Hola amigos de @stemsocial, estoy muy emocionado de continuar con mi serie de 3 post acerca de los polímeros en esta prestigiosa comunidad.
La verdad me siento muy satisfecho de haber encontrado entre los amigos de stemsocial, una oportunidad de compartir el cúmulo de conocimientos que adquirí con el paso de los años en mi formación académica.
Sin más a que hacer referencia, les dejo a continuación; la segunda parte de tres de un breve estudio de los polímeros que he realizado en el marco de una investigación de la cual fui promotor en mi Universidad de origen.
Estructuras poliméricas
Las características importantes de un polímero dependen de su estructura química, que se puede dividir en dos partes:
Estructura microquímica o primaria: la cual estudia la naturaleza de los átomos de la cadena y de los sustituyentes, los cuales forman la unidad repetitiva.
Estructura macroquímica o catenaria: la que estudia la cadena en su totalidad sin tener en cuenta los átomos que la componen.
En realidad, existen varias jerarquías de estructuras: dado un tipo de estructura primaria, ésta se desarrolla en el espacio de muchas maneras, a esto se le llama estructura secundaria o conformacional y además, en las macromoléculas de grado de ordenamiento muy grande, existen estructuras terciarias4.
Volviendo a la estructura macroquímica, se pueden encontrar:
a) Polímeros de cadena lineal. Son polímeros en cuya molécula los átomos están colocados en una larga estructura en forma semejante a los eslabones de una cadena. Esta cadena es la “cadena catenaria”. Normalmente, algunos de sus átomos tendrán pequeños grupos pendientes unidos a ellos (estas cadenas pendientes son sólo unos pocos átomos, pero la cadena catenaria usualmente tiene cientos de miles de átomos).
b) Polímeros ramificados. Son aquellos en cuya molécula presentan cadenas pendientes de la principal, las ramificaciones, que están formadas por cadenas de más de 30 – 40 átomos, lo que lo diferencia de lo anterior.
Dentro de estos, existen distintas estructuras:
b.1) Estadísticos: Donde hay más de una posibilidad de ser recorridas, no es fácil definir cuáles son las ramificaciones. Al tomar una rama, ésta es tan importante como cualquier otra.
b.2) Estrella: existe un núcleo, esto sucede, por ejemplo, cuando varias cadenas de polímeros se juntan formando un centro común (son los usados en aditivos para aceites de motor). Otra teoría acerca de su formación dice que comienzan a partir de un monómero y tienen ramificaciones desde este punto.
b.3) Dendritas: Se construyen en forma tal que el crecimiento es sumamente ramificado y cada ramificación genera nuevas. Esto tiende a dar moléculas esféricas (tienen propiedades inusuales, utilizados por ejemplo en la liberación controlada de drogas, catalizadores, etc.)
b.4) Peine: Presenta una cadena larga de la que cuelgan muchas otras cortas.
b.5) Escalera: Presentan estructuras cortas entre dos cadenas largas.
c) Polímeros reticulados. Son los que presentan estructuras tridimensionales que forman retículos más o menos al azar. No es posible descubrir una cadena, sino que están todas unidas entre sí. Originalmente fueron cadenas lineales o ramificadas y que se han juntado por una serie de medios entre los cuales se encuentran el calor y los agentes químicos, entre otros.
La mayoría de los polímeros lineales son termoplásticos: cuando la temperatura se eleva y llega a un cierto valor, la molécula se ablanda y puede fluir y deformarse bajo la fuerza de gravedad o fuerzas mecánicas y vuelven al estado original sólido cuando se enfrían. Estos polímeros se pueden solubilizar en los solventes apropiados.
Por el contrario, los polímeros reticulados, debido a los enlaces covalentes involucrados en la cohesión de las cadenas, no son solubles en muchos solventes, no fluyen cuando la temperatura se incrementa y no se deforman bajo fuerzas mecánicas moderadas: estos son llamados “termosetting”, término que también se utiliza para oligómeros y polímeros funcionales que son termoplásticos como tales, pero pueden ser convertidos en la forma “termoset” por un post-tratamiento apropiado4.
Orden de cadenas
Se refiere a la estructura a nivel de resolución de las unidades de Armstrong (1 a 10Å). Se pueden distinguir las siguientes posibilidades de organización:
Estado cristalino ideal: Representa la situación de equilibrio termodinámico y es muy rara vez alcanzado por sistemas macromoleculares1.
Estado idealmente desordenado o amorfo: Representa la situación de mayor desorden y su estructura se puede asimilar a la del estado fundido (líquido), por lo menos en lo referente a la distribución espacial de segmentos.
Estos dos casos extremos son los únicos considerados por los más simples modelos de morfología como el de las dos fases1.
Figura 1. Estructura de las cadenas en el polímero amorfo y en el cristalino
Estado de orden intermedio: En estos casos se debe distinguir cualitativamente entre dos tipos de desorden distinto, los llamados distorsión de primera especie (I) y distorsión de segunda especie o distorsión paracristalina (II)1.
Términos que identifican una macromolécula
Composición. Se refiere a la composición química del polímero, que a su vez depende de la naturaleza química de los monómeros. Para que una dada molécula sea potencialmente cristalizable su composición debe ser regular, la cadena debe estar constituida por una sucesión idéntica de unidades repetitivas.
Constitución. Se refiere a la forma en que las unidades monoméricas se unen entre sí para producir polímeros cabeza-cabeza, cabeza-cola, uniones 1-2 o 1-4, etc.
Configuración. Describe aquellas ordenaciones de átomos que no pueden ser alteradas excepto rompiendo y volviendo a formar los enlaces químicos primarios19.
BIBLIOGRAFÍA
1 Askeland, D. R. (1998). Ciencia e Ingeniería de los Materiales (3era ed.). México: International Thompson Editores.
2 Bayer, E. M. (1965). Química de los Materiales Plásticos. España: Editorial Científico-Médica.
3 Beyer, F. (2003). Química de los Polímeros. México: Claryant, S.A.
4 Billmeyer, F. W. (1975). Ciencia de los Polímeros. Barcelona: Editorial Reverté, S.A.
5 Carraher, C. E. y Seymour, R. B. (1995). Introducción a la Química de los Polímeros. Barcelona: Editorial Reverté, S. A.
6 Cruz A. S. (2003). “Fundición Escultórica. El Poliestireno Expandido, Materia Gasificante”. Trabajo de grado no publicado. Universidad de Granada. España.
7 Dubois, J. H. y Pribble, W. I. (1999). Enciclopedia de la Química Industrial. Ingeniería de Moldes para Plásticos. (Tomo 5). España: Ediciones URMO, S.A.
8 Encyclopedia of Physical Science and Technology. (2003). Polymers (3th ed.). New York: Hoboken.
9 Hanbook of Plastics Joining. (1997). Norwich, New York: Plastics Desing Library.
[ENG]
Hi @stemsocial friends, I'm very excited to continue my 3-post series about polymers in this prestigious community.
The truth is, I am very satisfied to have found among the friends of stemsocial, an opportunity to share the wealth of knowledge that I have acquired over the years in my academic training.
Without further ado, I leave you below; the second part of three of a brief study of polymers that I have carried out in the framework of an investigation of which I was a promoter at my home university.
Polymeric structures
The important characteristics of a polymer depend on its chemical structure, which can be divided into two parts:
Microchemical or primary structure: which studies the nature of the atoms in the chain and the substituents, which form the repeating unit.
Macrochemical or catenary structure: the one that studies the chain in its entirety without taking into account the atoms that compose it.
In reality, there are several hierarchies of structures: given a type of primary structure, it develops in space in many ways, this is called a secondary or conformational structure and also, in macromolecules with a very high degree of ordering, there are structures tertiary 4.
Returning to the macrochemical structure, they can be found:
a) Straight chain polymers. They are polymers in whose molecule the atoms are arranged in a long structure similar to the links in a chain. This chain is the "catenary chain". Normally, some of your atoms will have small pendant groups attached to them (these pendant chains are only a few atoms, but the catenary chain usually has hundreds of thousands of atoms).
b) Branched polymers. They are those in whose molecule have chains pending from the main one, the branches, which are formed by chains of more than 30 - 40 atoms, which differentiates it from the above.
Within these, there are different structures:
b.1) Statistics: Where there is more than one possibility of being traversed, it is not easy to define which are the ramifications. When taking a branch, it is as important as any other.
b.2) Star: there is a nucleus, this happens, for example, when several polymer chains come together to form a common center (they are used in additives for motor oils). Another theory about their formation says that they start from a monomer and have branches from this point.
b.3) Dendrites: They are built in such a way that growth is highly branched and each branch generates new ones. This tends to give spherical molecules (they have unusual properties, used for example in the controlled release of drugs, catalysts, etc.)
b.4) Comb: It has a long chain from which many short ones hang.
b.5) Ladder: They present short structures between two long chains.
c) Cross-linked polymers. They are those that present three-dimensional structures that form more or less random networks. It is not possible to discover a chain, but they are all linked together. Originally they were linear or branched chains and they have been brought together by a series of means, including heat and chemical agents, among others.
Most linear polymers are thermoplastic: when the temperature rises and reaches a certain value, the molecule softens and can flow and deform under the force of gravity or mechanical forces and return to the original solid state when cooled. These polymers can be solubilized in the appropriate solvents.
On the contrary, cross-linked polymers, due to the covalent bonds involved in the cohesion of the chains, are not soluble in many solvents, do not flow when the temperature increases and do not deform under moderate mechanical forces: these are called "thermosetting" , a term that is also used for functional oligomers and polymers that are thermoplastic as such, but can be converted into the "thermoset" form by an appropriate post-treatment4.
String order
It refers to the structure at the resolution level of Armstrong units (1 to 10Å). The following organization possibilities can be distinguished:
Figure 1. Structure of the chains in the amorphous polymer and in the crystalline
State of intermediate order: In these cases, a qualitative distinction must be made between two different types of disorder, the so-called distortion of the first species (I) and distortion of the second species or paracrystalline distortion (II) 1.
Terms that identify a macromolecule
Composition. Refers to the chemical composition of the polymer, which in turn depends on the chemical nature of the monomers. For a given molecule to be potentially crystallizable, its composition must be regular, the chain must be made up of an identical succession of repeating units.
Constitution. Refers to the way monomer units are joined together to produce head-to-head, head-to-tail, 1-2 or 1-4 junctions, etc.
Configuration. It describes those arrangements of atoms that cannot be altered except by breaking and re-forming the primary chemical bonds19.
BIBLIOGRAPHY
1 Askeland, D. R. (1998). Materials Science and Engineering (3rd ed.). Mexico: International Thompson Editores.
2 Bayer, E. M. (1965). Chemistry of Plastic Materials. Spain: Scientific-Medical Editorial.
3 Beyer, F. (2003). Polymer Chemistry. Mexico: Claryant, S.A.
4 Billmeyer, F. W. (1975). Polymer Science. Barcelona: Editorial Reverté, S.A.
5 Carraher, C. E. and Seymour, R. B. (1995). Introduction to Polymer Chemistry. Barcelona: Editorial Reverté, S. A.
6 Cruz A. S. (2003). Sculptural Foundry. Expanded Polystyrene, Gasifying Matter ”. Grade job did not publish yet. University of Granada. Spain.
7 Dubois, J. H. and Pribble, W. I. (1999). Encyclopedia of Industrial Chemistry. Engineering of Molds for Plastics. (Volume 5). Spain: Ediciones URMO, S.A.
8 Encyclopedia of Physical Science and Technology. (2003). Polymers (3rd ed.). New York: Hoboken.
9 Hanbook of Plastics Joining. (1997). Norwich, New York: Plastics Design Library.
Un agradecimiento especial a las comunidades que me han dado su apoyo, @la-colmena, @cervantes, @stem-social y @steemstem.
A special thanks to the communities that have given me their support, @ la-colmena, @cervantes, @ stem-social and @steemstem.
Muy bien Nahum, bienvenido a la comunidad, te vas a sentir a gusto. Siempre es lindo conocer a un quimico en la plataforma. Voy a estar muy atenta a tus posts para aprender y promocionarlos, ya que estan muy bien elaborados. Abrazos
gracias yrmaleza. Tu contenido me inspiró mucho para publicar en esta plataforma
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