Polimerización por adición
La bolsa del supermercado, la canilla de PVC de una cañería y la sartén antiadherente que usás para hacer una torta frita parecen no tener nada en común. Sin embargo, a escala molecular están hechos de cadenas larguísimas que se formaron sin perder ni un átomo en el camino. Si metés 100 kg de eteno en un reactor y obtenés 100 kg de polietileno, ¿cómo se unen miles de moléculas sin que se escape nada?
De monómero a polímero
Un monómero es una molécula pequeña capaz de unirse a otras iguales. Un polímero es la molécula gigante (macromolécula) que resulta. Para que la adición ocurra, el monómero necesita un doble enlace $\mathrm{C=C}$.
¿Por qué no se pierde nada? Porque el doble enlace es una «reserva» de enlaces: al romperse el enlace $\pi$, cada carbono queda con una valencia libre que se usa para unirse al vecino. Todos los átomos del monómero terminan en la cadena.
El eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$) es la materia prima fundamental para la producción industrial de polietileno mediante polimerización por adición radicálica o catalítica.…
El eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$) es la materia prima fundamental para la producción industrial de polietileno mediante polimerización por adición radicálica o catalítica.
- a) Escribí la ecuación química general del proceso de polimerización utilizando la notación con corchetes para la unidad repetitiva e indicando el significado del subíndice $n$.
- b) Justificá por qué la masa molecular de la unidad de repetición coincide exactamente con la del monómero de partida, explicando si este tipo de polimerización genera algún subproducto como agua o cloruro de hidrógeno.
El cloroeteno (comúnmente denominado cloruro de vinilo) se polimeriza para dar lugar al poli(cloruro de vinilo) (PVC), un material de gran relevancia técnica en cañerías…
El cloroeteno (comúnmente denominado cloruro de vinilo) se polimeriza para dar lugar al poli(cloruro de vinilo) (PVC), un material de gran relevancia técnica en cañerías y perfiles.
- a) Formulá mediante fórmulas semidesarrolladas la molécula de cloroeteno y la unidad de repetición del poli(cloruro de vinilo).
- b) Razoná si la presencia del sustituyente cloro en la cadena carbonada afecta a la masa molecular de la unidad respecto al monómero y explicá por qué no se debe generalizar que todos los polímeros vinílicos posean idéntica flexibilidad o rigidez mecánica a temperatura ambiente.
Sustituyentes y propiedades: el caso del PTFE
El monómero determina qué átomos cuelgan de la cadena, y eso condiciona las propiedades. El PTFE (teflón) se obtiene del tetrafluoroeteno: $$n\ \mathrm{CF_2=CF_2} \longrightarrow \left[-\mathrm{CF_2-CF_2}-\right]_n$$
El enlace $\mathrm{C-F}$ es muy fuerte y los átomos de flúor envuelven la cadena como una vaina, por eso el PTFE casi no reacciona con ácidos ni oxidantes y nada se le adhiere. Pero la inercia química no es lo mismo que la dureza mecánica: el PTFE es blando y se deforma con facilidad. Del mismo modo, no todos los polímeros vinílicos son igual de rígidos: el PVC puede ser rígido (cañerías) o flexible (aislante de cables, con aditivos), y el polietileno es flexible. Cada sustituyente cambia las interacciones entre cadenas.
El politetrafluoroeteno (PTFE) es un polímero de adición conocido por su extraordinaria inercia química y antiadherencia. a) Escribí la fórmula del monómero…
El politetrafluoroeteno (PTFE) es un polímero de adición conocido por su extraordinaria inercia química y antiadherencia.
- a) Escribí la fórmula del monómero tetrafluoroeteno y de la unidad constituyente de repetición del politetrafluoroeteno.
- b) Indicá razonadamente si el enlace presente en el monómero que permite la polimerización se mantiene en el polímero resultante y justificá por qué los átomos de flúor confieren una gran estabilidad química frente a ácidos y oxidantes fuertes sin que esto implique necesariamente alta dureza mecánica.
Grado de polimerización y masa molar media
Una muestra de polímero no tiene todas las cadenas del mismo largo, por eso se habla de masa molar media $\bar{M}$.
Composición de un homopolímero
El PVC puro tiene siempre $56{,}7\,\%$ en masa de cloro, la misma proporción que el cloroeteno. ¿Por qué? Porque la cadena es la misma unidad repetida miles de veces, así que la proporción de cada elemento no cambia.
Copolímeros
Si en la misma cadena se incorporan dos monómeros distintos (A y B), se obtiene un copolímero. Como no hay subproductos, su masa es la suma de las masas de las unidades A y B. Por eso, la composición se deduce de las fracciones molares: la masa de cada tipo de unidad es (moles) · (masa molar).
Volvé al principio: los 100 kg de eteno dan 100 kg de polietileno porque la adición abre el doble enlace y reordena los mismos átomos, sin soltar ninguno.