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Nov 26, 2023

Explicador: ¿Qué son los polímeros?

Los polímeros, ya sean artificiales (como el plástico que se muestra) o naturales, están hechos de

Los polímeros, ya sean artificiales (como el plástico que se muestra) o naturales, están hechos de cadenas repetitivas de unidades químicas más pequeñas. Aquí, los átomos de carbono se muestran en negro, el oxígeno en rojo y el hidrógeno en blanco.

Molécula/iStockphoto

Por Sid Perkins

13 de octubre de 2017 a las 5:50 am

Los polímeros están en todas partes. Solo mire alrededor. Tu botella de agua de plástico. Las puntas de goma de silicona en los auriculares de su teléfono. El nailon y el poliéster en tu chaqueta o zapatillas. La goma de los neumáticos del coche familiar. Ahora mírate en el espejo. Muchas proteínas en su cuerpo también son polímeros. Considere la queratina (KAIR-uh-tin), el material del que están hechos su cabello y uñas. Incluso el ADN de tus células es un polímero.

Por definición, los polímeros son moléculas grandes formadas por la unión (unión química) de una serie de bloques de construcción. La palabra polímero proviene de las palabras griegas para "muchas partes". Cada una de esas partes es lo que los científicos llaman monómero (que en griego significa "una parte"). Piense en un polímero como una cadena, con cada uno de sus enlaces un monómero. Esos monómeros pueden ser simples, solo un átomo o dos o tres, o pueden ser estructuras complicadas en forma de anillo que contienen una docena o más de átomos.

En un polímero artificial, cada uno de los eslabones de la cadena suele ser idéntico a sus vecinos. Pero en las proteínas, el ADN y otros polímeros naturales, los eslabones de la cadena a menudo difieren de sus vecinos.

En algunos casos, los polímeros forman redes de ramificación en lugar de cadenas simples. Independientemente de su forma, las moléculas son muy grandes. De hecho, son tan grandes que los científicos las clasifican como macromoléculas. Las cadenas de polímeros pueden incluir cientos de miles de átomos, incluso millones. Cuanto más larga sea una cadena de polímero, más pesada será. Y, en general, los polímeros más largos darán a los materiales hechos de ellos una temperatura de fusión y ebullición más alta. Además, cuanto más larga es la cadena de un polímero, mayor es su viscosidad (o resistencia a fluir como líquido). La razón: tienen un área de superficie mayor, lo que hace que quieran adherirse a las moléculas vecinas.

La lana, el algodón y la seda son materiales naturales a base de polímeros que se han utilizado desde la antigüedad. La celulosa, el componente principal de la madera y el papel, también es un polímero natural. Otros incluyen las moléculas de almidón producidas por las plantas. [Aquí hay un hecho interesante: tanto la celulosa como el almidón están hechos del mismo monómero, la glucosa de azúcar. Sin embargo, tienen propiedades muy diferentes. El almidón se disolverá en agua y se podrá digerir. Pero la celulosa no se disuelve y los humanos no pueden digerirla. La única diferencia entre estos dos polímeros es cómo se han unido los monómeros de glucosa.]

Los seres vivos construyen proteínas, un tipo particular de polímero, a partir de monómeros llamados aminoácidos. Aunque los científicos han descubierto unos 500 aminoácidos diferentes, los animales y las plantas utilizan sólo 20 de ellos para construir sus proteínas.

En el laboratorio, los químicos tienen muchas opciones para diseñar y construir polímeros. Pueden construir polímeros artificiales a partir de ingredientes naturales. O pueden usar aminoácidos para construir proteínas artificiales a diferencia de las que produce la Madre Naturaleza. Más a menudo, los químicos crean polímeros a partir de compuestos hechos en el laboratorio.

Las estructuras poliméricas pueden tener dos componentes diferentes. Todos comienzan con una cadena básica de enlaces unidos químicamente. Esto a veces se llama su columna vertebral. Algunos también pueden tener partes secundarias que cuelgan de algunos (o todos) de los eslabones de la cadena. Uno de estos archivos adjuntos puede ser tan simple como un solo átomo. Otros pueden ser más complejos y denominados grupos colgantes. Esto se debe a que estos grupos cuelgan de la cadena principal del polímero al igual que los dijes individuales cuelgan de la cadena de una pulsera de dijes. Debido a que están más expuestos al entorno que los átomos que forman la cadena misma, estos "encantos" a menudo determinan cómo interactúa un polímero consigo mismo y con otras cosas en el medio ambiente.

A veces, los grupos colgantes, en lugar de colgar sueltos de una cadena de polímero, en realidad conectan dos cadenas entre sí. (Piense en esto como un peldaño que se extiende entre las patas de una escalera). Los químicos se refieren a estos lazos como enlaces cruzados. Tienden a fortalecer un material (como un plástico) hecho de este polímero. También hacen que el polímero sea más duro y más difícil de fundir. Sin embargo, cuanto más largos son los entrecruzamientos, más flexible se vuelve un material.

Un enlace químico es lo que mantiene unidos a los átomos en una molécula y algunos cristales. En teoría, cualquier átomo que pueda formar dos enlaces químicos puede formar una cadena; es como necesitar dos manos para enlazar con otras personas para hacer un círculo. (El hidrógeno no funcionaría porque solo puede formar un enlace).

Pero los átomos que normalmente forman solo dos enlaces químicos, como el oxígeno, no suelen formar largas cadenas similares a las de los polímeros. ¿Por qué? Una vez que el oxígeno forma dos enlaces, se vuelve estable. Eso significa que sus dos "manos extendidas" ya están tomadas. No queda ninguno para sostener un grupo colgante. Dado que muchos átomos que forman parte de la columna vertebral de un polímero generalmente tienen al menos un grupo colgante, los elementos que normalmente aparecen en la cadena del polímero son los que se estabilizan con cuatro enlaces, como el carbono y el silicio.

Algunos polímeros son flexibles. Otros son muy rígidos. Solo piense en los muchos tipos de plásticos: el material de una botella de refresco flexible es muy diferente al de una tubería rígida hecha de cloruro de polivinilo (PVC). A veces, los científicos de materiales agregan otras cosas a sus polímeros para hacerlos flexibles. Se llaman plastificantes. Estos ocupan espacio entre las cadenas de polímeros individuales. Piense en ellos como si actuaran como un lubricante a escala molecular. Permiten que las cadenas individuales se deslicen entre sí más fácilmente.

A medida que muchos polímeros envejecen, pueden perder plastificantes en el medio ambiente. O bien, los polímeros envejecidos pueden reaccionar con otras sustancias químicas en el medio ambiente. Tales cambios ayudan a explicar por qué algunos plásticos comienzan siendo flexibles pero luego se vuelven rígidos o quebradizos.

Los polímeros no tienen una longitud definida. Por lo general, tampoco forman cristales. Finalmente, por lo general no tienen un punto de fusión definido, en el cual pasan inmediatamente de un sólido a un charco de líquido. En cambio, los plásticos y otros materiales hechos de polímeros tienden a ablandarse gradualmente a medida que se calientan.

aminoácidosMoléculas simples que se encuentran de forma natural en los tejidos de plantas y animales y que son los componentes básicos de las proteínas.

anatomía (adj. anatómico) El estudio de los órganos y tejidos de los animales. O la caracterización del cuerpo o partes del cuerpo en base a su estructura y tejidos. Los científicos que trabajan en este campo se conocen como anatomistas.

átomo La unidad básica de un elemento químico. Los átomos están formados por un núcleo denso que contiene protones con carga positiva y neutrones sin carga. El núcleo está orbitado por una nube de electrones cargados negativamente.

vínculo (en química) Unión semipermanente entre átomos, o grupos de átomos, en una molécula. Está formado por una fuerza de atracción entre los átomos participantes. Una vez unidos, los átomos funcionarán como una unidad. Para separar los átomos componentes, se debe suministrar energía a la molécula en forma de calor o algún otro tipo de radiación.

carbón El elemento químico que tiene el número atómico 6. Es la base física de toda la vida en la Tierra. El carbono existe libremente como grafito y diamante. Es una parte importante del carbón, la piedra caliza y el petróleo, y es capaz de autoenlazarse químicamente para formar una enorme cantidad de moléculas importantes desde el punto de vista químico, biológico y comercial.

celúla La unidad estructural y funcional más pequeña de un organismo. Por lo general, demasiado pequeño para verlo a simple vista, consiste en un líquido acuoso rodeado por una membrana o pared. Dependiendo de su tamaño, los animales están hechos de miles a billones de células. La mayoría de los organismos, como levaduras, mohos, bacterias y algunas algas, se componen de una sola célula.

celulosa Un tipo de fibra que se encuentra en las paredes celulares de las plantas. Está formado por cadenas de moléculas de glucosa.

químico Sustancia formada por dos o más átomos que se unen (enlazan) en una proporción y estructura fijas. Por ejemplo, el agua es una sustancia química que se produce cuando dos átomos de hidrógeno se unen a un átomo de oxígeno. Su fórmula química es H2O. Químico también puede ser un adjetivo para describir propiedades de materiales que son el resultado de varias reacciones entre diferentes compuestos.

enlaces químicos Fuerzas de atracción entre átomos que son lo suficientemente fuertes como para hacer que los elementos enlazados funcionen como una sola unidad. Algunas de las fuerzas de atracción son débiles, otras son muy fuertes. Todos los enlaces parecen unir átomos compartiendo o intentando compartir electrones.

componenteAlgo que es parte de otra cosa (como piezas que van en una placa de circuito electrónico o ingredientes que van en una receta de galletas).

compuesto (usado a menudo como sinónimo de químico) Un compuesto es una sustancia formada cuando dos o más elementos químicos se unen (enlace) en proporciones fijas. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Su símbolo químico es H2O.

cristal (adj. cristalino) Un sólido que consiste en una disposición tridimensional simétrica y ordenada de átomos o moléculas. Es la estructura organizada que adoptan la mayoría de los minerales. La apatita, por ejemplo, forma cristales de seis caras. Los cristales minerales que forman la roca suelen ser demasiado pequeños para ser vistos a simple vista.

disolver Convertir un sólido en líquido y dispersarlo en ese líquido inicial. (Por ejemplo, los cristales de azúcar o sal, que son sólidos, se disolverán en agua. Ahora los cristales se han ido y la solución es una mezcla completamente dispersa de la forma líquida de azúcar o sal en agua).

ADN (abreviatura de ácido desoxirribonucleico) Una molécula larga, de doble cadena y en forma de espiral dentro de la mayoría de las células vivas que lleva instrucciones genéticas. Está construido sobre una columna vertebral de fósforo, oxígeno y átomos de carbono. En todos los seres vivos, desde plantas y animales hasta microbios, estas instrucciones le dicen a las células qué moléculas deben producir.

elemento (en química) Cada una de más de cien sustancias para las cuales la unidad más pequeña de cada una es un solo átomo. Los ejemplos incluyen hidrógeno, oxígeno, carbono, litio y uranio.

glucosa Un azúcar simple que es una importante fuente de energía en los organismos vivos. Como fuente de energía que se mueve a través del torrente sanguíneo, se le conoce como "azúcar en la sangre". Es la mitad de la molécula que compone el azúcar de mesa (también conocida como sacarosa).

bordilloUna proteína que compone tu cabello, uñas y piel.

lubricanteSustancia utilizada para cortar la fricción entre superficies que están en contacto entre sí.

macromolécula Molécula que contiene un gran número de átomos. (El prefijo macro proviene del griego y significa "grande" o "largo".) Los polímeros, incluidas las proteínas naturales (como el ADN) y los materiales artificiales (como el nailon y el poliéster), son ejemplos de macromoléculas.

científico de materiales Alguien que estudia las formas en que la estructura atómica y molecular de un material se relaciona con sus propiedades generales. Los científicos de materiales pueden diseñar nuevos materiales o analizar los existentes. Sus análisis de las propiedades generales de un material (como la densidad, la resistencia y el punto de fusión) pueden ayudar a los ingenieros y otros investigadores a seleccionar los materiales que mejor se adapten a una nueva aplicación.

molécula Un grupo de átomos eléctricamente neutro que representa la cantidad más pequeña posible de un compuesto químico. Las moléculas pueden estar formadas por un solo tipo de átomos o por diferentes tipos. Por ejemplo, el oxígeno del aire está formado por dos átomos de oxígeno (O2), pero el agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno (H2O).

monómero Una molécula que se utiliza como componente básico de alguna molécula más grande, conocida como polímeros. Del idioma griego, monómero significa "una parte". (Polímero, también del griego, significa "muchas partes").

redUn grupo de personas o cosas interconectadas.

nitrógeno Un elemento gaseoso incoloro, inodoro y no reactivo que forma alrededor del 78 por ciento de la atmósfera terrestre. Su símbolo científico es N. El nitrógeno se libera en forma de óxidos de nitrógeno a medida que se queman los combustibles fósiles.

nylon Un material sedoso que está hecho de largas moléculas manufacturadas llamadas polímeros. Estas son largas cadenas de átomos unidos entre sí.

oxígeno Un gas que constituye aproximadamente el 21 por ciento de la atmósfera de la Tierra. Todos los animales y muchos microorganismos necesitan oxígeno para impulsar su crecimiento (y metabolismo).

grupo colgante (en química) Un grupo de átomos que cuelgan de los eslabones principales de un polímero (un tipo de molécula en forma de cadena). Tales grupos colgantes de átomos (así como cualquier átomo individual que pueda estar unido a un polímero) a menudo determinan cómo interactúa el polímero con otras sustancias en su entorno.

el plastico Cualquiera de una serie de materiales fácilmente deformables; o materiales sintéticos hechos de polímeros (cadenas largas de alguna molécula básica) que tienden a ser livianos, económicos y resistentes a la degradación.

plastificanteCualquiera de varios químicos agregados a ciertos materiales sintéticos para hacerlos suaves y/o flexibles.

poliéster Un material sintético usado principalmente para hacer telas. El nombre químico real del material utilizado es tereftalato de polietileno.

polímero Sustancia formada por largas cadenas de grupos repetitivos de átomos. Los polímeros fabricados incluyen nailon, cloruro de polivinilo (más conocido como PVC) y muchos tipos de plásticos. Los polímeros naturales incluyen el caucho, la seda y la celulosa (que se encuentran en las plantas y se utilizan para fabricar papel, por ejemplo).

cloruro de polivinilo (PVC) Un plástico formado mediante el uso de calor para convertir una resina líquida en un sólido. El plástico puede ser blando y flexible o rígido y duro. Los ingredientes crudos consisten principalmente en cloro y carbón.

proteína Un compuesto hecho de una o más cadenas largas de aminoácidos. Las proteínas son una parte esencial de todos los organismos vivos. Forman la base de células vivas, músculos y tejidos; también hacen el trabajo dentro de las células. Entre las proteínas independientes más conocidas se encuentran la hemoglobina (en la sangre) y los anticuerpos (también en la sangre) que intentan combatir las infecciones. Los medicamentos con frecuencia funcionan adhiriéndose a las proteínas.

resistencia(en física) Algo que evita que un material físico (como un bloque de madera, un flujo de agua o aire) se mueva libremente, generalmente porque proporciona fricción para impedir su movimiento.

silicio Un elemento semiconductor no metálico utilizado en la fabricación de circuitos electrónicos. El silicio puro existe en una forma cristalina brillante de color gris oscuro y como un polvo sin forma.

silicona Sustancias resistentes al calor que se pueden usar de muchas maneras diferentes, incluidos los materiales similares al caucho que brindan un sello a prueba de agua alrededor de las ventanas y en los acuarios. Algunas siliconas sirven como lubricantes similares a la grasa en automóviles y camiones. La mayoría de las siliconas, un tipo de molécula conocida como polímero, se construyen alrededor de largas cadenas de átomos de silicio y oxígeno.

almidón Un químico blanco suave hecho por todas las plantas verdes. Es una molécula relativamente larga hecha de la unión de muchos bloques de construcción idénticos más pequeños, todos ellos glucosa, un azúcar simple. Las plantas y los animales utilizan la glucosa como fuente de energía. Las plantas almacenan esa glucosa, en forma de almidón, como reserva de energía. Los animales que consumen almidón pueden descomponer el almidón en moléculas de glucosa para extraer la energía útil.

viscosidad La medida de la resistencia de un fluido al estrés. La viscosidad corresponde a la idea de cuán "espeso" es un líquido. La miel es muy viscosa, por ejemplo, mientras que el agua tiene una viscosidad relativamente baja.

Sid Perkins es un escritor científico galardonado que vive en Crossville, Tennessee, con su esposa, dos perros y tres gatos. Le gusta cocinar y trabajar la madera, y realmente quiere mejorar en el golf.

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