Polímeros

La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros.

Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que 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.

Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí.


Según su origen
Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas de polímeros. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc.
Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc.
·
Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc.
Según su mecanismo de polimerización

En 1929 Carothers propuso una distinción de los polímeros según su mecanismo de reacción:

·
Polímeros de condensación. La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de bajo peso molecular, por ejemplo agua.
·
Polímeros de adición. La polimerización no implica liberación de ningún compuesto de bajo peso molecular.
Unos años más tarde, Flory refinó la clasificación, dándo más énfasis a la cinética de reacción que al hecho de liberar o no moléculas pequeñas:
·
Polímeros formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.
·
Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero.
Según su composición química

Polímeros orgánicos. Posee en la cadena principal átomos de carbono.
Polímeros vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono.Dentro de ellos se pueden distinguir:
Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas.
Ejemplos: polietileno y polipropileno.
Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros.
Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno.
Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición.Ejemplos: PVC y PTFE.
Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA.
Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su cadena principal.Algunas sub-categorías de importancia:
Poliésteres
Policarbonatos
Poliamidas
Poliuretanos
·
Polímeros inorgánicos. Entre otros:
-Basados en azufre.
Ejemplo: polisulfuros.
-Basados en silicio.
Ejemplo: silicona.

Según sus aplicaciones

Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en:
·
Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia.
·
Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros.
·
Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables.
·
Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.
·
Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial.

Poliéster

Los poliésteres son los polímeros, en forma de fibras, que fueron utilizados en los años '70 para confeccionar toda esa ropa maravillosa que se usaba en las confiterías bailables.

las naciones del mundo se han esforzado por desarrollar aplicaciones más provechosas para los poliesteres, como esas formidables botellas plásticas irrompibles que contienen su gaseosa favorita, como la botella azul en la figura de abajo. Como puede apreciar, los poliésteres pueden ser tanto plásticos como fibras. Otro lugar en donde usted encuentra poliéster es en los globos. No los baratos que se utilizan como bombitas de carnaval, ésos se hacen de caucho natural. Estoy hablando de los elegantes que usted ve cuando está en el hospital. Éstos se hacen de una película de poliester hecha por DuPont llamada Mylar. Los globos se hacen con una mezcla compuesta por Mylar y papel de aluminio. Los productos como éstos, hechos de dos clases de materia prima, se llaman compósitos.

Una familia especial de poliésteres son los policarbonatos.
Los poliésteres tienen cadenas hidrocarbonadas que contienen uniones éster, de ahí su nombre.

La estructura de la figura se denomina poli (etilén tereftalato) o PET para abreviar, porque se compone de grupos etileno y grupos tereftalato. Entiendo que tereftalato no es una palabra sencilla de pronunciar, pero con práctica usted será capaz de hacerlo con sólo una leve sensación de dificultad.

Los grupos éster en la cadena de poliéster son polares, donde el átomo de oxígeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa y el átomo de carbono del carbonilo tiene una carga positiva. Las cargas positivas y negativas de los diversos grupos éster se atraen mutuamente. Esto permite que los grupos éster de cadenas vecinas se alineen entre sí en una forma cristalina y debido a ello, den lugar a fibras resistentes.

               

NUMEROS CUATICOS

Los números cuánticos aparecen en las soluciones de la ecuación de Schrödinger.

	nºcuántico	posibles valores
n	principal.	1,2,3...
l	secundario	0,..(n-1),
ml	magnético	-l,...,0,...,+l

Los números cuánticos son valores numéricos que nos indican las características de los electrones de los átomos, esto esta basado desde luego en la teoría atómica de Neils Bohr que es el modelo atómico mas aceptado y utilizado en los últimos tiempos.

Los números atómicos más importantes son cuatro:

Número Cuántico Principal.

Número Cuántico Secundario.

Número Cuántico Magnético.

Número Cuántico de Spin.

Número Cuántico Principal (n)

El número cuántico principal nos indica en que nivel se encuentra el electrón, este valor toma valores enteros del 1 al 7.

Número Cuántico Secundario (d)

Este número cuántico nos indica en que subnivel se encuentra el electrón, este número cuántico toma valores desde 0 hasta (n - 1), según  el modelo atómico de Bohr - Sommerfield existen además de los niveles u orbitas circulares, ciertas órbitas elípticas denominados subniveles. Según el número atómico tenemos los numeros:

l = 0    s    sharp

l = 1    p    principal

l = 2    d    diffuse

l = 3    f     fundamental

l = 4    g

l = 5    h

l = 6    i

Número Cuántico Magnético (m)

El número cuántico magnético nos indica las orientaciones de los orbitales magnéticos en el espacio, los orbitales magnéticos son las regiones de la nube electrónica donde se encuentran los electrones,  el número magnético depende de l y toma valores desde -l hasta l.

Número Cuántico de Spin (s)

El número cuántico de spin nos indica el sentido de rotación en el propio eje de los electrones en un orbital, este número toma los valores de -1/2 y de 1/2.
De esta manera entonces se puede determinar el lugar donde se encuentra un electrón determinado, y los niveles de energía del mismo, esto es importante en el estudio de las radiaciones, la energía de ionización, así como de la energía liberada por un átomo en una reacción.

Principio de Exclusión de Pauli

El mismo dice "En un mismo átomo no puede existir dos electrones que tengan los mismos números cuánticos" de esta manera podemos entonces afirmar que en un mismo orbital no puede haber más de dos electrones y que los mismos deben tener distinto número de spin.

Regla de Hund

Cuando se llena orbitales con un mismo nivel de energía o lo que es lo mismo que se encuentran en un mismo subnivel se debe empezar llenando la mitad del subnivel con electrones de spin +1/2 para luego proceder a llenar los subniveles con electrones de spin contrario (-1/2).

 

Orbitales Híbridos

Cada uno de los orbitales equivalentes que pueden obtenerse mediante combinación lineal de orbitales atómicos distintos. La hibridación de orbitales da como resultados orbitales de enlace que son combinación lineal de sus componentes. Los orbitales híbridos más generalizados son los siguientes: sp, sp2, sp3 y spd. Los orbitales moleculares, que representan la distribución espacial de los electrones de enlace en una molécula, son, fundamentalmente, orbitales híbridos.

Las formas de las moléculas enlazadas por hibridaciones de sus orbitales es forzada por los ángulos entre sus átomos:

Sin hibridación: forma lineal

Hibridación sp: forma lineal con ángulos de 180°

Hibridación sp: forma trigonal plana con ángulos de 120°. 

Hibridación sp³: forma tetraédrica con ángulos de 109.5°

Hibridación sp³d: forma trigonal bipiramidal con ángulos de 90° y 120°. 

Hibridación sp³d: forma octaédrica con ángulos de 90°. 

¿QUÉ ES UN ÁTOMO?

átomo (del latín atomum, y éste del griego ἄτομον, sin partes; también, se deriva de "a" no, y "tomo" divisible; no divisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
Su denso núcleo representan el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto de bariones llamados protones y neutrones, rodeados por una nube de electrones, que -en un átomo neutral- igualan el número de protones.
Los átomos con un número diferente de protones que de electrones adquieren una carga eléctrica (al tener más carga neta de electrones o de protones), y por tanto, se clasifican como iones.

Niveles de Energía

¿Qué es un nivel de energía?  La teoría cuántica dice que los electrones de un  átomo se localizan en niveles de energía o capas que rodean al núcleo del átomo a distancias comparativamente grandes. Cada nivel de energía tiene subniveles o subcapas, que a la vez tienen un número fijo de electrones.

¿Qué es un Reempe?  Es la region del espacio en la cual  la probabilidad de encontrar un electron de parámetros cuánticos definidos es máxima.
Esta región puede describirse mediante un conjunto de cuatro números llamados números cuánticos que describen el orbital espacial en que se mueve un electrón  en términos de :

a)  n = distancia más problable del electrón al núcleo del áotmo, y esta representado por la letra n y se le llama mero cuántico principal.  Su valor va del 1  2 3 4 5 6 7 . En ocasiones se designan los niveles energéticos mediante letras en vez de números. Estas designaciones son: K, L, M, N, O, P, Q

b) l = forma de la órbita en la que se mueve el electrón se representa por las letras s, p, d, f.

c) m= indica la posición del orbital respecto a los tres ejes en el espacio. hay una sola posición en el espacio alrededor del núcleo para un orbital s, tres posiciones para el orbital p, cinco para el orbital d y 7 para el orbital f.

d) s= dirección de giro (spin) del electrón en el orbital.

CONFIGURACION ELECTRÓNICA

la configuración electrónica es la manera en la cual los electrones se estructuran en un átomo, molécula o en otra estructura física, de acuerdo con el modelo de capas electrónico, en el cual la función de onda del sistema se expresa como un producto de orbitales antisimetrizado. Cualquier conjunto de electrones en un mismo estado cuántico deben cumplir el principio de exclusión de Pauli al ser partículas idénticas. Por ser fermiones (partículas de espín semientero) el principio de exclusión de Pauli nos dice que la función de onda total (conjunto de electrones) debe ser antisimétrica. Por lo tanto, en el momento en que un estado cuántico es ocupado por un electrón, el siguiente electrón debe ocupar un estado cuántico diferente.

Orbitales: s, p, d, f

Orbital atómico

Un orbital atómico es una determinada solución particular, espacial e independiente del tiempo a la ecuación de Schrödinger para el caso de un electrón sometido a un potencial colombiano. La elección de tres números cuánticos en la solución general señala unívocamente a un estado mono electrónico posible.

Estos tres números cuánticos hacen referencia a la energía total del electrón, el momento angular orbital y la proyección del mismo sobre el eje z del sistema del laboratorio y se denotan por

El nombre de orbital también atiende a la función de onda en representación de posición independiente del tiempo de un electrón en una molécula. En este caso se utiliza el nombre orbital molecular.

La combinación de todos los orbitales atómicos dan lugar a la corteza electrónica representado por el modelo de capas electrónico. Este último se ajusta a los elemento según la configuración electrónica correspondiente.

FORMAS DE LOS ORBITALES

Por simplicidad, se recogen las formas de la parte angular de los orbitales, obviando los nodos radiales, que siempre tienen forma esférica.

Orbital s

El orbital s tiene simetría esférica alrededor del núcleo atómico. En la figura siguiente se muestran dos formas alternativas de representar la nube electrónica de un orbital s: en la primera, la probabilidad de encontrar al electrón (representada por la densidad de puntos) disminuye a medida que nos alejamos del centro; en la segunda, se representa el volumen esférico en que el electrón pasa la mayor parte del tiempo.

Orbital p

La forma geométrica de los orbitales p es la de dos esferas achatadas hacia el punto de contacto (el núcleo atómico) y orientadas según los ejes de coordenadas. En función de los valores que puede tomar el tercer número cuántico m_l (-1, 0 y 1) se obtienen los tres orbitales p simétricos respecto a los ejes x, z e y. Análogamente al caso anterior, los orbitales p presentan n-2 nodos radiales en la densidad electrónica, de modo que al incrementarse el valor del número cuántico principal la probabilidad de encontrar el electrón se aleja del núcleo atómico. El orbital "p" representa también la energía que posee un electrón y se incrementa a medida que se aleja entre la distancia del núcleo y el orbital.

Orbital d

Los orbitales d tienen formas más diversas

cuatro de ellos tienen forma de 4 lóbulos de signos alternados (dos planos nodales, en diferentes orientaciones del espacio), y el último es un doble lóbulo rodeado por un anillo (un doble cono nodal). Siguiendo la misma tendencia, presentan n-3 nodos radiales.

Orbital f

Los orbitales f tienen formas aún más exóticas, que se pueden derivar de añadir un plano nodal a las formas de los orbitales d. Presentan n-4 nodos radiales.