polímeros y macromoléculas

APUNTES
POLIMEROS Y MACROMOLECULAS
QUIMICA 2º BACHILLERATO
CURSO 2009- 10
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POLIMEROS Y MACROMOLECULAS
POLÍMERO: Molécula compleja, formada por la repetición sucesiva de
moléculas sencillas (miles de veces), denominadas monómeros.
MACROMOLECULAS: Compuestos generalmente orgánicos, de elevada
masa molecular y de gran importancia en procesos biológicos y en la industria
química. Ejemplo: Acidos nucleicos, enzimas, carbohidratos,...plásticos, fibras,
caucho, siliconas....
Su desarrollo se produjo a finales del S. XIX, H Standinger
POLIMEROS
-
Formados por la repetición de monómeros (moléculas sencillas)
Su peso molecular puede llegar a millones de umas (10 6 − 10 7 ) .
CLASIFICACIÓN DE POLIMEROS Se realiza en base a distintos parámetros:
1) POR SU PROCESO DE SINTESIS
Crecimiento en cadena: Se añade un monómero a la cadena
sin eliminación de ninguna molécula. Suelen ser adiciones de
alquenos
Crecimiento por pasos: Adición de un monómero con
eliminación de moléculas pequeñas, normalmente agua. Suele
darse en monómeros bifuncionales: dioles, diaminas, ácidos
dicarboxílicos…
2) POR SU CADENA CARBONADA Influye de forma importante en las
propiedades del polímero.
Polímeros lineales Se enlazan sólo por los extremos = cadena
lineal. Los polímeros lineales pueden ser:
• Elastómeros: Largas cadenas lineales que aumentan de
longitud al estirarlas y luego recuperar su forma inicial.
Suelen estar unidas entre sí por puentes disulfuro.
• Termoplásticos: Cadenas lineales o muy poco
ramificadas pero con interacciones mayores que los
elastómeros (grupos más polares)
Polímeros termoestables o ramificados Estructura
tridimensional muy ramificada, incluso con enlaces covalentes
entre las cadenas= materiales resistentes y rígidos.
3) POR SU COMPOSICION
Homopolímero Formado por unidades idénticas
Copolímero Formado por más de un tipo de monómero
4) POR SU COMPORTAMIENTO ANTE EL CALOR
Termoplásticos Se ablandan o moldean por el calor, y al
enfriarse recuperan sus propiedades = Derivados polietilénicos,
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COLEGIO SALESIANO EL PILAR - SOTO DEL REAL - MADRID poliamidas, sedas artificiales, celofán. Bajos puntos de fusión y
solubles en disolventes orgánicos
Termoestables No pueden moldearse por calor. Al calentarse
se endurecen porque forman nuevos entrecruzamientos. Se
descomponen a altas temperaturas. Insolubles: Baquelita y
ebonita.
5) POR SU ESTRUCTURA
POLIMEROS ETILÉNICOS Se forman a partir de alquenos y
derivados. Ejemplo: Polietilieno, polipropileno, poliestireno, PVC,
teflón, …
ELASTOMEROS O CAUCHOS SINTETICOS
POLIAMIDAS Y POLIESTERES (fibras sintéticas)
POLIURETANOS
SILICONAS
PROPIEDADES FISICAS DE LOS POLIMEROS
Dependen del monómero y de su forma de unión, así como de las fuerzas
inter e intramoleculares.
Generalmente las propiedades son bastante distintas a las de los
monómeros.
Pueden ser amorfos o cristalinos
Sus características son muy diversas
- Duros y resistentes: materiales de construcción (PVC), baquelita
(cabezas de misiles)
- Flexibles: Polietileno
- Elásticos: Caucho
- Inertes: Teflón
Las propiedades originales de los polímeros se pueden modificar añadiendo
pequeñas cantidades de aditivos químicos. Ejemplos:
- Esteres de bajo peso molecular, actúan como lubricantes de
cadena de polímero aumentando su flexibilidad.
Las propiedades
- Hidrocarburos volátiles, forman espumas al calentarse
- Monómeros bifuncionales, generan entrecruzamientos y dan
rigidez al polímero
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COLEGIO SALESIANO EL PILAR - SOTO DEL REAL - MADRID PROCESO DE POLIMERIZACION
Factores que afectan a la síntesis de polímeros.
- Tamaño del monómero: Afecta al tamaño del polímero y a sus
propiedades
- Catalizador
- Condiciones de reacción
- Técnicas de polimerización: Existen dos mecanismos básicos:
Condensación y adición
TECNICAS DE POLIMERIZACIÓN
1. REACCIONES DE ADICIÓN
- Son reacciones radicálicas= reacciones en cadena
- Adición sucesiva de radicales al doble enlace, formando nuevos
radicales que se unen a otro monómero
n(CH 2 = CH 2 ) → •CH 2 − CH 2 • +CH 2 = CH 2 → •CH 2 − CH 2 − CH 2 − CH 2 • ....
Polieteno o polietileno
Fases de reacción de adición radicálica
1. Iniciación: Se suelen utilizar peróxidos orgánicos como iniciadores de
la reacción. Ejemplo: Peróxido de benzoílo que genera radicales
benzoílo-oxi.
80º C
C6 H 6 − CO − O − O − CO − C6 H 6 
→ 2C6 H 6 − COO •
2.
Propagación: Etapa muy rápida (más de 1000 monómeros/segundo)
- Se suelen utilizar estereocatalizadores, que permiten influir en el
tipo de isómero que queremos obtener actuando sobre la
distribución de los grupos laterales, condicionando la adición de
monómeros sucesivos sobre la cadena principal. Ej: TiCl4 o
trietilaluminio.
Terminación: Se suelen utilizar tioles R-SH, por que el radical R-S* es muy
poco reactivo y tiende a dimerizarse R-S-S-R, eliminado así radicales del
proceso, limitando la longitud de la cadena.
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COLEGIO SALESIANO EL PILAR - SOTO DEL REAL - MADRID 2. REACCIONES DE CONDENSACION
Reacción entre dos monómeros con diferentes grupos funcionales en los
extremos de la molécula, con la eliminación de una molécula pequeña.
2 posibilidades
→ grupos
Ej: Acido propanodioico + 1,3-propanodiol 
terminales ácido o alcohol.
- Características de las reacciones de condensación:
La formación del tipo de polímero depende de la
concentración de cada monómero → gran importancia la
relación molar entre los monómeros.
La pureza de los monómeros es muy importante para no
obtener sustancias indeseadas.
Ejemplos de monómeros en reacciones de condensación:
Diaminas
Dialcoholes
Acidos dicarboxílicos
Productos obtenidos (razonar y formular los monómeros de
los que proceden estos polímeros)
Poliamidas
Poliésteres…fibras sintéticas, nylon, tergal….
POLIMEROS DE INTERES INDUSTRIAL
A) POLIMEROS ETILENICOS Se obtienen por adición.
Polieteno o polietileno Síntesis radicálica del eteno
n ( CH 2 = CH 2 ) → −CH 2 − CH 2 − CH 2 − CH 2 −
Se pueden obtener varios tipos de PE. El Pe de baja densidad LDPE (0,92
gr/cc), es poco cristalino y flexible (bolsas).
Se utilizan catalizadores específicos (Ziegler-Natta) para obtener PE de alta
densidad HDPE, mayor densidad (0,96gr/cc), más cristalino y rígido.
PVC Cloruro De Polivinilo Polímero termoplástico, no
cristalino. Tuberías, puertas, recipientes… Ver tabla 338 MG
n ( CH 2 = CHCl ) → −CH 2 − CHCl − CH 2 − CHCl −
B) CAUCHO NATURAL Y ARTIFICIAL Polímero de adición del isopreno
(metil-1,3-butadieno).
CH 2 = CH − CH = CH 2
Γ
...........CH 3 ...............
- Adición cabeza-cola → cadena de dobles enlaces separados por tres enlaces
sencillos → gran elasticidad.
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COLEGIO SALESIANO EL PILAR - SOTO DEL REAL - MADRID CH 2 − CH − CH = CH 2 − CH 2 − CH − CH = CH 2
Γ
Γ
...........CH 3 ..................................CH 3 ...............
- Características:
Gran elasticidad, pero quebradizos
Se ablandan con el calor
Vulcanización → proceso descubierto por Charles Goodyear. Consiste en
calentar caucho con azufre (3-8%), generándose puentes disulfuro entre
cadenas, aumentando mucho su resistencia → neumáticos.
Caucho natural → Cis isopreno
Caucho sintético o elastómeros Es muy elástico. Ejemplo: Buna S, Buna N,
Caucho butilo, Neopreno (monómero = 2-cloro-1,3-butadieno =
entrecruzamientos con ZnO en vez de con S)= Trajes de submarinismo, fibras
aislantes, automóvil….
A) FIBRAS TEXTILES Se obtienen por condensación.
Simetría estructural y fuerzas intermoleculares que les confieren gran
resistencia mecánica.
Estabilidad al calor o a los agentes químicos → resistencia a los tintes:
cambio de color.
Hay varios tipos: Poliésteres y poliamidas o nailones.
Poliésteres Condensación diácido + dialcohol
- Dracón o Terylene: Polímero del 1,4-bencenodioico + 1,1-etanodiol
(etilenglicol) → éster. Formular los monómeros.
- Cadenas muy compactadas y consistentes → gran durabilidad, no arrugas.
Poliamidas o nailones Condensación diácido + diamida
– Los grupos CO y NH de distintas cadenas facilitan la formación de puentes
de hidrógeno entre ellas → Gran resistencia y elasticidad.
– Primera poliamida sintética el NYLON 6,6, ácido hexanodioco y
hexadiamina. Formular monómero y polímero.
– Curiosidad: Procedencia de la palabra NYLON, se debe a las ciudades de procedencia de
los inventores New York y LONdon, y a los nombres de sus esposas Nina, Yolanda, Lucy,
Olga y Norma.
B) POLIURETANO Polímero de condensación .Provienen del uretano (R´-NH-
COO-R) → grupo funcional éster y amida (proviene de la reacción del
isocianato + alcohol:
R´− N = C = O + HO − R
isociano
Reacción entre diisocianatos y dialcoholes (no se libera agua)
O = C = N − R − N = C = O + HO − R´−OH →
−O − CO − NH − R − NH − CO − O − R´−O − CO −
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COLEGIO SALESIANO EL PILAR - SOTO DEL REAL - MADRID Características y usos:
- Licras
- Espumas de poliuretano: Al añadir una pequeña cantidad de agua
a la reacción genera CO2, que forma unas burbujas dando
aspecto esponjoso.
- Corazones artificiales: Inerte ante la sangre, no la coagula ni se
deteriora.
A) BAQUELITA Polímero de condensación de fenol + metanal →
o-hidroximetilfenol y p-hidroximetilfenol. Los polímeros pueden ser lineales o
ramificados.
B) SILICONAS Polímero de condensación de derivados hidroxilados del
Silicio → Tienen naturaleza orgánica e inorgánica.
.......OH .............OH − − − −....R´.........R
[
[
[
[
]
]
]
]
R − Si − R´+ R − Si − R´→ R − Si − O − Si − R´
R= vinilo, fenilo....
.......OH .............OH − − − − − OH .......OH
Características: Gran resistencia mecánica y térmica (debido a la presencia
inorgánica), a la vez que flexibilidad (sustancia orgánica)
Inertes e inmiscibles en agua. Elevada temperatura de inflamación.
C) RESINAS EPOXI Polímero de condensación, generando poliéteres.
Muy resistentes y adherentes. Uso como pegamentos y adhesivos y pinturas.
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MACROMOLECULAS DE ORIGEN NATURAL
Son macromoléculas de gran peso molecular. Enlace covalente en la molécula
y fuerzas intermoleculares, en la misma molécula y entre ellas.
1. POLISACARIDOS O HIDRATOS DE CARBONO. Son polímeros
de monosacáridos, polihidroxialdehidos (aldosas) o
polihidroxicetonas (cetosas). Son polímeros de pentosas y
hexosas. A continuación se relacionan las más frecuentes, en
forma lineal y cíclica (furanosa y piranosa).
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COLEGIO SALESIANO EL PILAR - SOTO DEL REAL - MADRID La unión de dos monosacáridos da lugar a disacáridos (éter), condensación.
La hidrólisis de los disacáridos o polisacáridos da lugar a monosacáridos.
PRINCIPALES POLISACARIDOS
- Celulosa Moléculas lineales, largas y muy empaquetadas. Tejido
de sostén de la pared vegetal.
- Almidón Estructura ramificada. Facilita el ataque enzimático. Es
reserva alimenticia de las raíces.
- Glucógeno Reserva de glúcidos en los músculos.
2. LIPIDOS Los lípidos de estructura polimérica son los relacionados
con el isopreno., que reacciona dando lugar a terpenos
Isopreno
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Geraniol
terpeno
Características de los lípidos
- Son insolubles en agua y solubles en compuestos orgánicos apolares
- Forman parte de las membranas celulares
- Función de reserva energética en los seres vivos.
3. PROTEINAS Polímeros de condensación de AA, unidos mediante
enlace peptídico (grupo ácido + grupo amino = enlace peptídico +
agua)
Características de las proteínas
- Fuerzas intermoleculares muy intensas
- Convenio: Grupo amino = inicio de cadena y grupo ácido (final de
cadena), grupo terminal.
- Formadas por 100 a 10.000 AA
- Tipos de proteínas:
. Proteínas simples: Polímero de AA
. Proteínas conjugadas o heteroproteínas: Grupo prostético (no de
naturaleza peptídica).
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4. ACIDOS NUCLEICOS Formado por la unión de ácido fosfórico,
una pentosa (ribosa=ARN o desoxiribosa=ADN), y una base
nitrogenada (púrica =adenina, guanidina, o pirimidínica= timina,
citosina y uracilo).
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H3PO4 +C3−PENTOSA
CONDENSACION
BASE NITROGENADA+PENTOSA (C1) 
→NUCLEOSIDO 
→NUCLEOTIDO
UNION DE NUCLEOTIDOS 
→H3PO4 − C5 − PENTOSA...SIGUIENTE
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Características de los ácidos nucleicos
- Cadenas helicoidales en forma de doble hélice ADN,
- Cadena sencilla ARN
- En el interior de las hélices se encuentran las bases nitrogenadas,
que se acoplan por pares mediante puentes de hidrógeno.
- Emparejamientos: A-T y C-G
- Secuencia de bases nitrogenadas en la cadena, informa del
código genético.
- El ARN utiliza el Uracilo en vez de timina
- ARN, son cadenas más cortas que el ADN
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