MACROMOLÉCULAS

¿Qué son las macromoléculas?

• Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.

Generalidades• Existen muchas clases de moléculas que poseen una

composición mucho más complicada, es decir, una gran cantidad de átomos y un valor grande en su masa molecular; a esta clase de composiciones se le denomina macromoléculas.

• Específicamente una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa no menos de 10.000 dalton de masa

• Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.

• Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y algunas de gran relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas.

• Tradicionalmente, las macromoléculas se clasifican en síntéticas (polímeros sintéticos), y naturales.

• Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos.

• Los polímeros son sustancias conformadas por macromoléculas.

Tipos de macromoléculasNaturales• Caucho• Carbohidratos (almidón, celulosa, glucógeno,

quitina)• Proteínas• Ácidos nucleicos• Lípidos

Artificiales Plásticos Fibras textiles

sintéticas Poliuretano Polietileno Cloruro de polivilino

(PVC) Politetrafluoroetileno

Según su estructura molecular• Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza

y cola)• Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres

o más sitios.Según su estructura molecular• Homopolímeros: Un monómero.• Copolímeros: Dos o más monómeros.Por su comportamiento ante el calor• Termoplásticos: se reblandecen al calentar y recuperan

sus propiedades al enfriar.• Termoestables: se endurecen al ser enfriados de nuevo

por formar nuevos enlaces

Clasificación de los compuestos macromoleculares

Los compuestos macromoleculares se dividen en:• Artificiales.- Obtenidos como resultado de la

separación, depuración y transformación de polímeros naturales como la celulosa, proteínas, lignina, ácidos nucleicos, caucho natural, lana, seda, etc.

• Sintéticos.- Obtenidos a partir de diferentes compuestos orgánicos.

Importancia de las Macromoléculas

• Tienen gran importancia a nivel industrial, en la producción de plásticos, rollos fotográficos, y alimentos. Es así que el descubrimiento del hule y la síntesis de plásticos artificiales dieron un vuelco a la naturaleza de los materiales que rodean a la humanidad., en muchas de sus aplicaciones, los plásticos han sustituido con ventaja al vidrio, al cuero, al algodón, a la cerámica, a la madera y hasta a los metales.

• Hoy, los materiales plásticos son importantes satisfactores de necesidades en cualquier sociedad, su influencia abarca sectores industriales de gran importancia, como el automotriz, el electrónico, el de la construcción e incluso el de la salud.

• Por otra parte también están presentes en la condición biológica de cualquier ser vivo. La estructura de cada uno de ellos permiten que cumplan una función que las diferencia de las otras. Se habla de tres grandes tipos: carbohidratos, lípidos y proteínas, que se pueden encontrar en los alimentos que el ser humano consume diariamente y mediante procesos metabólicos en el interior del organismo pueden ser descompuestas en moléculas más sencillas con el objetivo de brindar la energía necesaria al cuerpo.

Propiedades • Los compuestos macromoleculares constan de

moléculas gigantes (macromoléculas) formadas como resultado de la interacción química de una gran cantidad de moléculas monómeras iniciales.

• Los compuestos macromoleculares se distinguen de los monómeros por su aspecto exterior y características.

• Las macromoléculas están constituidas por una gran cantidad de eslabones elementales que se repiten.

• Mientras que el peso molecular de las sustancias micromoleculares (agua, alcoholes, aminoácidos, sales, glucosa, etc.) se expresa en decenas y centenas de unidades, las moléculas de los compuestos macromoleculares (polímeros) pueden contener varias centenas y miles de átomos enlazados entre si por valencias principales y tienen un peso molecular que con frecuencia constituye millares e incluso millones de unidades.

Impacto de las Macromoléculas sintéticas en la humanidad

• Hoy en día convivimos a diario con las macromoléculas sintéticas y lo polímeros, y muchas de ellas son muy importantes e indispensables en las actividades que realizamos en nuestra vida cotidiana; porque por ejemplo productos como el plástico se han globalizado a gran medida y han revolucionado la fabricación de muchos productos.

• De la misma forma es muy importante hacer buen uso de estos polímeros ya que, la mayoría de ellos son provenientes del petróleo, el cual siendo un recurso de escasez en los últimos años podría agotarse a causa de la inconciencia humana.

• Por otra parte actualmente el plástico es el producto que mas a revolucionado las industrias y las sociedades humanas, ya que la fabricacion de diversos productos a base de plásticos ha sustituido el uso de otros productos como son el metal, la amdera, el vidrio, entre otros.

• Y de cierta forma encontramos el plástico en todas partes, y dicho producto no es biodegradable. Es por eso que los desperdicios plásticos causan terribles consecuencias en la contaminación global, debido a que tardan miles de años en biodegradarse. Es necesario que los seres humanos tomen medidas al respecto, y eviten el uso de tantos materiales plásticos innecesarios, y adopten la costumbre de reciclaje, o pronto acabaremos en un mundo completamente contaminado.

Los Polímeros

• Los polímeros (del Griego: poly: muchos y mero: parte, segmento) son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

• Los polímeros no son más que unas sustancias formadas por una cantidad finita de moléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica representativa de esta familia de compuestos orgánicos. Constituyen enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

• Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas.

• La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel.

• La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon.

• La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo de polímero natural.

• El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

• Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

Clases de polímeros• Polímeros naturales: Son aquellos provenientes directamente del

reino vegetal o animal, como la seda, lana, algodón, celulosa, almidón, proteínas, caucho natural (látex o hule), ácidos nucleicos, como el ADN, entre otros.

• Polímeros semisintéticos: Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa o el caucho vulcanizado.

• Polímeros sintéticos: Son los transformados o “creados” por el hombre. Están aquí todos los plásticos, los más conocidos en la vida cotidiana son el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno. La gran variedad de propiedades físicas y químicas de estos compuestos permite aplicarlos en construcción, embalaje, industria automotriz, aeronáutica, electrónica, agricultura o medicina.

El Caucho

• El caucho es un polímero elástico, cis -1,4-polisopreno, polímero del isopreno o 2 metilbutadieno. C5H8 que surge como una emulsión lechosa (conocida como látex) en la savia de varias plantas, pero que también puede ser producido sintéticamente.

Los Carbohidratos• Los GLÚCIDOS o HIDRATOS DE CARBONO, son

sustancias orgánicas ternarias de origen casi vegetal, en donde predominan el Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O).

• Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuentran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales.

Proteína• Las proteínas son moléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos.• Las proteínas son indispensables para la vida, sobre todo

por su función plástica (constituyen el 80% del protoplasma deshidratado de toda célula), pero también por sus funciones biorreguladoras (forma parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son proteínas).

• Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo.

Ácido nucléico• Los ácidos nucléicos son grandes polímeros

formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucléicos llegan a alcanzar tamaños gigantescos, con millones de nucleótidos encadenados. Los ácidos nucléicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.

Los Lípidos

• Los LÍPIDOS O MATERIAS GRASAS son compuestos orgánicos ternarios complejos constituidos por moléculas de Triglicéridos. Se presentan como GRASAS sólidas a 20ºC de origen animal o como ACEITES líquidos a 20ªC de origen vegetal. Para utilizarlos, los lípidos son transformados mediante el proceso digestivo en ÁCIDOS GRASOS y GLICERINA. Son alimentos con función de RESERVA ENERGÉTICA. Se consumen para producir energía cuando se han agotado los Glúcidos.

Tipos de polímeros

• Polímeros Termoplásticos• Polímeros Termofijos• Polímeros termoestables• Polímeros elastómeros

Los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión. Representan el 78-80% de consumo total.

• Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta material de empaque.

• Es barato y puede moldearse a casi cualquier forma, extruírse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas.

• Éste es el termoplástico más usado.

Según la tecnología que se emplee se pueden obtener dos tipos de polietileno:

Dependiendo del catalizador, este polímero se fabrica de dos maneras: a alta presión o a baja presión. En el primer caso se emplean los llamados iniciadores de radicales libres como catalizadores de polimerización del etileno. El producto obtenido es el polietileno de baja densidad ramificadoPolietileno de alta densidad (HDPE). La principal diferencia es la flexibilidad, debido a las numerosas ramificaciones de la cadena polimérica a diferencia de la rigidez del HDPE.Se emplea para hacer recipientes moldeados por soplado, como las botellas y los caños plásticos(flexibles, fuertes y resistentes a la corrosión).El polietileno en fibras muy finas en forma de red sirve para hacer cubiertas de libros y carpetas, tapices para muros, etiquetas y batas plásticas.

El polipropileno se produce desde hace más de veinte años, pero su aplicación data de los últimos diez, debido a la falta de producción directa pues siempre fue un subproducto de las refinerías o de la desintegración del etano o etileno.Como el polipropileno tiene un grupo metilo (CH3) más que el etileno en su molécula, cuando se polimeriza, las cadenas formadas dependiendo de la posición del grupo metilo pueden tomar cualquiera de las diferentes estructura

Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien empacadas y producen resinas de alta calidad.

El polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de freezer y microondas ya que tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja absorción de humedad. Otras propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasión e impacto, transparencia, y que no es tóxico.Asimismo se usa para fabricar

carcazas, juguetes, valijas, jeringas, baterías, tapicería, ropa interior y ropa deportiva, alfombras, cables, selladores, partes automotrices y suelas de zapatos.

ORIGEN• Este polímero se obtiene polimerizando el cloruro de vinilo

CLASIFICACIÓN

• Existen dos tipos de cloruro de polivinilo, el flexible y el rígido. Ambos tienen alta resistencia a la abrasión y a los productos químicos. Pueden estirarse hasta 4 veces y se suele copolimerizar con otros monómeros para modificar y mejorar la calidad de la resina.

CARACTERÍSTICAS

• Las resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino que se mezclan con diferentes aditivos.

• El PVC flexible se destina para hacer manteles, cortinas para baño, muebles, alambres y cables eléctricos; El PVC rígido se usa en la fabricación de tuberías para riego, juntas, techado y botellas.

Posee baja densidad, estabilidad térmica y bajo costo. El hecho de ser rígido y quebradizo lo desfavorecen. Estas desventajas pueden remediarse copolimerizándolo con el acrilonitrilo (más resistencia a la tensión).

Es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de fusión. Fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por inyección; Posee buenas propiedades eléctricas, absorbe poco agua (buen aislante eléctrico),

resiste moderadamente a los químicos, pero es atacado por los hidrocarburos aromáticos y los cloradosSe comercializa en tres diferentes formas y calidades. De uso común, encuentra sus principales aplicaciones en los mercados de inyección y moldeo.

EXPANDIBLE se emplea en la fabricación de espuma de poliestireno que se utiliza en la producción de accesorios para la industria de empaques y aislamientos.POLIESTIRENO DE IMPACTO(Alto, medio y bajo) que sustituye al de uso general cuando se desea mayor resistencia. Utilizada para fabricar electrodomésticos,juguetes y muebles.

• Este copolímero tiene mejor resistencia química y térmica, así como mayor rigidez que el poliestireno. Sin embargo no es transparente por lo que se usa en artículos que no requieren claridad óptica. Algunas de sus aplicaciones son la fabricación de artículos para el hogar

• .

• Estos polímeros son plásticos duros con alta resistencia mecánica, de los pocos termoplásticos que combinan la resistencia con la dureza. Se pueden usan en aleaciones con otros plásticos. Así por ejemplo, el ABS con el PVC nos da un plástico de alta resistencia a la flama que le permite encontrar amplio uso en la construcción de televisores. Sus cualidades son una baja temperatura de ablandamiento, baja resistencia ambiental y baja resistencia a los agentes químicos

•Se caracterizan por tener cadenas poliméricas entrecruzadas, formando una resina con una estructura tridimensional que no se funde.

•Polimerizan irreversiblemente bajo calor o presión formando una masa rígida y dura.

•Las uniones cruzadas se pueden obtener mediante agentes que las provoquen, como en el caso de la producción de las resinas epóxicas.

•Pueden reforzarse para aumentar su calidad, dureza y resistencia a la corrosión.

•Cuando se hace reaccionar un glicol y un isocianato con más de dos grupos funcionales, se forma un polímero termofijo.

AMINORESINAS para recubrimiento de madera (fórmica)

EPÓXICOS por mezclado de dos sustancias químicas que forman un polímero duro

FENÓLICOS: tarjetas de circuitos impresos

POLIÉSTERES: se utiliza para tubos, tanques, cascos de botes, etc.

POLIURETANOS: pertenecen a la gran familia de los polímeros y se presentan en termoplásticos , termofijos y elastómeros

Silicones: se encuentran en los elastómeros y termofijos

POLIURETANOS

Rígidos se consiguen utilizando trioles obtenidos a partir del glicerol y el óxido de propileno. También se puede usar el óxido de etileno, aunque se prefiere el propileno porque le imparte mayor resistencia a la humedad.

USOS: Más del 90% de los poliuretanos flexibles se emplean para hacer colchones y para acolchonar muebles. En la industria de la transportación se consume un promedio de 16 kilogramos de poliuretano flexible por coche, sólo para acolchonamiento y relleno.

Estos artículos son claros como el agua, fuertes y duros, pero se pueden romper. Tienen buenas propiedades eléctricas.

Como adhesivos para hacer madera aglomerada, gabinetes para radio y botones. Las resinas melamina-formaldehído se emplean en la fabricación de vajillas y productos laminados que sirven para cubrir muebles de cocina, mesas y escritorios.

Se produce con amoníaco y bióxido de carbono; La melamina está constituida por tres moléculas de urea. Tanto la urea como la melamina tienen propiedades generales muy similares,

Los resols se obtienen cuando se usa un catalizador básico en la polimerización. El producto tiene uniones cruzadas entre las cadenas que permiten redes tridimensionales termofijas.

El novolac se hace usando catalizadores ácidos. Las cadenas no

tienen uniones cruzadas por lo que el producto

es permanenteme

nte soluble y fundible.

La reacción entre el fenol y el formaldehído tiene como resultado las resinas fenólicas o fenoplast. Las propiedades más importantes de los termofijos fenólicos son su dureza, su rigidez y su resistencia a los ácidos. Tienen excelentes propiedades aislantes y se pueden usar continuamente hasta temperaturas de 150°C.

• Casi todas las resinas epóxicas comerciales se hacen a partir del bisfenol A (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a partir del alcohol alílico).

• Sus propiedades más importantes son: alta resistencia a temperaturas hasta de 500°C, elevada adherencia a superficies metálicas y excelente resistencia a los productos químicos.

• Se usan principalmente en recubrimientos de latas, tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo.

Estas resinas se hacen principalmente a partir de los anhídridos maleico y ftálico con propilenglicol y uniones cruzadas con estireno.

El uso de estas resinas con refuerzo de fibra de vidrio ha reemplazado a materiales como los termoplásticos de alta resistencia, madera, acero al carbón, vidrio y acrílico, lámina, cemento, yeso, etc.

Las industrias que mas la utilizan son la automotriz, marina y la construcción. Las resinas de poliéster saturado se usan en las lacas para barcos, en pinturas para aviones y en las suelas de zapatos.

POLÍMEROS ELASTÓMEROSLos elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico .Cada uno de los monómeros que se unen entre sí para formar el polímero está normalmente compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno o silicio.

Es gracias a estas grandes cadenas que los polímeros son elásticos ya que son flexibles y se encuentran entrelazadas de manera muy desordenada

La mayoría de estos polímeros son hidrocarbonos

Se obtiene en forma natural del polisopreno que proviene del látex de la goma de los árboles.

Otra manera de obtener un elastómero es a partir de la síntesis de petróleo y gas natural.

• Para modificar algunas de las características de los elastómeros, es posible añadir otros elementos como el cloro, obteniendo así el neopreno tan utilizado en los trajes húmedos para bucear.

• Los elastómeros suelen ser normalmente polímeros termoestables pero pueden ser también termoplásticos.

TERMOPLÁSTICO:

Los plásticos mas utilizados pertenecen a este grupo.Sus moléculas están dispuestas libremente sin entrelazar Gracias a esta

disposición se reblandecen con el calor adquiriendo la

forma deseada.

TERMOESTABLES:

Sus macromoléculas se entrecruzan formando una red de malla

cerrada.Esta disposición

no permite nuevos cambios

de forma mediante calor o presión solo se

deforma una vez.

• Sus macromoléculas se ordenan en forma de red de malla con pocos enlaces.

• Esta disposición permite obtener plásticos de gran elasticidad que recuperan su forma y disposiciones cuando deja de actuar sobre ellos una fuerza. ELASTOMEROS :

Los polímeros isómeros del tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas de los segmentos consecutivos (Monómeros).

Reducen la fricción entre las partículas del material, minimizando el calentamiento por fricción y retrasando la fusión hasta el punto óptimo.

Reducen la viscosidad del fundido promoviendo el buen flujo del material.

Evitan que el polímero caliente se pegue a las superficies del equipo de procesamiento.

A los lubricantes se clasifican en:• Externos

• Ceras parafínicas

• Ceras de polietileno

• Ceras tipo éster

Polimerización por adición

Polimerización por condensación.

,

POLIMERIZACIÒN POR ADICIÒN :Apertura del doble enlace - Polimerización de tipo vinilo.

Apertura de un anillo - Polimerización tipo epóxi.

Apertura de un doble enlace con eliminación - Polimerización alifática del tipo diazo.

Ruptura del anillo con eliminación -Polimerización del tipo a -aminocarboxianhidro.

Adición de birradicales formados por deshidrogenación - Polimerización tipo p-xileno.

POLIMERIZACIÒN POR CONDENSACIÒN :Formación de poliésteres, poliamidas, poliéteres, polianhidros, etc., por eliminación de agua o alcoholes,

Formación de polihidrocarburos, por eliminación de halógenos o haluros de hidrógeno,

Formación de polisulfuros o poli-polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio, con haluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros alcalinos o por oxidación de dimercaptanos

a) Polimerización por adición.

Sin pérdidas de moléculas. Se produce por apertura de doble enlaceSuelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica: Ejemplo:1. Iniciación: CH2=CH Cl + catalizador ⇒ •CH2–CHCl•

2. Propagación o crecimiento:

•CH2–CHCl• ⇒ •CH2–CHCl–CH2–CHCl•

3. Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

b) Polimerización por condensación o en etapas

Se produce reacción entre dos monómeros polifuncionales distintos

y se liberauna molécula pequeña (generalmente H2O)

PRODUCTOS OBTENIDOS POR ADICIÓN Y CONDENSACIÓN

Sólo se deforman por calor y presión una vez, adquiriendo una consistencia interna que les impide deformarse de nuevo. Esto se debe a que sus macromoléculas se entrecruzan formando una red que no permite nuevos cambios. Tienen gran resistencia química.

Son soldables y reciclables

Poseen una estructura molecular

de cadenas abierta o

hilos.

El proceso de polimerización se suele dar en dos etapas: en la primera se produce la polimerización parcial, formando cadenas lineales mientras que en la segunda el proceso se completa entrelazando las moléculas aplicando calor y presión durante el conformado.La primera etapa se suele llevar a cabo en la planta química, mientras que la segunda se realiza en la planta de fabricación de la pieza terminadaTambién pueden obtenerse plásticos termoestables a partir de dos resinas líquidas, produciéndose la reacción de entrelazamiento de las cadenas al ser mezcladas (comúnmente con un catalizador y un acelerante).

• Respecto a los termoplásticos. Por ejemplo, tiene una mejor resistencia al impacto, a los solventes, a la permeación de gases y a las temperaturas extremas.

VENTAJAS

• Tiene la dificultad de procesamiento• La necesidad del curado, el carácter

quebradizo del material (frágil)• Y el no presentar reforzamiento al

someterlo a tensión.

DESVENTAJAS

• Caucho natural vulcanizado• Baquelita, una resina tipo fenol formaldehído

utilizada principalmente en la industria electrónica

• Duroplast • Urea-Formaldehído. Espuma (utilizada en

imitaciones de madera y tableros• Melamina (utilizada en tableros para trabajo)• Resinas insaturadas de poliéster, que casi

siempre se usan reforzadas con fibra de vidrio• Poliuretanos• Siliconas• Caucho sintético

EJEMPLOS