropa y la celulosa: nuestro mundo está lleno de polímeros. Se trata de moléculas de gran tamaño, que se forman mediante el proceso de polimerización.

En este artículo veremos qué son los polímeros, cómo se forman y cuáles son sus tipos más comunes.

Algunos ejemplos de polímeros son las proteínas, el ADN y los plásticos, como el policloruro de vinilo (PVC) y el poliestireno.

Nos centraremos aquí en estos plásticos —incluyendo las poliamidas, los poliésteres y los polímeros hechos de alquenos— y en las reacciones que los forman, que se conocen colectivamente como reacciones de polimerización.

  • En primer lugar, repasaremos la definición de polímeros y monómeros.
  • Después, profundizaremos en los mecanismos de polimerización.
  • Veremos algunos ejemplos comunes de polímeros.
  • Por último, trataremos brevemente los polímeros termoestables.

Definición de polímeros

Los polímeros son compuestos orgánicos formados por largas cadenas de unidades repetitivas llamadas monómeros.

Los monómeros suelen ser pequeñas moléculas que tienen la capacidad (o propensión) de formar polímeros debido a su disposición estructural y a sus propiedades químicas. Por lo que los polímeros están formados por monómeros que constan del mismo bloque de construcción.

La definición de polímeros viene de "poli", que significa muchos. Esto se debe a que los polímeros están formados por muchas unidades de monómeros.

La polimerización es la reacción que produce los polímeros, incluyendo la reacción de dos monómeros para formar un dímero.

Para producir cadenas más largas de polímeros y garantizar el crecimiento de la cadena de polímeros, se pueden añadir monómeros posteriores,, mediante el mismo mecanismo de polimerización; para ello, los monómeros tienen que ser de la misma naturaleza química.

Los polímeros pueden proceder de dos monómeros únicos, homopolímeros o de un monómero que contenga dos grupos funcionales diferentes: copolímeros. Los monómeros que contengan dos funcionales diferentes, dependiendo de las estructuras de los monómeros o las condiciones, puede formar: copolímeros alternados, en bloque o al azar.

Monómero y polímero

La siguiente tabla muestra algunos ejemplos de monómeros y sus polímeros:

Nombre del monómeroEstructura del monómero Nombre del polímeroEstructura de polímero
PropenoPolipropileno
2-metilpropenoato de metiloPoli(metil-2-metilpropenoato), o PMMA
FeniletenoPolifenileteno también conocido como el poliestireno

Tabla 1. Una tabla que muestra diferentes monómeros y sus polímeros.

Tipos de polimerización

Se puede clasificar los polímeros según su polimerización, pues se produce mediante dos mecanismos principales: la polimerización por adición y la polimerización por condensación. Estas dependen de los grupos funcionales del monómero o monómeros involucrados.

  • La polimerización por adición se forma cuando se rompe un doble enlace carbono-carbono, sin dar lugar a ningún subproducto.
  • La polimerización por condensación se da cuando reaccionan las moléculas con grupos funcionales diferentes; tienen como subproducto una molécula pequeña, como el agua.

Polimerización por adición

La polimerización por adición es un mecanismo de polimerización en el cual un compuesto orgánico, que contiene un doble enlace, reacciona mediante una serie de etapas y genera un polímero del monómero de partida.

Como ya has visto en mecanismos de reacción, las reacciones en química orgánica se basan en el movimiento de electrones. Los alquenos pueden someterse a la polimerización por adición, para formar polímeros de cadenas largas de hidrocarburos. El doble enlace tiene un enlace, cuyos electrones tienen la capacidad de formar un enlace con otra molécula, lo que crea una cadena carbonada. Los monómeros utilizados pueden ser todos del mismo alqueno o de varios tipos diferentes. Esto se muestra a continuación, con el ejemplo del eteno:

En la polimerización por adición no se producen subproductos.

Representación de los polímeros de adición

La polimerización por adición puede representarse mediante una ecuación de polimerización (Ver más abajo).

  • -R representa cualquier grupo alquilo o arilo variable.
  • n representa el número de monómeros de alqueno utilizados, que suele ser muy grande.

Un grupo arilo se refiere a un sustituyente, derivado de un hidrocarburo aromático.

Esto se llama ecuación de polimerización.

Nomenclatura

Los polímeros de adición se nombran utilizando el prefijo poli- y el nombre de su monómero alqueno. Por ejemplo, el cloroeteno se polimeriza para formar policloroeteno. Sin embargo, muchos de estos polímeros tienen diferentes nombres comerciales, y el policloroeteno se conoce como cloruro de polivinilo o PVC.

Cómo deducir el monómero, según el polímero

Cuando te pidan que encuentres la unidad de repetición de un determinado polímero de adición, debes recordar que cada monómero se basa en un doble enlace C=C. Por lo tanto, cada par de carbonos en el esqueleto C-C del polímero pertenecerá a un monómero diferente.

Los monómeros también se pueden trabajar identificando el patrón de repetición del polímero, como en el ejemplo siguiente:

La polimerización por radicales libres es un tipo de polimerización por adición, en la que un radical libre reacciona con el monómero (mediante unas reacciones consecutivas) para formar un polímero.

Un radical libre es una especie con un electrón de la capa externa desapareado.

Se forma el radical libre por calentamiento o radiación. Esto causa una ruptura homolítica del enlace, lo que significa que cada una de las dos nuevas moléculas aceptan un electrón y crean dos radicales libres. Esta etapa se denomina iniciación.

A continuación, el radical reacciona con un monómero, formando un radical más grande, llamado propagación. Esto se muestra en la siguiente ecuación —donde R es un radical libre y M es un monómero—:

Luego, el radical libre formado reacciona con otra molécula del monómero:

Posteriormente, reaccionan hasta la etapa de la terminación, que implica que dos radicales reaccionan juntos para formar un compuesto estable:

La polimerización de radicales libres puede representarse mediante la siguiente ecuación general:

Polimerización por condensación

La polimerización por condensación es una reacción en la que los monómeros se unen para formar un polímero más corto que los polímeros formados por polimerización por adición, liberando una pequeña molécula en el proceso.

A continuación, veremos unos ejemplos y reacciones de condensación:

Polímeros: ejemplos

Algunos ejemplos de polímeros de condensación son

  • Poliamidas
  • Poliésteres

Poliamidas

Las poliamidas se forman en la reacción entre una amina y un ácido carboxílico. Como cada monómero debe tener dos grupos funcionales para formar un polímero, los monómeros suelen ser diaminoalcanos y ácidos dicarboxílicos.

Reacciones de polimerización, ejemplo de diamina de ácido dicarboxílico, StudySmarter

Fig. 5: un ácido dicarboxílico —a la izquierda— y una diamina —a la derecha—.

El subproducto que se genera es agua, formando un enlace covalente entre el carbono del grupo carboxílico y el nitrógeno del grupo amina, para dar lugar a un grupo funcional amida -NCO-.

Esto puede representarse mediante la siguiente ecuación:

El Nylon-6,6 se fabrica a partir de 1,6-diaminohexano y ácido hexano-1,6-dicarboxílico:

Poliésteres

Los poliésteres se forman a partir de alcoholes y ácidos carboxílicos. Los monómeros a menudo son dioles y ácidos dicarboxílicos.

De nuevo, el subproducto es agua, con lo que el grupo funcional éster -COO- se repite en toda la molécula. La ecuación general se muestra a continuación:

Para más información sobre los alcoholes, las aminas o los ácidos carboxílicos, consulta Alcoholes, Aminas y Ácidos Carboxílicos y Ésteres, respectivamente.

Cómo deducir el monómero a partir del polímero

Para identificar los monómeros utilizados de una cadena polimérica, puede ser útil localizar el grupo funcional -COO- o -NCO- que se repite. A continuación, puedes dividir la molécula en sus unidades repetitivas.

Por ejemplo, este polímero está formado por 1,2-etanodiol y ácido butano-1,4-dioico:

A veces, solo se necesita un monómero para una reacción de condensación. Esto ocurre si la molécula contiene dos grupos funcionales adecuados diferentes; por ejemplo, las proteínas.

Las proteínas son un tipo de polímero que también se forma en una reacción de condensación. Las proteínas están formadas por largas cadenas de aminoácidos, cada una de las cuales contiene un grupo amino y un grupo carboxilo. Estos reaccionan juntos para formar una poliamida:

Similitudes y diferencias

La siguiente tabla muestra las similitudes y diferencias entre la polimerización por adición y por condensación:

NombreAdiciónCondesación
Número de grupos funcionales12
Ejemplos de grupos funcionalesC=C-COOH, -OH, -NH2
Nombre del producto principalPoli (nombre de alqueno)eg. Poliester (poli + grupo funcional formado)
SubproductosNingunoSi, y muchas veces es agua

Tabla 2: Comparación de la polimerización por adición y por condensación.

Polímeros - Puntos claves

  • Los polímeros son grandes moléculas formadas por unidades repetitivas llamadas monómeros.
  • Los polímeros de adición están formados por monómeros de alqueno con un doble enlace C=C.
  • Se pueden formar por polimerización de adición o de condensación.
  • Los polímeros de condensación están formados por monómeros con dos grupos funcionales diferentes, como los ácidos carboxílicos y los alcoholes.
  • La polimerización por adición es un mecanismo de polimerización en el cual un compuesto orgánico, que contiene un doble enlace, reacciona mediante una serie de etapas para generar un polímero del monómero de partida.

Preguntas frecuentes sobre Polímeros

Un polímero es una cadena larga formada por monómeros. Desde algunos objetos de uso diario —como las bolsas de plástico y la ropa—, hasta moléculas biológicas fundamentales para la vida —como las proteínas y la celulos—, son polímeros.

Los polímeros son compuestos orgánicos formados por largas cadenas de unidades repetitivas llamadas monómeros.

Se puede clasificar los polímeros, según la naturaleza de los monómeros que los componen: si están formados por monómeros idénticos, se llaman homopolímeros; si están formados por monómeros con grupos funcionales diferentes, se llaman copolímeros.


También existen diferentes tipos de mecanismos de polimerización: polimerización por adición y polimerización por condensación. 

  • El policloruro de vinilo (PVC), con el que se fabrican las mangueras y las cintas aislantes.
  •  El poliestireno (PS), que es la materia prima de las carcasas de electrodomésticos, —como televisores y neveras—
  • El polietileno (PE), a partir del cual se producen juguetes y pañales.
  •  El polipropileno (PP), que hace parte de algunos materiales de construcción y de piezas de autos.

La polimerización es la reacción mediante la cual se producen los polímeros. Su forma más simple es la reacción de dos monómeros para formar un dímero.

Cuestionario final de Polímeros

Pregunta

Da un ejemplo de una molécula que reaccione con el 1,2-diaminoetano para formar un polímero.

Mostrar respuesta

Answer

Un ácido carboxílico; por ejemplo, el ácido etanoico.

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Pregunta

¿Qué tipo de polimerización sufre el propeno?

Mostrar respuesta

Answer

Adición.

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Pregunta

¿Qué tienen en común los polímeros de adición y condensación?

Mostrar respuesta

Answer

Ambos polímeros son cadenas largas formadas por unidades repetitivas llamadas monómeros.

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Pregunta

¿Cuál es el nombre genérico del polímero formado en la reacción entre un alcohol y un ácido carboxílico, y cuál es el subproducto?

Mostrar respuesta

Answer

El nombre genérico es poliéster y el subproducto es el agua.

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Pregunta

¿Qué es una poliamida?

Mostrar respuesta

Answer

Las poliamidas son el producto de la reacción entre una amina y un ácido carboxílico: una reacción de polimerización por condensación.

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Pregunta

¿Cuál de los siguientes polímeros no se forma por condensación?

Mostrar respuesta

Answer

Policloroeteno.

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Pregunta

¿Cuántos productos se forman en la polimerización por condensación?

Mostrar respuesta

Answer

2: un polímero y una molécula pequeña, como el agua.

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Pregunta

¿Cuáles son los monómeros utilizados en la polimerización por adición?

Mostrar respuesta

Answer

Son compuestos orgánicos que contienen un doble enlace, como los alquenos con un doble enlace C=C.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: en la polimerización por adición no se producen subproductos.


Mostrar respuesta

Answer

Falso.

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Pregunta

¿Cuántos productos se forman en la polimerización por adición?

Mostrar respuesta

Answer

1.

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Pregunta

¿Qué es un polímero?

Mostrar respuesta

Answer

Un polímero es una gran molécula formada por unidades repetitivas llamadas monómeros.

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