Muchos están interesados en la pregunta de qué estructura tienen los polímeros. La respuesta se dará en este artículo. Las propiedades de los polímeros (en lo sucesivo - P) generalmente se dividen en varias clases dependiendo de la escala en la que se define la propiedad, así como de su base física. La cualidad más básica de estas sustancias es la identidad de sus monómeros constituyentes (M). El segundo conjunto de propiedades, conocido como microestructura, denota esencialmente la disposición de estos Ms en P en una escala de una Z. Estas características estructurales básicas juegan un papel importante en la determinación de las propiedades físicas generales de estas sustancias, que muestran cómo P se comporta como un material macroscópico. Las propiedades químicas a nanoescala describen cómo interactúan las cadenas a través de varias fuerzas físicas. En una escala macro, muestran cómo el P básico interactúa con otros químicos y solventes.
Identidad
La identidad de los enlaces repetidos que forman la P es su primera yel atributo más importante. La nomenclatura de estas sustancias generalmente se basa en el tipo de residuos de monómero que componen la P. Los polímeros que contienen solo un tipo de unidad repetitiva se conocen como homo-P. Al mismo tiempo, los P que contienen dos o más tipos de unidades repetitivas se conocen como copolímeros. Los terpolímeros contienen tres tipos de unidades repetitivas.
El poliestireno, por ejemplo, se compone únicamente de residuos de estireno M y, por lo tanto, se clasifica como Homo-P. El acetato de vinilo de etileno, por otro lado, contiene más de un tipo de unidad repetitiva y, por lo tanto, es un copolímero. Algunos P biológicos están compuestos por muchos residuos monoméricos diferentes pero estructuralmente relacionados; por ejemplo, los polinucleótidos como el ADN se componen de cuatro tipos de subunidades de nucleótidos.
Una molécula de polímero que contiene subunidades ionizables se conoce como polielectrolito o ionómero.
Microestructura
La microestructura de un polímero (a veces denominada configuración) está relacionada con la disposición física de los residuos M a lo largo de la cadena principal. Estos son elementos de la estructura P que requieren la ruptura de un enlace covalente para cambiar. La estructura tiene una gran influencia en otras propiedades de P. Por ejemplo, dos muestras de caucho natural pueden mostrar una durabilidad diferente incluso si sus moléculas contienen los mismos monómeros.
Estructura y propiedades de los polímeros
Este punto es sumamente importante de aclarar. Una característica microestructural importante de la estructura del polímero es su arquitectura y forma, que están relacionadas con cómolos puntos de bifurcación conducen a una desviación de una cadena lineal simple. La molécula ramificada de esta sustancia consta de una cadena principal con una o más cadenas laterales o ramificaciones sustituyentes. Los tipos de Ps ramificados incluyen Ps en estrella, Ps en peine, Ps en cepillo, Ps dendronizados, Ps en escalera y dendrímeros. También hay polímeros bidimensionales que consisten en unidades repetitivas topológicamente planas. Se puede utilizar una variedad de técnicas para sintetizar material P con varios tipos de dispositivos, como la polimerización viva.
Otras calidades
La composición y estructura de los polímeros en la ciencia de los polímeros está relacionada con la forma en que la ramificación conduce a la desviación de una cadena P estrictamente lineal. La bifurcación puede ocurrir aleatoriamente o las reacciones pueden diseñarse para arquitecturas específicas. Esta es una característica microestructural importante. La arquitectura de un polímero afecta muchas de sus propiedades físicas, incluida la solución y la viscosidad de fusión, la solubilidad en varias composiciones, la temperatura de transición vítrea y el tamaño de las bobinas P individuales en solución. Esto es importante para estudiar los componentes contenidos y la estructura de los polímeros.
Ramificación
Se pueden formar ramas cuando el extremo en crecimiento de una molécula de polímero se une (a) a sí mismo o (b) a otra cadena P, los cuales, a través de la extracción de hidrógeno, pueden crear una zona de crecimiento para el medio cadena.
Efecto de ramificación - reticulación química -formación de enlaces covalentes entre cadenas. La reticulación tiende a aumentar la Tg y aumentar la resistencia y la tenacidad. Entre otros usos, este proceso se utiliza para fortalecer los cauchos en un proceso conocido como vulcanización, que se basa en la reticulación de azufre. Los neumáticos de automóviles, por ejemplo, tienen alta resistencia y reticulación para reducir las fugas de aire y aumentar su durabilidad. La goma, por otro lado, no está reticulada, lo que permite que la goma se despegue y evita que se dañe el papel. La polimerización del azufre puro a temperaturas más altas también explica por qué se vuelve más viscoso a temperaturas más altas en estado fundido.
Cuadrícula
Una molécula de polímero altamente reticulada se denomina red P. Una proporción suficientemente alta de reticulación a hebra (C) puede conducir a la formación de una denominada red o gel infinito, en el que cada rama está unida al menos a otra.
Con el desarrollo continuo de la polimerización viva, la síntesis de estas sustancias con una arquitectura específica es cada vez más fácil. Son posibles arquitecturas tales como estrella, peine, cepillo, dendronizado, dendrímeros y polímeros de anillo. Estos compuestos químicos con arquitectura compleja se pueden sintetizar utilizando compuestos de partida especialmente seleccionados o primero sintetizando cadenas lineales que experimentan reacciones adicionales para unirse entre sí. Los P anudados consisten en muchas ciclaciones intramolecularesenlaces en una cadena P (PC).
Ramificación
En general, cuanto mayor sea el grado de ramificación, más compacta será la cadena polimérica. También afectan el enredo de la cadena, la capacidad de deslizarse entre sí, lo que a su vez afecta las propiedades físicas a granel. Las deformaciones de cadena larga pueden mejorar la resistencia, dureza y temperatura de transición vítrea (Tg) del polímero debido a un aumento en el número de enlaces en el compuesto. Por otro lado, un valor corto y aleatorio de Z puede reducir la resistencia del material debido a una violación de la capacidad de las cadenas para interactuar entre sí o cristalizar, lo que se debe a la estructura de las moléculas de polímero.
Un ejemplo del efecto de la ramificación en las propiedades físicas se puede encontrar en el polietileno. El polietileno de alta densidad (HDPE) tiene un grado de ramificación muy bajo, es relativamente rígido y se utiliza en la fabricación de, por ejemplo, chalecos antibalas. Por otro lado, el polietileno de baja densidad (LDPE) tiene una cantidad significativa de hebras largas y cortas, es relativamente flexible y se usa en aplicaciones tales como películas plásticas. La estructura química de los polímeros favorece precisamente esas aplicaciones.
Dendrímeros
Los dendrímeros son un caso especial de un polímero ramificado, donde cada unidad monomérica es también un punto de ramificación. Esto tiende a reducir el entrelazamiento de cadenas intermoleculares y la cristalización. Una arquitectura relacionada, el polímero dendrítico, no está perfectamente ramificado pero tiene propiedades similares a las de los dendrímeros.debido a su alto grado de ramificación.
El grado de complejidad estructural que se produce durante la polimerización puede depender de la funcionalidad de los monómeros utilizados. Por ejemplo, en la polimerización por radicales libres del estireno, la adición de divinilbenceno, que tiene una funcionalidad de 2, conducirá a la formación de P ramificado.
Polímeros de ingeniería
Los polímeros de ingeniería incluyen materiales naturales como caucho, sintéticos, plásticos y elastómeros. Son materias primas muy útiles porque sus estructuras se pueden cambiar y adaptar para producir materiales:
- con una variedad de propiedades mecánicas;
- en una amplia gama de colores;
- con diferentes propiedades de transparencia.
Estructura molecular de los polímeros
Un polímero se compone de muchas moléculas simples que repiten unidades estructurales llamadas monómeros (M). Una molécula de esta sustancia puede constar de cientos a millones de M y tener una estructura lineal, ramificada o en red. Los enlaces covalentes mantienen unidos a los átomos y los enlaces secundarios mantienen unidos los grupos de cadenas poliméricas para formar el polimaterial. Los copolímeros son tipos de esta sustancia, que consisten en dos o más tipos diferentes de M.
Un polímero es un material orgánico, y la base de cualquier tipo de sustancia es una cadena de átomos de carbono. Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su capa externa. Cada uno de estos electrones de valencia puede formar un covalenteun enlace con otro átomo de carbono o con un átomo extraño. La clave para comprender la estructura de un polímero es que dos átomos de carbono pueden tener hasta tres enlaces en común y aun así unirse a otros átomos. Los elementos más comunes en este compuesto químico y sus números de valencia son: H, F, Cl, Bf e I con 1 electrón de valencia; O y S con 2 electrones de valencia; n con 3 electrones de valencia y C y Si con 4 electrones de valencia.
Ejemplo de polietileno
La capacidad de las moléculas para formar cadenas largas es vital para fabricar un polímero. Considere el material polietileno, que está hecho de gas etano, C2H6. El gas etano tiene dos átomos de carbono en la cadena, y cada uno tiene dos electrones de valencia con el otro. Si se unen dos moléculas de etano, uno de los enlaces de carbono de cada molécula puede romperse y las dos moléculas pueden unirse mediante un enlace carbono-carbono. Después de conectar dos medidores, quedan dos electrones de valencia libres más en cada extremo de la cadena para conectar otros medidores o hilos P. El proceso puede continuar conectando más medidores y polímeros hasta que se detiene mediante la adición de otro químico (terminador) que llena el enlace disponible en cada extremo de la molécula. Esto se denomina polímero lineal y es el elemento básico de los compuestos termoplásticos.
La cadena polimérica a menudo se muestra en dos dimensiones, pero debe tenerse en cuenta que tienen una estructura polimérica tridimensional. Cada eslabón forma un ángulo de 109° cona continuación, y por lo tanto la columna vertebral de carbono atraviesa el espacio como una cadena retorcida de TinkerToys. Cuando se aplica voltaje, estas cadenas se estiran y el alargamiento P puede ser miles de veces mayor que en las estructuras cristalinas. Estas son las características estructurales de los polímeros.
