Explorando la Química de los Polímeros: Estructura, Propiedades y Clasificación

Introducción a los Polímeros

La palabra “plástico” se deriva del griego plastikos que significa capaz de ser moldeado. Características principales de los polímeros: ligeros, resistentes a la corrosión, resistencia y rigidez. No son apropiados por lo general para aplicaciones a altas temperaturas, pero son bastante baratos y pueden formarse fácilmente en gran variedad de formas y diseños.

Estructura de los Polímeros

Los plásticos son sustancias de origen orgánico compuestos por largas cadenas de moléculas repetitivas llamadas monómeros, que se entrecruzan para formar arreglos más complejos. La espina vertebral de estas largas moléculas es el átomo de carbón (C). Éste tiene 4 electrones en su capa más externa, por lo que puede compartir 4 electrones para completar su estructura atómica. Para conseguirlo debe unirse mediante enlace covalente con los átomos de alrededor, uno de los más propensos es el Hidrógeno (H). Éste comparte un electrón para completar su capa de valencia, así que el carbón se unirá con 4 átomos de hidrógeno.

Es posible moldear los plásticos mediante procesos de transformación aplicando presión y calor. Las propiedades de un lote dependerán de la media de su grado de polimerización, el cual no es fijo, sino que se distribuye según su gráfica de probabilidades.

Cadenas de Polímero

Si dos de los átomos de hidrógeno se quitan y el átomo de carbono decide unirse con otro átomo de carbón entonces se puede empezar a formar largas cadenas.

Un átomo de carbón unido con dos átomos de hidrógeno puede considerarse como un bloque de construcción o unidad de la cadena de polímero. Estas unidades, al repetirse, forman la cadena estructural.

Una serie de monómeros unidos para formar una cadena molecular forman un polímero. El polímero que se muestra es un polietileno.

Grupos Funcionales

Cuando los átomos de hidrógeno son sustituidos por otros átomos o moléculas, se denomina grupos funcionales. Por ejemplo, el PVC (cloruro de polivinilo) consiste en un Cl que sustituye al H en el monómero básico.

No sólo es posible sustituir átomos únicos en la estructura molecular, podemos sustituir con moléculas enteras también. Por ejemplo, el polipropileno PP, sustituye una molécula de CH₂ por el H en el monómero básico.

Combinaciones de Monómeros

Tampoco tengo obligatoriamente que continuar siempre el mismo monómero para formar la cadena molecular. Un polímero puede estar compuesto por una combinación de diferentes monómeros. Si el polímero se compone del mismo tipo de monómero se denomina homopolímero. Si el polímero se compone de dos o más diferentes monómeros se denomina copolímero. (sería como una aleación metálica)

Polímeros Cristalinos

Viscosidad en los Polímeros Cristalinos

La viscosidad, como todas las propiedades en los plásticos, va a depender de la temperatura, y además su comportamiento será diferente según sea el plástico amorfo o cristalino.

En estado sólido, un polímero cristalino es rígido, con alta viscosidad. Según caliento el polímero y paso la temperatura de fusión la viscosidad sufre una caída abrupta hacia un líquido que fluye. Esto se podría asemejar al hielo cuando se derrite.

Volumen Específico en los Polímeros Cristalinos

Cuando un polímero cristalino es calentado desde el estado sólido se expandirá a una razón constante dependiendo de su coeficiente de expansión térmica. En el punto de fusión el polímero sufre un gran incremento de volumen de golpe y después de nuevo continúa expandiéndose a tasa constante en el estado líquido.

Polímeros Amorfos

Viscosidad en Polímeros Amorfos

Un polímero amorfo en estado sólido es duro y frágil. Bajo un calor aplicado el polímero primero se transformará en algo suave tipo cuero antes de llegar a un estado de líquido viscoso.

La transición desde el estado sólido al cuero suave ocurre en la temperatura de transición vítrea. En este caso no hay un salto agudo en la transición de la viscosidad según la temperatura (como en el caso de cristalinos).

Tendremos Tº siempre que haya cierto grado de estructura amorfa. Estado tipo “cuero”: resistente y flexible

Volumen Específico en los Polímeros Amorfos

En este caso la viscosidad va disminuyendo progresivamente (más correoso) según lo calentamos por encima de su Tºg.

Cuando un polímero amorfo enfría desde su estado líquido, se va contrayendo según su coeficiente de expansión térmica. La viscosidad va aumentando proporcionalmente.