La mayoría de los materiales de construcción, medicamentos, telas, artículos para el hogar, envases y consumibles actuales son polímeros. Este es un grupo completo de compuestos que tienen características distintivas características. Hay muchos de ellos, pero a pesar de esto, la cantidad de polímeros sigue creciendo. Después de todo, los químicos sintéticos descubren cada año más y más sustancias nuevas. Al mismo tiempo, fue el polímero natural el que tuvo especial importancia en todo momento. ¿Qué son estas asombrosas moléculas? ¿Cuáles son sus propiedades y cuáles son las características? Responderemos a estas preguntas en el transcurso del artículo.
Polímeros: características generales
Desde el punto de vista de la química, se considera que un polímero es una molécula que tiene un peso molecular enorme: de varios miles a millones de unidades. Sin embargo, además de esta característica, existen varias más por las cuales las sustancias pueden clasificarse precisamente como polímeros naturales y sintéticos. Esto es:
- repetición constante de unidades monoméricas que están conectadas a través de diferentes interacciones;
- el grado de polimerasa (es decir, el número de monómeros) debe ser muy alto, de lo contrario, el compuesto se considerará un oligómero;
- cierta orientación espacial de una macromolécula;
- un conjunto de importantes propiedades físicas y químicas que son exclusivas de este grupo.
En general, una sustancia de naturaleza polimérica es bastante fácil de distinguir de otras. Uno solo tiene que mirar su fórmula para entenderlo. Un ejemplo típico es el conocido polietileno, muy utilizado en la vida cotidiana y en la industria. Es el producto de una reacción de polimerización en la que entra el hidrocarburo insaturado eteno o etileno. La reacción en forma general se escribe de la siguiente manera:
nCH2=CH2→(-CH-CH-) , donde n es el grado de polimerización de las moléculas, que muestra cuántas unidades monoméricas están incluidas en su composición.
También, como ejemplo, se puede citar un polímero natural, que es bien conocido por todos, es el almidón. Además, la amilopectina, la celulosa, la proteína de pollo y muchas otras sustancias pertenecen a este grupo de compuestos.
Las reacciones que pueden formar macromoléculas son de dos tipos:
- polimerización;
- policondensación.
La diferencia es que en el segundo caso, los productos de interacción son de bajo peso molecular. La estructura del polímero puede ser diferente, depende de los átomos que lo forman. A menudo se encuentran formas lineales, pero también existen mallas tridimensionales, que son muy complejas.
Si hablamos de las fuerzas e interacciones que mantienen unidas las unidades monoméricas, entonces podemos identificar varias básicas:
- Van Der Waalsfuerza;
- enlaces químicos (covalentes, iónicos);
- interacción electrostática.
No se pueden combinar todos los polímeros en una sola categoría, ya que tienen una naturaleza, un método de formación y funciones completamente diferentes. Sus propiedades también difieren. Por lo tanto, existe una clasificación que le permite dividir a todos los representantes de este grupo de sustancias en diferentes categorías. Puede estar basado en varios signos.
Clasificación de polímeros
Si tomamos como base la composición cualitativa de las moléculas, todas las sustancias consideradas se pueden dividir en tres grupos.
- Orgánica - son aquellas que incluyen átomos de carbono, hidrógeno, azufre, oxígeno, fósforo, nitrógeno. Es decir, aquellos elementos que son biogénicos. Hay muchos ejemplos: polietileno, cloruro de polivinilo, polipropileno, viscosa, nailon, polímeros naturales, proteínas, ácidos nucleicos, etc.
- Elementalorganic - aquellos que incluyen algún elemento extraño inorgánico y no biogénico. La mayoría de las veces es silicio, aluminio o titanio. Ejemplos de tales macromoléculas: vidrio orgánico, polímeros de vidrio, materiales compuestos.
- Inorgánica: la cadena se basa en átomos de silicio, no de carbono. Los radicales también pueden formar parte de las ramas laterales. Fueron descubiertos recientemente, a mediados del siglo XX. Se utiliza en medicina, construcción, ingeniería y otras industrias. Ejemplos: silicona, cinabrio.
Si separa los polímeros por origen, puedeselecciona tres de sus grupos.
- Polímeros naturales, cuyo uso ha sido ampliamente realizado desde la antigüedad. Estas son tales macromoléculas, para cuya creación una persona no hizo ningún esfuerzo. Son productos de las reacciones de la naturaleza misma. Ejemplos: seda, lana, proteína, ácidos nucleicos, almidón, celulosa, cuero, algodón, etc.
- Artificiales. Estas son macromoléculas creadas por el hombre, pero basadas en análogos naturales. Es decir, simplemente se mejoran y modifican las propiedades de un polímero natural ya existente. Ejemplos: caucho artificial, caucho.
- Sintético: estos son polímeros en cuya creación solo participa una persona. No hay análogos naturales para ellos. Los científicos están desarrollando métodos para la síntesis de nuevos materiales que tendrían características técnicas mejoradas. Así es como nacen los compuestos de polímeros sintéticos de varios tipos. Ejemplos: polietileno, polipropileno, viscosa, fibra de acetato, etc.
Hay una característica más que subyace en la división de las sustancias consideradas en grupos. Estos son la reactividad y la estabilidad térmica. Hay dos categorías para este parámetro:
- termoplástico;
- termoestable.
El más antiguo, importante y especialmente valioso sigue siendo un polímero natural. Sus propiedades son únicas. Por lo tanto, seguiremos considerando esta categoría particular de macromoléculas.
¿Qué sustancia es un polímero natural?
Para responder a esta pregunta, primero miremos a nuestro alrededor. ¿Qué nos rodea?Organismos vivos a nuestro alrededor que se alimentan, respiran, reproducen, florecen y producen frutos y semillas. ¿Y qué representan desde un punto de vista molecular? Estas son conexiones como:
- proteínas;
- ácidos nucleicos;
- polisacáridos.
Entonces, cada uno de estos compuestos es un polímero natural. Por lo tanto, resulta que la vida que nos rodea existe solo debido a la presencia de estas moléculas. Desde la antigüedad, la gente ha usado arcilla, mezclas de construcción y morteros para fortalecer y crear un hogar, tejer hilo de lana y usar algodón, seda, lana y pieles de animales para crear ropa. Los polímeros orgánicos naturales acompañaron al hombre en todas las etapas de su formación y desarrollo y de muchas maneras lo ayudaron a lograr los resultados que tenemos hoy.
La naturaleza misma dio todo para hacer la vida de las personas lo más cómoda posible. Con el tiempo, se descubrió el caucho, se aclararon sus notables propiedades. El hombre ha aprendido a utilizar el almidón con fines alimentarios y la celulosa con fines técnicos. El alcanfor es también un polímero natural, que también se conoce desde la antigüedad. Resinas, proteínas, ácidos nucleicos son todos ejemplos de compuestos bajo consideración.
Estructura de polímeros naturales
No todos los representantes de esta clase de sustancias tienen la misma estructura. Por lo tanto, los polímeros naturales y sintéticos pueden diferir significativamente. Sus moléculas están orientadas de tal manera que es lo más beneficioso y conveniente para existir desde el punto de vista energético. Al mismo tiempo, muchas especies naturales pueden hincharse y su estructura cambia en el proceso. Hay varias variantes más comunes de la estructura de la cadena:
- lineal;
- ramificado;
- en forma de estrella;
- plano;
- malla;
- cinta;
- en forma de peine.
Los representantes artificiales y sintéticos de macromoléculas tienen una masa muy grande, una gran cantidad de átomos. Se crean con propiedades especialmente especificadas. Por lo tanto, su estructura fue planeada originalmente por el hombre. Los polímeros naturales suelen tener una estructura lineal o reticulada.
Ejemplos de macromoléculas naturales
Los polímeros naturales y artificiales están muy cerca uno del otro. Después de todo, el primero se convierte en la base para la creación del segundo. Hay muchos ejemplos de tales transformaciones. Estos son algunos de ellos.
- El plástico blanco lechoso ordinario es un producto que se obtiene al tratar la celulosa con ácido nítrico con la adición de alcanfor natural. La reacción de polimerización hace que el polímero resultante se solidifique y se convierta en el producto deseado. Y el plastificante, el alcanfor, lo hace capaz de ablandarse cuando se calienta y cambia su forma.
- Seda de acetato, fibra de cobre-amoníaco, viscosa son todos ejemplos de esos hilos, fibras que se obtienen de la celulosa. Las telas hechas de algodón natural y lino no son tan duraderas, no brillan y se arrugan fácilmente. Pero sus análogos artificiales carecen de estas deficiencias, lo que hace que su uso sea muy atractivo.
- Piedras artificiales, materiales de construcción, mezclas, sustitutos del cuero sonVer también ejemplos de polímeros derivados de materias primas naturales.
La sustancia, que es un polímero natural, también se puede utilizar en su verdadera forma. También hay muchos ejemplos de este tipo:
- colofonia;
- ámbar;
- almidón;
- amilopectina;
- celulosa;
- piel;
- lana;
- algodón;
- seda;
- cemento;
- arcilla;
- lima;
- proteínas;
- ácidos nucleicos y así sucesivamente.
Obviamente, la clase de compuestos que estamos considerando es muy numerosa, prácticamente importante y significativa para las personas. Ahora echemos un vistazo más de cerca a varios representantes de polímeros naturales, que tienen una gran demanda en la actualidad.
Seda y lana
La fórmula del polímero de seda natural es compleja, ya que su composición química está expresada por los siguientes componentes:
- fibroína;
- sericina;
- ceras;
- grasas.
La proteína principal, la fibroína, contiene varios tipos de aminoácidos. Si imagina su cadena polipeptídica, se verá así: (-NH-CH2-CO-NH-CH(CH3)- CO-NH-CH2-CO-)n. Y esto es solo una parte. Si imaginamos que una molécula de proteína sericina igualmente compleja se une a esta estructura con la ayuda de las fuerzas de van der Waals, y juntas se mezclan en una sola conformación con cera y grasas, entonces está claro por qué es difícil representar la fórmula. de seda natural.
Para hoyHoy, la mayor parte de este producto es suministrado por China, porque en sus espacios abiertos hay un hábitat natural para el principal productor: el gusano de seda. Anteriormente, desde los tiempos más remotos, la seda natural era muy valorada. Solo las personas nobles y ricas podían comprar ropa con él. Hoy en día, muchas características de este tejido dejan mucho que desear. Por ejemplo, está muy magnetizado y arrugado, además, pierde su brillo y se desvanece con la exposición al sol. Por lo tanto, los derivados artificiales basados en él están más en uso.
La lana también es un polímero natural, ya que es un producto de desecho de la piel y las glándulas sebáceas de los animales. A partir de este producto proteico se fabrican prendas de punto que, al igual que la seda, es un material valioso.
Almidón
El almidón polimérico natural es un producto de desecho de las plantas. Lo producen como resultado del proceso de fotosíntesis y se acumulan en diferentes partes del cuerpo. Su composición química:
- amilopectina;
- amilosa;
- alfa-glucosa.
La estructura espacial del almidón es muy ramificada, desordenada. Gracias a la amilopectina incluida en la composición, puede hincharse en agua, convirtiéndose en una llamada pasta. Esta solución coloidal se utiliza en ingeniería e industria. La medicina, la industria alimentaria, la fabricación de adhesivos para papel pintado también son áreas de uso de esta sustancia.
Entre las plantas que contienen la máxima cantidad de almidón, podemos distinguir:
- maíz;
- patata;
- arroz;
- trigo;
- yuca;
- avena;
- alforfón;
- plátanos;
- sorgo.
A partir de este biopolímero se hornea pan, se elabora pasta, se cocinan kissels, cereales y otros productos alimenticios.
Pulpa
Desde el punto de vista de la química, esta sustancia es un polímero, cuya composición se expresa mediante la fórmula (C6H5 O 5) . El eslabón monomérico en la cadena es la beta-glucosa. Los principales sitios de contenido de celulosa son las paredes celulares de las plantas. Por eso la madera es una valiosa fuente de este compuesto.
La celulosa es un polímero natural que tiene una estructura espacial lineal. Se utiliza para producir los siguientes tipos de productos:
- productos de pulpa y papel;
- piel sintética;
- diferentes tipos de fibras artificiales;
- algodón;
- plásticos;
- pólvora sin humo;
- tiras de película, etc.
Obviamente, su importancia industrial es grande. Para que un determinado compuesto se utilice en la producción, primero debe extraerse de las plantas. Esto se hace mediante la cocción a largo plazo de la madera en dispositivos especiales. El procesamiento posterior, así como los reactivos utilizados para la digestión, varían. Hay varias formas:
- sulfito;
- nitrato;
- sodio;
- sulfato.
Después de este tratamiento, el producto aún contieneimpurezas Está basado en lignina y hemicelulosa. Para deshacerse de ellos, la masa se trata con cloro o álcali.
En el cuerpo humano no existen tales catalizadores biológicos que puedan descomponer este complejo biopolímero. Sin embargo, algunos animales (herbívoros) se han adaptado a esto. Tienen ciertas bacterias en el estómago que lo hacen por ellos. A cambio, los microorganismos reciben energía para la vida y el hábitat. Esta forma de simbiosis es extremadamente beneficiosa para ambas partes.
Caucho
Este es un polímero natural de gran importancia económica. Fue descrito por primera vez por Robert Cook, quien lo descubrió en uno de sus viajes. La cosa fue así. Habiendo desembarcado en una isla habitada por nativos desconocidos para él, fue hospitalariamente recibido por ellos. Su atención fue atraída por los niños locales que jugaban con un objeto inusual. Este cuerpo esférico pateó el suelo y rebotó en lo alto, luego regresó.
Habiendo preguntado a la población local de qué estaba hecho este juguete, Cook descubrió que el jugo de uno de los árboles, la hevea, se endurece de esta manera. Mucho más tarde se supo que se trata del biopolímero de caucho.
La naturaleza química de este compuesto es conocida: es isopreno que ha sufrido una polimerización natural. La fórmula del caucho es (С5Н8) . Sus propiedades que lo hacen tan apreciado son las siguientes:
- elasticidad;
- resistente al desgaste;
- aislamiento eléctrico;
- resistente al agua.
Sin embargo, también hay desventajas. Con el frío, se vuelve quebradizo y quebradizo, y con el calor, se vuelve pegajoso y viscoso. Por eso se hizo necesario sintetizar análogos de una base artificial o sintética. Hoy en día, los cauchos se utilizan ampliamente con fines técnicos e industriales. Los productos más importantes basados en ellos:
- gomas;
- ebonitas.
Ámbar
Es un polímero natural, porque en su estructura es una resina, su forma fósil. La estructura espacial es un marco de polímero amorfo. Es muy inflamable y puede encenderse con la llama de un fósforo. Tiene propiedades de luminiscencia. Esta es una cualidad muy importante y valiosa que se utiliza en joyería. Las joyas a base de ámbar son muy hermosas y demandadas.
Además, este biopolímero también se utiliza con fines médicos. También se usa para hacer lijas, capas de barniz para varias superficies.
