25.19: Polimerización - polímeros de adición

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Cosechamos los beneficios de usar contenedores de espuma de poliestireno, pero no suelen considerar dónde terminan. Los materiales de espuma de poliestireno no se descomponen rápidamente bajo la exposición a los elementos. Cuando se entierra en un relleno sanitario, la espuma de poliestireno permanecerá intacta durante mucho tiempo. La buena noticia es que no se encuentra mucho de este contaminante en los rellenos sanitarios (tal vez aproximadamente en\(0.5\%\) peso de la masa total de basura). No hay una buena manera de reciclar la espuma de poliestireno en la actualidad, pero en el futuro, un científico creativo puede cambiar eso.

Polímeros de Polimerización

Los polímeros son muy diferentes a los otros tipos de moléculas orgánicas que has visto hasta ahora. Mientras que otros compuestos son de masa molar relativamente baja, los polímeros son moléculas gigantes de masa molar muy alta. Los polímeros son los componentes principales de todo tipo de plásticos y compuestos relacionados. Un polímero es una molécula grande formada por muchas moléculas más pequeñas unidas covalentemente en un patrón repetitivo. Las pequeñas moléculas que componen el polímero se denominan monómeros. Los polímeros generalmente se forman a partir de una reacción de adición o una reacción de condensación.

Polímeros de Adición

Un polímero de adición es un polímero formado por reacciones de adición en cadena entre monómeros que contienen un doble enlace. Las moléculas de eteno pueden polimerizarse entre sí en las condiciones adecuadas para formar el polímero llamado polietileno.

\[n \ce{CH_2=CH_2} \rightarrow \ce{-(CH_2CH_2)}_n-\nonumber \]

La letra\(n\) representa el número de monómeros que se unen de manera repetida para hacer el polímero, y pueden tener un valor en los cientos o incluso miles.

Mecanismo de la síntesis de polietileno — Figura\(\PageIndex{1}\): Síntesis de polietileno.

Las reacciones anteriores muestran las etapas básicas para formar un polímero de adición:

Iniciación - un iniciador de radicales libres\(\left( \ce{X}^* \right)\) ataca el doble enlace carbono-carbono (primer paso anterior). El iniciador puede ser algo así como peróxido de hidrógeno. Este material se puede dividir fácilmente para formar dos especies con un electrón libre unido a cada una:\(\ce{H-O-O-H} \rightarrow 2 \ce{H-O} \cdot\). Este radical libre ataca un doble enlace carbono-carbono. Uno de los electrones pi forma un enlace sencillo con el iniciador mientras que el otro electrón pi forma un nuevo radical libre en el átomo de carbono.
Propagación - el nuevo compuesto de radicales libres interactúa con otro alcano, continuando el proceso de crecimiento de la cadena (segundo paso anterior).
La terminación ocurre siempre que dos radicales libres entran en contacto entre sí (no se muestra). Los dos electrones libres forman un enlace covalente y el radical libre en cada molécula ya no existe.

El polietileno puede tener diferentes propiedades dependiendo de la longitud de las cadenas de polímero y de la eficiencia con la que se empaquetan. Algunos productos comunes hechos de diferentes formas de polietileno incluyen botellas de plástico, bolsas de plástico y objetos de plástico más duros como cajas de leche.

Se pueden polimerizar varios otros tipos de monómeros insaturados, y son componentes en productos domésticos comunes. El polipropileno es más rígido que el polietileno, y está en utensilios de plástico y algunos otros tipos de recipientes.

Figura\(\PageIndex{2}\): Estructura de polipropileno.

El poliestireno se utiliza en aislamiento y en artículos moldeados como tazas de café.

Reacción neta para la síntesis de poliestireno — Figura\(\PageIndex{3}\): Síntesis y estructura de poliestireno.

El cloruro de polivinilo (PVC) se usa ampliamente para tuberías de plomería.

Reacción neta para la síntesis de cloruro de polivinilo (PVC) — Figura\(\PageIndex{4}\): Cloruro de polivinilo.

El poliisopreno es un polímero de isopreno y es mejor conocido como caucho. Es producido naturalmente por árboles de caucho, pero se han desarrollado varias variantes que demuestran mejoras en las propiedades del caucho natural.

El poliisopreno es mejor conocido como caucho — Figura\(\PageIndex{5}\): Poliisopreno.

Resumen

Un polímero es una molécula grande formada por muchas moléculas más pequeñas unidas covalentemente en un patrón repetitivo; son los componentes principales de todo tipo de plásticos y compuestos relacionados.
Las pequeñas moléculas que componen los polímeros se denominan monómeros.
Los polímeros generalmente se forman a partir de una reacción de adición o una reacción de condensación.
Un polímero de adición es un polímero formado por reacciones de adición en cadena entre monómeros que contienen un doble enlace.
Las etapas básicas para formar un polímero de adición son: (1) iniciación, (2) propagación, (3) terminación