Química

¿Existe un compuesto natural que supere al plástico?

 

no hay nada que supere al plástico por que tiene mayor resistencia  

ANÁLISIS QUÍMICOS

         MUESTRA QUÍMICA

• Muestra: Parte representativa de la materia objeto del análisis.  

    ALICUATO EN QUÍMICA

La alícuota es una parte que se toma de un volumen (alícuota líquida) o de una masa (alícuota sólida) iniciales, para ser usada en una prueba de laboratorio, cuyas propiedades físicas y químicas, así como su composición, representan las de la sustancia original. 
Normalmente las alícuotas son el resultado de repartir un volumen inicial en varias partes iguales. Se suele medir en mililitros (mL) o gramos (g).

 ANALÍTICO

En el caso de la química analítica, se trata de la disciplina orientada a analizar la composición química de una sustancia a través de un estudio de laboratorio. El objetivo de los expertos es crear métodos cada vez más precisos y veloces para el desarrollo de los análisis.

    ¿ QUE ES MÉTODO ANALÍTICO?

 

La química analítica estudia y utiliza instrumentos y métodos para separar, identificar y cuantificar la materia.1​ En la práctica, la separación, identificación o cuantificación puede constituir el análisis completo o combinarse con otro método. La separación aísla los analitos. El análisis cualitativoidentifica los analitos, mientras que el análisis cuantitativo determina la cantidad o concentración numérica. 
La química analítica consiste en métodos químicos clásicos, húmedos y métodos instrumentales modernos.2​ Los métodos cualitativos clásicos usan separaciones como la precipitación, extracción y destilación. La identificación puede basarse en las diferencias de color, olor, punto de fusión, punto de ebullición, radioactividad o reactividad. El análisis cuantitativo clásico utiliza cambios de masa o volumen para cuantificar la cantidad. Se pueden utilizar métodos instrumentales para separar muestras mediante cromatografía, electroforesis o fraccionamiento de flujo de campo. Luego, se puede realizar un análisis cualitativo y cuantitativo, a menudo con el mismo instrumento y puede usar interacción de luz, interacción de calor , campos eléctricos o campos magnéticos. A menudo, el mismo instrumento puede separar, identificar y cuantificar un analito. 
La química analítica también se centra en las mejoras en el diseño experimental, la quimiometría y la creación de nuevas herramientas de medición. La química analítica tiene amplias aplicaciones para la medicina forense, la medicina, la ciencia y la ingeniería. 

              ESTRUCTURA DEL CARBONO 

 Dentro de la tabla periódica de los elementos lo encontramos como el elemento químico C situado dentro de los No metales con un número atómico de valor 6 y una masa atómica de 12.011. Los átomos de carbono tienen 6 protones en el núcleo, 6 electrones que orbitan alrededor del núcleo y normalmente 6 neutrones.

    

 Otras características del átomo de carbono son:

   
 

    

 

Ciclo del Carbono

 El ciclo del carbono es la circulación y transformación del carbono entre los seres vivos y el medio ambiente.

LAS DIFERENTES ESTRUCTURAS 

DIAMANTES

Los diamantes son la forma cristalizada del carbono, creados bajo extremo calor y presión. Y este mismo proceso hace que el diamante sea el mineral más duro que se conoce. La clasificación del diamante es 10 en la escala de Mohs. Puede ser 10 veces más duro que un mineral con clasificación 9 en la misma escala, como el caso del corindón.

El corindón es una clase de mineral que incluye los rubíes y los zafiros.

Es la estructura molecular de los diamantes lo que los vuelve tan duros. Están conformados de átomos de carbono conectados en una estructura de celosía. Cada átomo comparte electrones con otros cuatro átomos, formando una unidad tetraédrica. Esta unión de cinco carbonos forma la molécula increíblemente fuerte.

EL GRAFITO

Estructura atómica del grafito.
En el grafito los átomos de carbonopresentan hibridación sp2, esto significa que forma tres enlaces covalentes en el mismo plano a un ángulo de 120º (estructura hexagonal) y que un orbital Π perpendicular a ese plano quede libre (estos orbitales deslocalizados son fundamentales para definir el comportamiento eléctrico del grafito) . El enlace covalente entre los átomos de una capa es extremadamente fuerte, sin embargo las uniones entre las diferentes capas se realizan por fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales Π, y son mucho más débiles.
Esta estructura laminar hace que el grafito sea un material marcadamente anisótropo.

EL NANOTUBO 

En química, se denominan nanotubos a estructuras tubulares (cilíndricas), cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono. Los nanotubos tienen propiedades inusuales, que son valiosas para la nanotecnología ,1​ Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna

 FULLERENOS 

El diamante es el más duro de todos los compuestos. En contraste, el grafito es un sólido untuoso y suave, que muchos conocemos como la “punta” de los lápices. Ambos materiales, a pesar de sus propiedades físicas tan distintas, sólo contienen átomos de carbono. Las dos sustancias sólo difieren en la naturaleza de los enlaces que mantienen unidos a los átomos de carbono. El diamante consiste en una red tridimensional rígida de átomos de carbono, cada uno enlazado a otros cuatro mediante orbitales sp3. Por otra parte, los átomos de carbono en el grafito tienen hibridación sp2, por lo que cada uno sólo se une a otros tres átomos de carbono. Este ordenamiento trigonal plano determina que los átomos de carbono en el grafito estén en láminas planas y estratificadas, que pueden desprenderse y dejar un trazo delgado de grafito.

EL GRAFENO 

El grafeno es una sustancia compuesta por carbono puro, con átomos organizados en un patrón regular hexagonal, similar al grafito. Es un material casi transparente. Una lámina de un átomo de espesor es unas 200 veces más resistente que el acero actual más fuerte, siendo su densidad más o menos la misma que la de la fibra de carbono, y unas cinco veces más ligero que el aluminio. Siendo su densidad de 2.267 g/cm3.

EL GRAFITO 

En el grafito los átomos de carbono están fuertemente unidos en el plano mediante enlaces covalentes, configurando capas (planos básales). Estas capas están apiladas paralelamente y unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals, más débiles. Para ser más precisos, la distancia entre planos básales es de 0,335 nm. Cuando se habla de grafito lo más indicado es utilizar el término capa, y el de lámina cuando esa capa ya está aislada y constituye el grafeno propiamente dicho. Los grafitos se pueden dividir en dos grandes grupos de acuerdo con su origen, natural o sintético

 ¿ QUE ES LA MADERA TRASPARENTE .?

Las ventanas y los paneles solares del futuro podrían ser fabricados a partir de uno de los mejores y mas baratos materiales de construcción conocidos: la madera

 La madera es uno de los materiales de construcción más usados del mundo. Es resistente, barata, duradera, renovable y, a partir de ahora, además, deja pasar la luz.

Un equipo de investigación de Royal Institute of Technology (KTH) de Estocolmo ha desarrollado un método para crear madera transparente a gran escala. Esto abre un sin fin de posibilidades muy interesantes.

Los investigadores afirman que está listo para la producción en masa y que podría ser un recurso renovable de bajo costo de producción.

APLICACIÓN

Si se utiliza en la construcción de casas y edificios, este material de madera transparente tiene potencial para mejorar la iluminación interior, permitiendo que la luz natural entre a través de las paredes. Esto podría ahorrar en los costes de la iluminación artificial, e incluso puede tener su uso en ventanas de las celdas solares. Los paneles de madera transparente se podrían utilizar para las ventanas o fachadas semitransparentes, para dejar entrar la luz, pero manteniendo la privacidad, incluso remplazando, en algunos casos, el vidrio en vasos, muebles, como también en otros materiales opticos.

Por otro lado, su "nebulosidad" u "opaquedad" también es un incentivo para el desarrollo de paneles solares, ya que atrapa la luz, aumentando así la eficiencia de los paneles.

"La madera transparente es un buen material para usos solares, ya que tiene un bajo costo, es de fácil acceso y es un recurso renovable".

 

PROCESO

• El proceso se inicia mediante la eliminación de un compuesto orgánico que hace que la madera sea de color marrón.

• Para volver transparente la madera se requiere primero hervir a baño maría hidroxido de sodio y otras sustancias químicas durante 2 horas.

• Se extrae la lignina (un polímero natural presente en las paredes celulares de las plantas, aparece en los tejidos leñosos de los vegetales y su función es mantener unidas las fibras de celulosa y realizar funciones esenciales para su vida, aportando rigidez y mejorando sus sistema defensivo frente a los microorganismos) Esto da como resultado una madera blanca ("preciosa", según los investigadores), pero no la convierte en transparente.

•  El siguiente paso consiste en sustituir la lignina por polimetilmetacrilato, un polímero plástico que tiene alrededor de un 93% de transparencia y resistente al rayado, que ademas aumenta su dureza de 4 hasta 6 veces. Gracias a esto, y manteniendo una estructura muy parecida a la madera, consiguen que el material resultante tenga una transparencia del 85%

Una curiosidad que presentan estas maderas transparentes es que, como se observan los canales por los cuales bombardean agua era un árbol vivo, siguen presentes, lo cual con el reflejo de la luz se puede observar, algo que no se presenta en los plásticos o vidrios.

Estos micro-canales pueden proporcionar luz de manera similar a como movía los nutrientes alrededor como parte de una planta. En materiales tradicionales la luz se esparce, si tienes este efecto guía con la madera, tendrás más luz dentro de tu casa.

VENTAJAS

• La madera es de lejos el biomaterial más usado en edificios. Si se extrae madera sin esquilmar las arboledas, es un recurso renovable.

• Las hojas de madera son más resistentes que las hojas de cristal.
• Las hojas de madera son mas ligeras que las de cristal.
• Ahorro en los costos de luz artificial.

ENERGÍA SOLAR

• Los científicos también confían en poder encontrar nuevas soluciones de energía fotovoltaica empleando este nuevo material. En concreto, creen que podría ser utilizado para fabricar paneles solares avanzados.

La idea sería aprovechar su transparencia para que la luz entrara más fácilmente a través de unas “células trampa”, y luego la turbidez de la madera (que supera el 70 por ciento) resultaría muy ventajosa para atrapar la luz. El objetivo no sería otro que mantener la luz rebotando cerca de un panel solar, que haría su trabajo absorbiéndola. De este modo, se buscaría lograr una mayor eficiencia.

ECO ARQUITECTURA

• Como es bien conocido, la madera es uno de los materiales de construcción más utilizados del mundo. 

  

 

• La madera transparente podría aumentar aún mas este uso, pues sigue siendo barata y renovable, conserva otras ventajas e incrementa su resistencia, además de dejar pasar la luz.
• Se podría mejorar la luminosidad interior a través de cristaleras e incluso fachadas translúcidas.

DESVENTAJAS

• El problema ambiental que puede llegar a suponer el uso masivo de este tipo de material
• Posible efecto tóxico que variará según la cantidad añadida.
• Impacto ambiental que implique el proceso de eliminación de la lignina.
• se desconoce el ciclo de vida del producto

PROPIEDADES MECÁNICAS

• Resistencia
• Tenacidad
• Baja densidad
• Baja conductividad térmica
• Peso ligero

       CONCLUSIONES

No es la primera vez que la madera es convertida en un material transparente, anteriormente se logro hacerlo pero solo eran viables a menor escala, se lo utilizo para hacer el sustrato de chips de ordenadores a base de madera, como conclusión con la nueva técnica podríamos empezar a hablar de introducir la madera transparente a la construcción para que pueda ser aplicada a gran escala y producida en grandes masas. 

 Al ser un material que sigue en etapa de prueba, este no dispone de una ficha técnica con la que podamos conocer todas sus características.

 

¿ QUE ES EL ASTOMERO G?  

Los Elastómeros son aquellos tipos de compuestos que incluyen no metales en su composición y que muestran un comportamiento elástico. El término, que proviene de polímero elástico, es a veces intercambiable con el término goma, que es más adecuado para referirse a vulcanizados. Cada uno de los monómeros que se unen entre sí para formar el polímero está normalmente compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno o silicio. Los elastómeros son polímeros amorfos que se encuentran sobre su temperatura de transición vítrea o Tg, de ahí esa considerable capacidad de deformación. A temperatura ambiente las gomas son relativamente blandas (E~3MPa) y deformables. Se usan principalmente para cierres herméticos, adhesivos y partes flexibles. Comenzaron a utilizarse a finales del siglo XIX, dando lugar a aplicaciones hasta entonces imposibles (como los neumáticos de automóvil).

 

BOTELLAS DE ALGAS 

El plástico biodegradable nunca se degrada por completo. En realidad es más bien poco biodegradable y una botella de agua que se tire seguirá como tal durante un larguísimo período de tiempo. Al enterarse de esto, el estudiante de diseño Ari Jónsson sintió la urgente necesidad de buscar un material de reemplazo para el plástico, que es causante de importantes impactos sobre el medio ambiente.

Las botellas de plástico pueden flotar en el océano y acumularse en vertederos flotantes durante décadas, e incluso siglos. Mientras nuestro planeta lucha por sobrevivir con nuestro creciente apetito por el plástico, un estudiante de diseño industrial islandés se inspiró para crear un objeto dirigido a hacerse cargo de parte del problema.

 ha empleado las propiedades de las algas para elaborar una botella biodegradable para el agua. Jónsson develó su invento el pasado mes de marzo en el festival de diseño DesignMarch, en Reykjavik. Las botellas están hechas de un polvo de algas, derivado de la estructura de las paredes celulares de ciertas especies. Si este material es añadido al agua y se deja enfriar, finalmente termina moldeándose en una sustancia gelatinosa.

La botella mantiene su forma cuando está llena de líquido y luego empieza a descomponerse cuando está vacía

Tal y como cita El Ciudadano, que traduce un artículo de IFLScience, la botella mantiene su forma cuando está llena de líquido y luego empieza a descomponerse cuando está vacía. Como está hecha de materias totalmente orgánicas y no tóxicas, si alguien quisiera, incluso se la podría comer -aunque el derivado de estas algas, el agar agar, es usado entre otras cosas como laxante, por lo que es recomendable ir con cuidado.

Por el momento, la botella es sólo un concepto de diseño y no tiene planes para su distribución comercial. No obstante, sigue siendo una solución creativa que está ayudando a desafiar nuestras actitudes frívolas de acumular desechos.

¿ QUE ES EL CONCRETO?

El CONCRETO es un material desarrollado por la Universidad de California en Los Ángeles por un grupo de investigadores multidisciplinarios liderado por el profesor J.R. DeSchazo, quien contó con las contribuciones científicas de los profesores Gaurav Sant, Henry Samueli, Richard Kaner, Laurent Pilon, y Matthieu Bauchy.

Este nuevo material reutiliza el dióxido de carbono para crear un material que puede usarse como cemento en una construcción. El proceso de producción se basa en recolectar el dióxido de carbono y combinarlo con limos para obtener una pasta cementante que pueda ser impresa en 3D.

Este proceso difiere de los procesos actuales en la lucha contra la disminución del CO2 en los que no sólo captura el dióxido de carbono, sino que lo emplea para generar un nuevo producto.

Hasta el momento la factibilidad de este material ha sido comprobada en laboratorios.  Sin embargo, falta mucho por hacer para trasladar este concepto a una escala real de producción y desempeño bajo las condiciones a las que se enfrentaría fuera de un laboratorio

 ¿ QUE ES NANOCRISTALES?

Nanocristales “de diseñador”

Los nanocristales de diseñador prometen una impactante versatilidad debido a que sería posible exceder las capacidades para el desarrollo de materiales que nos proporcionan los elementos de la tabla periódica.

Esta manipulación de la materia es posible debido a que los nanocristales se componen de un arreglo de entre cientos a miles de átomos, lo que permite modificar las características del material a disposición del diseñado .  Esto no es posible con elementos individuales. Al mismo tiempo, los nano cristales permiten que los materiales puedan comportarse o como metales, semiconductores, o inclusive magnetos.

Un nuevo material, por ejemplo, estaría compuesto de millones de nanocristales, cada uno estaría diseñado para cumplir una función, o darle una propiedad al nuevo material.   Es decir, ahora sería posible  incrementar el control que se pueda tener sobre el comportamiento del material. Esto difiere a los métodos actuales porque no es posible modificar o afinar, por ejemplo, las propiedades o comportamientos de un solo átomo.

El desarrollo de los nanocristales es un proyecto de la universidad de Chicago, liderado por el Profesor David Mazziotti y sus colaboradores Greg Engel y Dmitri Talapin. La importancia de esta investigación radica en crear un proceso de diseño de materiales nuevos que nace desde el control de las interacciones moleculares entre los enlaces entre átomos.  La posibilidad de generar grandes avances en la producción de materiales para solventar los problemas actuales de la energía solar, computación cuántica y materiales tradicionales es enorme.

 ¿ QUE ES EL SHRILK?

Shrilk

Otro importante avance en la búsqueda de un producto que reemplace el plástico es el shrilk, un material diseñado por investigadores del Instituto Wyss para la Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard.  

El shrilk es un bio-plástico constituido principalmente por chitosan, un polímero orgánico de suma importancia y abundancia, encontrado en las cáscaras de los crustáceos, alas de mariposas, y hasta en cutículas de los insectos.

El bio-plástcio se fabrica utilizando células de camarones de manera que se preserven las capacidades estructurales del chitosan. Una de las grandes ventajas del shrilk es la capacidad de ser fabricado a una escala masiva de manera económica debido al proceso productivo desarrollado por el director del Instituto Wyss,  Donald E. Ingber.

Podría ser utilizado en contenedores de plástico como botellas, bolsas, empacados, y pañales. Su periodo de descomposición tardaría aproximadamente 2 semanas y funciona de abono para las plantas.

El material tiene un futuro interesante en un mercado con alta demanda y es proveniente de un recurso renovable, por lo que su factibilidad para ser desarrollado de manera comercial es alta.

 ¿ QUE ES LA ESPUMA DE HONGOS ?

Espuma de hongos

Otro tipo de bio-material que ha surgido en los últimos años es la espuma de hongos.  Este material puede sustituir el empacado de productos hechos a base de plástico, el poliestireno expandido (estereofón y al mismo tiempo, ser biodegradable y resistir tanto al fuego como al calor.

La empresa Ecovative Design es una de las empresas líderes a nivel mundial en el desarrollo y producción de materiales biodegradables para el consumo humano. La espuma de hongos consiste en cultivar el micelio, una estructura interna del tejido vegetativo de los hongos para poder aglomerar subproductos agrícolas.

Es decir, se utiliza una impresora 3D para crear un “esqueleto” a base de algún producto agrícola (como almidón de papa). Una vez impreso el esqueleto, se cultiva el micelio del hongo para crear una estructura sólida. Por último, se deja secar para detener el crecimiento y finalizar el proceso productivo del producto.

La espuma de hongo tiene una larga vida útil similar a la de la madera de ser mantenido en condiciones secas, de lo contrario se descompondrá en semanas. No solo se planea utilizar en una sola aplicación, también se han utilizado para hacer bancos, sillas, y en una variedad de diferentes productos.

Dentro de las ventajas para la espuma de hongos es su vasta gama de aplicaciones y la capacidad producción masiva, como ya hemos empezado a evidenciar en otros países del mundo, además de la capacidad de resistir el fuego y que se puede hacer repelente al agua, características que permiten que compita contra el plástico.

GRUPOS DE POLÍMEROS. 

Los polímeros se forman por la unión de un gran número de moléculas de bajo peso molecular, denominadasmonómeros. Los plásticos son ejemplo de polímeros.

La figura 8.2 muestra una analogía entre un polímero y un tren. Un tren está conformado por la unión de muchos vagones que se repiten. En el caso de un polímero, se repiten estructuras pequeñas denominadas monómeros.

Figura 8.2. Analogía entre un polímero y un tren.

Tomado de: “Lawrence Berkeley National Laboratory” (http://www.lbl.gov/MicroWorlds/Kevlar/KevlarClue1.html)

Un polímero, por tanto, es un compuesto orgánico, que puede ser de origen natural o sintético, con alto peso molecular, formado por unidades estructurales repetitivas llamadas monómeros.

En la vida diaria les damos el nombre general de “plástico”, porque los plásticos que usamos son polímeros. Sin embargo, debemos tener claro que existen otros tipos de polímeros que no necesariamente tienen el aspecto de un “plástico” común.

En el siguiente enlace podrás encotrar ejemplos de otros polímeros que usamos en nuestra vida diaria: http://www.pslc.ws/mactest/level1.htm

Características generales de un polímero

• Bajo punto de fusión, que permite procesarlo fácilmente para darle forma.
• Baja densidad, lo cual los hace útiles en industrias como la automóvil por ser productos ligeros.
• Pobre conductividad eléctrica y térmica, permite usarlos como aislantes.
• Poca reactividad química, permite tenerlos en contacto con alimentos sin riesgos.

Representación de los polímeros

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de muchas unidades pequeñas, las cuales se llaman unidades repetitivas. Analicemos la estructura del polietileno, el polímero con el que se hacen las bolsas de plástico. Este polímero se forma a partir de etileno, según la siguiente reacción:

El producto final (polietileno) muestra muchas unidades repetitivas similares. Sin embargo, no es necesario dibujar todas las unidades repetitivas, sino sólo una de ellas e indicar que ésta se repite muchas veces. Así, en el caso del polietileno, podemos representar al polímero así:

Los corchetes nos indican que la unidad que está dentro es la que se está repitiendo, y el subíndice “n” nos dice que se repite “n” veces.

De forma similar, podemos representar el policloruro de vinilo. Este polímero se forma a partir del cloruro de vinilo:

Nuevamente, la estructura dentro de los corchetes es la que se repite indefinidamente.

Clasificación de los polímeros

Los polímeros pueden ser clasificados según muchos parámetros. A continuación veremos las principales clases de polímeros que existen.

Según su origen

Pueden existir tres tipos de polímeros: naturales, semisintéticos y sintéticos.

Los polímeros naturales existen en la naturaleza como tales. Las biomoléculas pueden ser consideradas polímeros naturales. Otro ejemplo es el caucho.

Los polímeros semisintéticos han sido obtenidos mediante la transformación de un polímero natural. El caucho vulcanizado, componente de las llantas, es un ejemplo: se produce al hacer reaccionar caucho con azufre, a altas temperaturas.

Los polímeros sintéticos son obtenidos industrialmente, haciendo reaccionar al monómero correspondiente. Ejemplos de polímeros sintéticos son el polietileno, nylon o poliestireno (Tecnoport).

Más sobre estos tres tipos de polímeros:http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/PolimerosCeluloAlmid.htm

Según su estructura

Un polímero puede clasificarse en lineal o ramificado dependiendo de su estructura. Por ejemplo, el polietileno, componente de las bolsas de plástico, es un polímero lineal. En este caso, los monómeros se enlazan entre sí formando una cadena carbonada continua. Un ejemplo es el polietileno, en su estructura se observa que todos los átomos de carbono están en la cadena principal, enlazados entre sí.

Sin embargo, el policloruro de vinilo o el polipropileno son polímeros ramificados, ya que hay grupos voluminosos fuera de la cadena principal:

En algunos casos, los grupos fuera de la cadena principal pueden ser más grandes que los mostrados, llegan a ser una nueva cadena. Esto ocurre durante la reacción de polimerización, por reacciones paralelas a la que sufren los monómeros.

Figura 8.3. Polímero lineal y ramificado.

Según su comportamiento térmico

Se pueden clasificar en termoplásticos y termoestables. Los polímeros termoplásticos pueden ser moldeados al calentarse. Ejemplos son el polietileno y polipropileno, que pueden ser fácilmente reciclados. Otro ejemplo es el polietilentereftalato (PEt, con el que se hacen las botellas de plástico.

¿Sabes cómo se fabrican y moldena las botellas de plástico hechas con PET? El siguiente vídeo te explicará como se producen:

Los polímeros termoestables son aquellos que, al calentarse, se descomponen químicamente. Un ejemplo es la baquelita, polímero usado en la fabricación de asas para ollas.

Figura 8.4. La baquelita (polímero termoestable) se usa para fabricar asas para ollas.

Tomado de: “Parsons Techno Gas” (http://parsonstechno.tradeindia.com/Exporters_Suppliers/Exporter12112.169405/Bakelite-Handles.html)

Según la unión de sus monómeros

Cuando un polímero se forma por la unión de un único monómero, se denomina homopolímero. En un caso general:

Si tenemos dos tipos de monómeros diferentes, el polímero se llama copolímero. Dependiendo del orden en que se distribuyan los dos monómeros en la estructura, podemos tener un copolímero alternado, en bloque o al azar. En un copolímero alternado, los monómeros se repiten uno a continuación del otro. En un copolímero en bloque, los monómeros de un mismo tipo están agrupaos en una zona de la molécula, al igual que el otro tipo de monómeros. Por último, en un copolímero al azar, no existe ningún orden en la repetición de monómeros.

Los copolímeros son útiles porque combinan las propiedades de ambos monómeros en una misma estructura. Un ejemplo es el caucho estireno butadieno (abreviado, del inglés, SBR o también SBS), donde se combina la elasticidad y la durabilidad de ambos componentes. Un uso de este copolímero es en la fabricación de suelas de zapatillas.

Preparación de un polímero: polimerización

Para preparar un polímero, debemos enlazar entre sí una gran cantidad de monómeros de bajo peso molecular. Este proceso se denomina polimerización. Existen dos tipos de reacciones de polimerización: adición y condensación. Consecuentemente, existen dos tipos de polímeros: polímeros de adición y polímeros de condensación.

En la polimerización por adición, los monómeros se unen unos con otros, de tal manera que el polímero final contiene todos los átomos del monómero inicial.

Figura 8.5. Polimerización por adición.

Tomado de: “Educarchile” (http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=956d0e27-85f4-48ec-bd90-137b6963f06c&ID=136400)

El poliestireno y el policloruro de vinilo son ejemplos de polímeros de adición.

Observación Observa que la unidad repetitiva del polímero tiene el mismo número de átomos que el monómero. La única diferencia es que el doble enlace se ha convertido en un enlace simple. El par de electrones en mención se ha usado para el nuevo enlace con el otro monómero.

En la polimerización por condensación, no todos los átomos del monómero forman parte del polímero final. Para que los monómeros se unan, es necesario que una parte de ellos se pierda.

Figura 8.6. Polimerización por condensación.

Tomado de: “Educarchile” (http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=956d0e27-85f4-48ec-bd90-137b6963f06c&ID=136400)

El nylon 6,6 es un ejemplo de un polímero de condensación. Este polímero se prepara a partir de ácido adípico y hexametilendiamina. Para que ambas moléculas se unan, el ácido adípico debe perder un grupo -OH, mientras que la hexametilendiamina debe perder un átomo de hidrógeno.  Estos átomos eliminados se unen, formando agua y produciéndose, a su vez, la unión entre ambos monómeros.

Observación Para que haya un polímero de condensación debemos tener en la estructura del polímero un grupo funcional amida o éster. Las amidas se preparan a partir de un ácido carboxílico y una amina, mientras que los ésteres a partir de un ácido carboxílico y un alcohol. Por tanto, los monómeros correspondientes deben tener estos grupos funcionales.

Reciclaje

Dadas las propiedades de los polímeros y, en especial, de los que usamos a diario, estos pueden ser reutilizados. Así, las bolsas plásticas (polietileno), botellas de gaseosa (polietilentereftalato) o tubos plásticos (policloruro de vinilo) pueden ser reutilizados. Para ello, es necesario identificar el tipo de polímero que tenemos en nuestras manos. Para ello, se ha creado a nivel internacional una codificación para cada uno de los diferentes tipos de plásticos más comunes:

	Polietilentereftalato (PET): botellas de gaseosas.
	Polietileno de alta densidad (HDPE): botellas de plástico más rígidas.
	Policloruro de vinilo (PVC): tuberías.
	Polietileno de baja densidad (LDPE): bolsas plásticas.
	Polipropileno (PP): plásticos resistentes al calor.
	Poliestireno (PS): materiales aislantes como el Tecnoport.
	Otros polímeros domésticos (como los discos, gafas de sol, etc) se agrupan bajo el nombre de “otros” y el número 7.

Elastómeros, fibras y plásticos

Las diferencias entre las fibras, plásticos y elastómeros se pueden ver en el gráfico de tensión-deformación. El módulo de un polímero es la pendiente inicial de dicho gráfico; la resistencia a la tracción y la elongación final son los valores más altos de estrés y elongación respectivamente.

Elastómeros

Los elastómeros son el grupo de polímeros que pueden someterse fácilmente a elongaciones reversibles muy grandes (≥ 500 - 1000%) a tensiones relativamente bajas. Esto requiere que el polímero sea completamente (o casi completamente) amorfo, con una baja temperatura de transición vítrea y fuerzas secundarias bajas a fin de obtener una alta movilidad de la cadena de polímero. Es necesario algún grado de reticulación de manera que la deformación sea rápida y completamente reversible (elástico). El módulo inicial de un elastómero debe ser muy baja (<100 N cm-2), Pero esto debe aumentar con bastante rapidez con el aumento de la elongación; de lo contrario, no tendría la fuerza general y la resistencia a la rotura a tensiones bajas. La mayoría de los elastómeros obtienen la fuerza necesaria a través de la reticulación y la incorporación de rellenos inorgánicos de refuerzo (por ejemplo negro de carbón o sílice). Algunos elastómeros experimentan una pequeña cantidad de cristalización durante la elongación, especialmente a elongaciones muy altas, y esto actúa como un mecanismo de refuerzo adicional. La Tm de las regiones cristalinas debe ser inferior o no significativamente por encima de la temperatura de uso del elastómero con el fin de que los cristales fundan y la deformación sea reversible cuando se elimina la tensión. El poliisopreno (caucho natural) es un elastómero típico -que es amorfo, es fácilmente reticulado, tiene una Tg baja ( -73ºC), y tiene una Tm baja (28 °C).

El poliisopreno reticulado (moderadamente) tiene un módulo que es inicialmente menos de 70 N cm-2; sin embargo, su fuerza aumenta a aproximadamente 1,500 N cm-2 a 400% de alargamiento y aproximadamente 2,000 N cm-2 a 500% de alargamiento. Su alargamiento es reversible en todo el rango de elongación, es decir, hasta justo antes del punto de ruptura.

El grado de reticulación y las características resultantes de resistencia y elongación de un elastómero cubren un rango considerable dependiendo del uso final específico. El uso de un elastómero para producir un neumático de automóvil requiere mucha más reticulación y cargas de refuerzo que lo que requiere un elastómero utilizado para la producción de bandas de goma. La primera aplicación requiere un caucho más fuerte con menos tendencia a alargarse que la última aplicación. Una extensa reticulación de un caucho convierte al polímero en un plástico rígido.

Fibras

Las fibras son polímeros que tienen una muy alta resistencia a la deformación, sólo sufren alargamientos bajos (<10-50%), y tienen muy altos módulos (> 35.000 N cm-2) ya resistencias a la tracción (> 35.000 N cm-2). Un polímero debe ser altamente cristalino y contener cadenas polares con fuerzas secundarias fuertes con el fin de ser útil como una fibra. El estiramiento mecánico se utiliza para impartir muy alta cristalinidad a una fibra. La temperatura de fusión cristalina de una fibra debe ser superior a 200ºC, de manera que mantenga su integridad física durante el uso a las temperaturas encontradas en los procesos de limpieza y planchado. Sin embargo, la Tm no debe ser excesivamente alta -no superior a 300ºC- de lo contrario no es posible la fabricación de la fibra de hilatura por fusión. El polímero debe ser soluble en los solventes utilizados para la solución del hilado de la fibra, pero no en disolventes de tintorería.

La temperatura de transición vítrea debe tener un valor intermedio; una Tg demasiado alta interfiere con la operación de estirado, así como con el planchado, mientras que una Tg demasiado baja no permitiría la retención de las arrugas de prendas. La polihexametilen adipamida es un es una fibra típica. Es estirada para alta cristalinidad, y sus grupos amida dan fuerzas secundarias muy fuertes debido al enlace de hidrógeno; el resultado es una muy alta resistencia a la tracción (70.000 N cm-2), un módulo muy elevado (500.000 cm N-2), y bajo alargamiento (<20%). La Tm y Tg tienen valores óptimos de 265ºC y 50ºC, respectivamente.

El uso de polipropileno como una fibra es una excepción a la generalización de que se requieran polímeros polares para aplicaciones de fibras. El polipropileno utilizado como una fibra tiene una estructura altamente estereorregular y puede ser estirado mecánicamente para producir un polímero altamente orientado con las características de resistencia requeridas de una fibra.

Plásticos

Los plásticos representan un gran grupo de polímeros que tienen una amplia gama de comportamientos mecánicos en entre los de los elastómeros y las fibras. Hay dos tipos de plásticos: plásticos flexibles y plásticos rígidos.

Los plásticos flexibles poseen grados de cristalinidad de moderados a altos y una amplia gama de valores de Tm y Tg. También tienen moderados a altos módulos (15000 - 350000 N cm-2), resistencia a la tracción (1500-7000 N cm-2), y alargamientos finales (20-800%).

Los miembros más típicos de este subgrupo tienen módulos y resistencias a la tracción en los extremos inferiores de los rangos indicados y elongaciones en el extremo superior. Por lo tanto el polietileno es un típico plástico flexible con una resistencia a la tracción de 2500 N cm-2, un módulo de 20.000 N cm-2, y un alargamiento de rotura de 500%. Otros plásticos flexibles incluyen al polipropileno y la polihexametilen adipamida. La polihexametilen adipamida es utilizada como una fibra y como un plástico flexible. Es un plástico cuando tiene cristalinidad moderada, mientras que el estiramiento la convierte en una fibra. Muchos plásticos flexibles se someten a grandes alargamientos finales, tan grandes como los de los elastómeros. Sin embargo, se diferencian de los elastómeros en que sólo una pequeña porción (aproximadamente <20%) del alargamiento a la rotura es reversible. El alargamiento de un plástico más allá de la región reversible resulta en su deformación permanente, es decir, el plástico conservará su forma alargada cuando se elimina la tensión.

Los plásticos rígidos son muy diferentes de los plásticos flexibles. Los plásticos rígidos se caracterizan por una alta rigidez y alta resistencia a la deformación. Ellos tienen altos módulos (70.000-350.000 N cm-2) y resistencias a la tracción de moderadas a elevadas (3000 a 8500 N cm-2), pero más significativamente, se someten a muy pequeñas elongaciones (<0,5-3%) antes de romperse. Los polímeros de esta categoría son polímeros amorfos con cadenas muy rígidas. La alta rigidez de la cadena se consigue en algunos casos por una extensa reticulación, por ejemplo, fenol-formaldehído, urea-formaldehído, y polímeros de melamina-formaldehído. En otros polímeros la alta rigidez es debida a grupos laterales voluminosos en las cadenas de polímero dando como resultado altos valores de Tg. Por ejemplo, el poliestireno (Tg = 100 ºC) y polimetacrilato de metilo (Tg = 105 ºC).

MACROMOLECULAS NATURALES Y SUS FUNCIONES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA , ESTRUCTURA DE TEJIDOS Y CATÁLISIS 

Las macromoléculas son grandes grupos de moléculas unidas covalentemente para formar una más grande. Las cuatro macromoléculas identificables componen todas las cosas vivas de la tierra. Fueron bautizadas con ese nombre en la década de 1920 por el ganador del premio Nobel, Hermann Staudinger. Las macromoléculas suelen tener características inusuales, distintas de las moléculas comunes. Por ejemplo, suelen requerir asistencia para disolverse en una solución.

CARBOHIDRATOS 

Los carbohidratos se componen de monosacáridos (azúcares) y sus polímeros. Los monosacáridos se unen para formar polisacáridos, que son los polímeros de los carbohidratos. El monosacárido más común es la glucosa, uno de los azúcares más valiosos para todos los animales y plantas. La función de los carbohidratos es la de actuar como fuente de energía para almacenamiento y estructura de las cosas vivas. Para las plantas, el almidón es la fuente de energía principal y la celulosa es la que provee estructura y apoyo. En los animales, el glucógeno provee la energía y la quitina provee estructura y soporte.

LIPIDOS 

Los lípidos vienen en tres formas, grasas, esteroides y fosfolípidos. La función principal de estos lípidos es la de fuente de energía y aislamiento térmico. Las grasas vienen en formas saturadas o insaturadas, y son insolubles, por lo tanto, flotan. Las grasas saturadas se encuentran en animales y son sólidas a temperatura ambiente; las insaturadas se encuentran en plantas y son líquidas o aceites a temperatura ambiente. Los lípidos, en su forma de fosfolípidos, también son elementos importantes en las membranas.

PROTEÍNAS 

Las proteínas son macromoléculas muy importantes, tienen muchos niveles de estructura y un número de funciones. Cada célula en el cuerpo humano contiene proteínas y la mayoría de los fluidos del cuerpo también las tienen. Las proteínas forman gran parte de la piel humana, órganos, músculos y glándulas. Las proteínas asisten al cuerpo en la reparación celular y en la creación de células nuevas, y son un importante requerimiento dietario y energético, especialmente para adolescentes en crecimiento y embarazadas.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos incluyen a los importantísimos ADN y ARN. El ADN es el plano del desarrollo genético de las formas de vida, contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas. El ARN es el transportador de esta información hacia el sitio real de la producción de proteínas. El cuerpo está hecho de cientos de miles de proteínas y cada una debe actuar de una forma específica para funcionar correctamente. Los ácidos nucleicos contienen la información necesaria para que estas proteínas se desarrollen y actúen de la manera en que se supone que lo hagan.