Polímeros, Proceso de Haber-Bosch y Fuerzas Intermoleculares: Conceptos Clave en Química

Polímeros

Un polímero es cualquier molécula gigante, de alta masa molecular, que repite en su estructura química unidades más simples llamadas monómeros. Uno de los problemas asociados a los polímeros es su degradación, debido a su gran estabilidad.

Polimerización por Adición

En la polimerización por adición, se unen muchas moléculas de monómeros sin que se forme ningún otro producto.

Ejemplos de Polímeros por Adición

• Polietileno: Es un termoplástico utilizado en la fabricación de tuberías, botellas, etc. Se obtiene a partir de la siguiente reacción:
  CH2=CH2 (eteno) --calor--> -(-CH2-CH2-)n (polietileno)
• Teflón: Se caracteriza por su estabilidad térmica, insolubilidad y resistencia a la abrasión. Se utiliza como aislante eléctrico y en utensilios de cocina. Se obtiene a partir de la siguiente reacción:
  CF2=CF2 (tetrafluoroeteno) ---> -(-CF2-CF2-)n (teflón)

Polimerización por Condensación

En la polimerización por condensación, dos moléculas se unen para formar una más larga y otra más pequeña, que usualmente es agua.

Ejemplos de Polímeros por Condensación

• Nailon: R-(O=C)-NH-R'
• Poliéster: etanodiol + ácido propanodioico = poliéster

Proceso de Haber-Bosch: Síntesis de Amoníaco

El proceso de Haber-Bosch es un método industrial para la síntesis de amoníaco (NH₃) a partir de nitrógeno (N₂) e hidrógeno (H₂).

El fundamento de este proceso es la reacción reversible:

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3; ΔH < 0 (exotérmica)

Haber resolvió el problema de convertir el gas nitrógeno en sales útiles para fertilizantes. En 1908, encontró las condiciones necesarias para la síntesis del amoníaco (NH₃).

Fases del Proceso de Haber-Bosch

1. Obtención de N₂ y H₂:
   • El N₂ se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido.
   • El H₂ se obtiene haciendo reaccionar vapor de agua con metano:
     CH4(g) + 2H2O(g) --alta presión y temperatura + catalizador--> CO2(g) + 4H2(g)
2. Reacción entre N₂ y H₂: Estos gases se pasan sobre un catalizador de hierro a presiones de 150-300 atm y una temperatura de 400 °C. En estas condiciones, entre el 25 y el 50% de los reactivos se transforman en amoníaco.
   N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3

Desde un punto de vista termodinámico, se obtiene un rendimiento óptimo del amoníaco a presión elevada y temperatura baja. Sin embargo, solo a temperaturas elevadas la reacción es lo suficientemente rápida para ser utilizada con fines industriales.

Fuerzas Intermoleculares

Puente de Hidrógeno

Se forma cuando un átomo de hidrógeno (H) está unido a un átomo notablemente más electronegativo que él, como oxígeno (O), flúor (F) o nitrógeno (N).

Fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de Van der Waals aumentan al aumentar la masa molar. Se clasifican en:

• Dipolo permanente - dipolo permanente: Ocurre entre sustancias polares, donde las moléculas forman dipolos.
• Dipolo permanente - dipolo inducido: Ocurre entre una sustancia polar y una sustancia apolar, donde la molécula que forma un dipolo interactúa con una molécula que no forma un dipolo.
• Dipolo instantáneo - dipolo inducido: Ocurre entre sustancias apolares, donde las moléculas no forman dipolos permanentes.