Polímeros 

Te explicamos qué son los polímeros, cómo se clasifican y la estructura que presentan. Además, cuáles son sus características y aplicaciones.

¿Qué son los polímeros?

Se llama polímeros a un conjunto de macromoléculas usualmente orgánicas, que resultan de la unión de moléculas más simples llamadas monómeros mediante enlaces químicos de tipo covalente. Se constituyen largas estructuras moleculares unidas entre sí por distintas fuerzas (puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals o interacciones hidrofóbicas).

Los polímeros pueden ser de origen natural o sintético, pero siempre son el resultado de un proceso llamado polimerización, en el cual fenómenos como la temperatura, el tiempo de reacción o la naturaleza de los monómeros determinan el largo de la cadena polimérica resultante.

Estas estructuras complejas son vitales para la evolución de los seres vivos complejos (la molécula de ADN es un polímero), así como de sustancias industriales orgánicas sumamente versátiles como el plástico y otros derivados del petróleo.

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Características de los polímeros

Características químicas

Los polímeros suelen tener la reactividad de las moléculas que constituyen los monómeros que están en los extremos de las cadenas. Los polímeros sintéticos son poco reactivos, aunque la presencia de ácidos y solventes orgánicos suele corroerlos con rapidez.

Características físicas

• Suelen ser malos conductores de la electricidad, por lo que a menudo se los utiliza como aislantes. También es frecuente que presenten electrocromismo (cambio de color ante la electricidad) y en algunos casos fosforescencia o fluorescencia.
• Los polímeros suelen ser cristalinos en casos de estructuras más ordenadas, aunque su presentación puede ser muy variada. Ante bajas temperaturas pueden adquirir más dureza y propiedades vítreas, mientras que ante altas temperaturas se muestran más elásticos hasta llegar a su temperatura de fusión (Tf) en la que se funden sus células Mucho más alta es la temperatura de descomposición, en la que los enlaces entre los monómeros se rompen.
• En líneas generales, lo más interesante de los polímeros son sus propiedades mecánicas: viscoelasticidad, elasticidad, flujo plástico y fractura, que hace de ellos materiales idóneos para numerosas actividades industriales.

Origen de los polímeros

La palabra polímeros proviene de la unión de dos vocablos griegos: polys (“muchos”) y meros (“partes, segmentos”), y fueron denominados así por primera vez en 1866 por Marcellin Berthelot.

Muchos de los materiales usados por la humanidad desde la antigüedad son polímeros, como la madera, la lana o la seda, y a partir de su modificación se pudo obtener formas más resistentes y útiles.

El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1907, cuando el holandés Leo Hendrik Baekeland desarrolló la baquelita a partir del fenol y el formaldehído.

El estudio formal de los polímeros inició no obstante en 1922, cuando el alemán Hermann Staudinger determinó (1926) que se trataba de largas cadenas moleculares e inició el proceso de su nomenclatura y comprensión, sentando las bases para la ciencia macromolecular. Esta última tomaría empuje definitivo tras la Segunda Guerra Mundial y a partir de la segunda mitad del siglo XX llegaría una verdadera revolución de polímeros sintéticos.

Nomenclatura de los polímeros

Más allá de las normas IUPAC establecidas para nombrar sustancias químicas, los polímeros se suelen nombrar tomando el nombre del monómero base para su conformación, antecedidos por el prefijo poli (“muchos”). Por ejemplo: poliestireno, polietileno, etc.

Otra forma común es agregar la palabra “caucho”, “goma” o “acrílico” antes del nombre de los copolímeros. Por ejemplo: caucho estireno-butadieno, resina fenol-formaldehído.

Por último, existen algunos polímeros dotados de nombres propios, usualmente derivados de las marcas que los comercializaron, como es el caso del nailon (poliamida), teflón (politetrafluoretileno) o neopreno (policloropreno).

Tipos de polímero

Según su origen, los polímeros pueden ser:

• Polímeros naturales. Son de origen natural, provenientes de la naturaleza. Por ejemplo: los ácidos nucleicos o las proteínas.
• Polímeros semisintéticos. Se obtienen a partir de la transformación de polímeros naturales. Por ejemplo: la nitrocelulosa.
• Polímeros sintéticos. Se obtienen industrialmente mediante el manejo de monómeros orgánicos. Por ejemplo: el nailon o el policloruro de vinilo (PVC).

Según su estructura química, los polímeros pueden ser:

• Polímeros orgánicos. Son aquellos cuya cadena principal de moléculas está compuesta primordialmente por carbono (C).
• Polímeros orgánicos vinílicos. Presentan únicamente átomos de carbono en su cadena principal, aunque también pueden contener halógenos y estirenos en su estructura.
• Polímeros orgánicos no vinílicos. Presentan en su cadena principal oxígeno (O) y nitrógeno (N) además de átomos de carbono.
• Polímeros inorgánicos. Pueden estar basados en azufre (S) o en silicio (Si).

Según su estructura, los polímeros pueden ser:

• Homopolímeros. Están compuestos por un mismo tipo de molécula que se repite.
• Copolímeros. Están compuestos por dos o más tipos de moléculas que se reiteran sucesivamente en la cadena.

Según la estructura de sus cadenas, los polímeros pueden ser:

• Polímeros de cadena lineal. Están formados por largas cadenas de monómeros en línea recta.
• Polímeros radiales. Están formados por estructuras circulares.
• Polímeros ramificados. Están formados por cadenas divergentes de polímeros, como las ramas de un árbol.

Polimerización

El proceso de construcción de los polímeros es la polimerización y consiste en la unión por enlaces covalentes de los distintos monómeros que lo integran. Dicho proceso puede ser de dos tipos:

• Por condensación. Da como resultado copolímeros y homopolímeros, a través de la pérdida de una molécula pequeña (de agua, por ejemplo) en cada unión de monómeros. También se la conoce como polimerización por etapas.
• Por adición. Ocurre en un proceso de tres fases: iniciación, propagación y terminación, durante las cuales se produce una ruptura homolítica y se juntan los monómeros. No se libera ninguna molécula de baja masa molecular.

Defectos de los polímeros

Los polímeros industriales presentan a menudo defectos, que tienen que ver con la distribución no homogénea de sus monómeros, o la contaminación de la cadena con elementos ajenos a la sustancia. Usualmente dichos defectos no se notan a simple vista y requieren de examen por parte de microscopios LUMOS.

Aplicaciones de los polímeros

Los polímeros son enormemente versátiles. Su resistencia a la conducción eléctrica los han hecho ideales para revestimientos y aislantes. Algunos, de punto de fusión muy elevado, sirven también para aislar térmicamente utensilios de cocina. En otros casos, resultan materiales de construcción idóneos para revestimientos e impermeabilización, o como material estructural.

Muchos polímeros derivados del petróleo son la materia prima para elaborar plásticos de todo tipo y función, desde envases, herramientas, piezas, juguetes, etc.

Ejemplos de polímero

Los polímeros son sumamente abundantes en el mundo. Algunos conocidos son:

• Celulosa. Es el biopolímero del que está hecha la madera y el papel.
• ADN. Es el ácido desoxirribonucleico presente en el núcleo de nuestras células es un buen ejemplo de polímero natural.
• El PCV. El policloruro de vinilo, se obtiene polimerizando cloruro de vinilo y es uno de los derivados del plástico más versátiles que existen.
• Almidón. Es una sustancia blanca, inodora e insípida, compuesta de dos tipos de azúcares. Es empleado por las plantas como material de reserva energético.
• Nylon. Conocido como nailon o nilón, es una poliamida usada en la fabricación de las tradicionales medias femeninas así como para cuerdas, paracaídas y otros miles de insumos textiles.
• Baquelita. Es la primera sustancia plástica sintética. Se emplea en la producción industrial de carcasas de aparatos eléctricos, enseres de cocina y boquillas de las botas de vino tradicionales.

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Referencias

• "Defectos en los polímeros" en Mexpolímeros.
• "Análisis de polímeros y plásticos" en Bruker.
• "Polímero" en Wikipedia.
• "The Chemistry of Polymers" J. W. Nicholson. 3^era edición. University of Greenwich. ISBN: 0-85404-684-4