Ejercicios: Polimerización del eteno por radicales libres

En la polimerización del eteno por radicales libres se distinguen tres etapas: iniciación, propagación y terminación. Escribí con tus palabras qué ocurre en cada una de ellas, en una o dos oraciones por etapa.

Un radical libre es una especie química con un electrón desapareado. Explicá qué significa esa característica y por qué hace que el radical sea muy reactivo. Luego indicá si la molécula de eteno, $CH_2=CH_2$, es un radical.

Clasificá cada una de las siguientes rupturas de un enlace covalente como homolítica o heterolítica, y justificá en una frase:

1. a) Cada átomo se queda con uno de los dos electrones del enlace, y se forman dos radicales.

1. b) Uno de los átomos se queda con el par de electrones completo, y se forman un catión y un anión.

1. c) El tipo de flecha curva que se usa en cada caso: ¿de una sola punta (anzuelo) o de punta completa?

En la etapa de iniciación, un iniciador con un enlace $O-O$ débil (un peróxido, $RO-OR$) se calienta y se rompe.

1. a) Escribí la ecuación de esa ruptura e indicá si es homolítica o heterolítica.

1. b) Dibujá o describí las flechas curvas que corresponden y cuántos electrones mueve cada una.

1. c) Explicá por qué se elige un enlace $O-O$ como punto de partida y no un enlace $C-H$.

Un radical $R\cdot$ ataca una molécula de eteno y forma el radical $R-CH_2-CH_2\cdot$.

1. a) Describí con flechas curvas de una sola punta qué pasa con los electrones del doble enlace $C=C$ y con el electrón del radical.

1. b) Explicá por qué esta etapa se llama propagación y qué relación tiene con una reacción en cadena.

1. c) Escribí el radical que resulta si ese nuevo radical ataca a una segunda molécula de eteno.

Una cadena en crecimiento termina cuando dos radicales se encuentran. Considerá estas dos posibilidades:

1) Dos cadenas en crecimiento se unen formando un nuevo enlace $C-C$.

2) Un radical de cadena reacciona con otro radical $R\cdot$ del iniciador.

1. a) Escribí de forma general cada ecuación.

1. b) Explicá por qué en ambos casos se detiene el crecimiento.

1. c) Indicá cuántos radicales hay antes y después de cada terminación.

Una industria fabrica polietileno por radicales libres a alta presión y alta temperatura. En esas condiciones, a veces el radical situado en el extremo de una cadena en crecimiento toma un átomo de hidrógeno de un carbono de la misma cadena, unos carbonos más atrás, y el radical pasa a estar en medio de la cadena.

1. a) Representá con flechas curvas ese paso e indicá si es homolítico.

1. b) Explicá cómo, a partir de ese radical interno, el eteno al seguir polimerizando genera una ramificación.

1. c) Relacioná esa ramificación con la estructura del polietileno de baja densidad (PEBD) y justificá por qué las cadenas se empaquetan peor y el material es menos denso y más flexible.

Valentina compara dos muestras de polietileno: una bolsa de supermercado flexible y blanda, y un bidón rígido de detergente. Ambas están hechas de la misma unidad repetitiva, $-CH_2-CH_2-$.

1. a) Identificá cuál corresponde a polietileno de alta densidad (PEAD) y cuál a baja densidad (PEBD), y justificalo con la estructura de las cadenas.

1. b) Explicá qué papel cumplen las fuerzas intermoleculares (fuerzas de dispersión) en la diferencia de propiedades entre ambas muestras.

1. c) Un compañero afirma: «Como la terminación detiene la reacción, en la terminación se forman los radicales intermediarios». Analizá esa afirmación, corregila si hace falta e indicá qué especies son intermediarios en este mecanismo y cuáles son productos finales.