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investigación que contiene mucha información sobre los polímeros naturales
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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P á g i n a | 1
Dinámica
Índice Portada 1 Índice 2 Introducción 3 Polímeros naturales 5 Estructura molecular de los polímeros 12 Usos en la industria 20 Ejemplos 29 Usos prácticos en la ingeniería 31 Infografía 35 Conclusiones 37 Bibliografía 39
C 30 H 62 Triacontano + se descomponen C 40 H 82 Tetracontano + C 50 H 102 Pentacontano + C 60 H 122 Hexacontano + C 70 H 142 Heptacontano + La molécula de hidrocarburo con 8 carbonos es el octano, empleado en los combustibles para automóviles, cuya masa molecular es de 114 uma y cuya estructura química es: H H | C | H H | C | H H | C | H H | C | H H | C | H H | C | H H | C | H H | C | H H ^ Figura 1 Nótese que los hidrógenos están conectados con enlaces (covalentes simples) sólo a los carbonos, no existiendo enlaces entre los hidrógenos. Esto muestra que la integridad estructural de la molécula viene dada por las uniones entre los carbonos. La línea de átomos de carbono se llama esqueleto de la molécula. Cuando aumenta el número de carbonos del esqueleto, las moléculas se hacen cada vez más grandes y ocurre que por ejemplo a temperatura ambiente los hidrocarburos según el tamaño de su molécula son gases, líquidos de viscosidad creciente con el tamaño de la molécula, grasas, ceras (sólidos débiles), sólidos flexibles y sólidos rígidos para moléculas muy largas
Polímeros naturales Mucho antes de que existieran los plásticos y los polímeros sintéticos, remontándonos a los mismos orígenes de la tierra, la naturaleza se valía de los polímeros naturales para hacer posible la vida. No pensamos en los polímeros naturales de la misma manera que lo hacemos con los polímeros sintéticos, porque no podemos adjudicárnoslos como maravillas de nuestra propia ingenuidad y las compañías químicas no los pueden vender en busca de grandes ganancias. Sin embargo, eso no hace que los polímeros naturales sean menos importantes; de hecho, en muchos sentidos, son más importantes. Los polímeros naturales incluyen al ARN y al ADN, vitales en genes y en los procesos de la vida. Por cierto, el ARN mensajero es el que hace posible la existencia de las proteínas, los péptidos y las enzimas. Las enzimas colaboran en la química interior de los organismos vivientes y los péptidos conforman algunos de los componentes estructurales más interesantes de la piel, el cabello e inclusive los cuernos de los rinocerontes. Entre otros polímeros naturales se encuentran incluidos los polisacáridos (azúcares) y los polipéptidos como la seda, la queratina y el cabello. El caucho natural es también un polímero natural, constituido sólo por carbono e hidrógeno. Veamos más de cerca cada una de las principales familias de polímeros naturales.
menos por un tiempo) pero no obstante permite una fácil limpieza cada vez que la lavamos. Quitina: ¡El Polímero de los Amantes de los Mariscos Dentro Suyo! Otro miembro de los polisacáridos es la quitina. Constituye el caparazón de los langostinos, camarones, cangrejos, langostas de mar y otros crustáceos. Es rígida, insoluble... y en cierto modo flexible. Hasta ahora no hemos logrado hacer polímeros sintéticos que posean esta maravillosa combinación de propiedades. Tampoco hemos descubierto qué hacer con la quitina, si bien empleamos la celulosa para un montón de aplicaciones químicas y para fabricar papel, casas de madera, calzado de madera, etc. Existe un gran campo de investigación acerca de los usos de la quitina para diferentes cosas y quizás algún día podamos hacer ropas o plásticos a partir de ella. Es un área de investigación sumamente importante desde el momento en que se emplean polímeros naturales que provienen de deshechos o recursos renovables. Químicamente la quitina es poli( N - acetilglucosamina). Aquí está su estructura:
Aprendemos de la Naturaleza A medida que usted vaya observando más de cerca a cada miembro de estas familias de polímeros naturales, recuerde esto: la naturaleza nos ganó de mano, ¡y cómo! Uno de nuestros trabajos como científicos es averiguar cómo la naturaleza hace un determinado trabajo, así podemos imitarla. Por ejemplo, una vez que averiguamos por qué la seda poseía esas asombrosas propiedades, fuimos capaces de hacer seda sintética en forma de Nylon. Aún nos queda un largo camino por recorrer, sin embargo, antes de que podamos hacer ARN y ADN sintéticos, lo cual conducirá a la vida sintética. Quizás nunca lleguemos a eso y sólo nos quedemos averiguando cosas que nos conduzcan a una variedad de importantes desarrollos en polímeros sintéticos y otras áreas, incluyendo la medicina y la bioquímica. Esto plantea la importante cuestión de que la ciencia es como la vida. No se relaciona sólo con una cosa, sino con un conjunto. La ciencia de polímeros no es la única ciencia e inclusive puede no ser la ciencia más importante (¡aunque en los negocios nos guste pensar eso!). Es una de las áreas que nos pueden ayudar a comprender y emplear el conocimiento que obtenemos a partir del estudio de la naturaleza. En ese sentido, desarrollamos tecnología. (Nota: Sólo para aclarar esta eterna cuestión de ciencia y tecnología, digamos que ambas cosas son diferentes. La ciencia es el acto de recoger conocimiento mediante la observación y la experimentación. La tecnología es poner este conocimiento en acción. Ejemplo: mediante la ciencia aprendemos que los gases calientes se expanden. Luego, mediante la tecnología, empleamos el principio de
Estas poseen cuatro, cinco, o seis grupos CH 2 entre las unidades amida. La naturaleza, no obstante, es mucho más económica, ya que eligió emplear un único átomo de carbono entre grupos amida. Lo que la naturaleza realiza en forma diferente, es sustituir este carbono con una gran cantidad de grupos y distintos segmentos funcionales. Esto resulta en dos propiedades clave. En primer lugar, los segmentos individuales y la molécula entera son ópticamente activos, o quirales. Esto significa que son como los guantes: sólo hay una versión derecha y una izquierda. Por alguna razón, la naturaleza eligió emplear sólo la versión izquierda de los aminoácidos que son sintetizados por las plantas y los animales. El hecho de que sea empleado sólo uno de los dos isómeros conduce a algunas consecuencias estereoquímicas asombrosas. Por ejemplo, los polipéptidos naturales pueden formar estructuras helicoidales, mientras que los nylons no. Las conformaciones helicoidales incrementan la estabilidad de los polipéptidos naturales. ¿Sabía usted que ciertas
bacterias pueden sobrevivir en agua caliente? Esto es porque sus polímeros naturales han sido estabilizados por esas estructuras helicoidales. La figura de abajo muestra una de ellas, llamada a-hélice. Los pequeños segmentos de esas estructuras helicoidales son los que la naturaleza emplea para moldear las enzimas en ciertas formas, de modo que puedan realizar su magia catalítica. Por ejemplo, un segmento flexible ovillado al azar puede estar conformado por dos segmentos a- hélice, de modo de poder reaccionar en algún sustrato. Enzimas Las enzimas son unos de los principales tipos de polipéptidos y son cruciales para la vida en la tierra. Todos los organismos vivientes emplean enzimas para hacer, modificar y cortar los polímeros que hemos discutidos aquí. Las enzimas son catalizadores destinados a trabajos específicos. Con gran frecuencia, cada enzima realiza sólo un tipo de tarea o una sola clase de molécula. Esto significa que debe haber montones de enzimas diferentes, todas constituidas por distintas combinaciones de aminoácidos unidos de modos únicos en los polipéptidos, para realizar todas las tareas que cualquier organismo viviente necesita. Sabemos que cada criatura sobre la tierra posee cientos o aún miles de enzimas diferentes para realizar lo que la misma requiere. Lo realmente extraño es que cada una de las enzimas tiene que estar constituida por otras enzimas. Esto conduce a mecanismos de control sumamente complicados: no tenemos ni la más mínima idea (en la mayoría de los casos) de cómo y cuándo la naturaleza decide qué enzimas son necesarias, ni cómo éstas son activadas o desactivadas.
Los polímeros naturales reúnen, entre otros, al almidón cuyo monómero es la glucosa y al algodón, hecho de celulosa, cuyo monómero también es la glucosa. La diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del polímero. Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo monómero son los aminoácidos. Por otro lado, la lana y la seda son dos de los miles de proteínas que existen en la naturaleza, éstas utilizadas como fibras y telas. Todo lo que nos rodea son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los ácidos nucleicos. Caucho natural El caucho natural es un polímero elástico y semisólido, que posee la siguiente estructura: Figura 2: Caucho natural formado por monómeros de isopreno El monómero del caucho natural es el isopreno (2-metil-1,3-butadieno), que es un líquido volátil.
Proteínas Las proteínas funcionan como material estructural en los animales, tal como la celulosa en las plantas. Todas las proteínas contienen los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas ellas contienen azufre. Las proteínas están formadas por cerca de 20 aminoácidos diferentes. Estos tienen dos grupos funcionales: el grupo amino (-NH2) y grupo el carboxilo (-COOH). El grupo amino está unido a un carbono vecino del grupo carboxilo: Figura 3: Esquema de un aminoácido En la figura 3, reemplazar “Amino” por “amino”, con minúscula, y “Carboxílico” por “carboxilo”. Los aminoácidos forman una proteína a través de un enlace peptídico , enlace entre un carbono del grupo carboxilo y un grupo amino. Figura 4: Enlace peptídico
El extremo de la molécula de proteína que tiene un grupo carboxilo libre se denomina terminal C. El extremo que tiene un grupo amino libre se denomina N. Una molécula con más de diez unidades de aminoácidos se llama polipéptido. Cuando la masa molar de un polipéptido es mayor de 10 000, se denomina proteína. La distinción entre los polipéptidos y las proteínas es arbitraria, y no siempre se aplica. Los 20 aminoácidos existentes difieren solo en las cadenas laterales, las cuales pueden ser otros grupos funcionales o cadenas hidrocarbonadas. Figura 5: Ejemplo de cadenas laterales variables Los aminoácidos tienen un grupo ácido y uno básico. En solución acuosa, el ión hidrógeno del ácido carboxílico es transferido al grupo básico que es el amino: el producto resultante es una molécula polar.
Figura 6: Dipéptido, con ambos aminoácidos cargados Polimerización Para formar un polímero existen dos caminos factibles: polimerización por adición y polimerización por condensación. Polimerización por adición: los monómeros se adicionan unos con otros, de tal manera que el producto polimérico contiene todos los átomos del monómero inicial. Un ejemplo de esto es la polimerización del etileno (monómero) para formar el polietileno, en donde todos los átomos que componen el monómero forman parte del polímero. Figura 9: Esquema de polimerización por adición
El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes. Celulosa en la madera: polímero natural.
- USOS DE LOS POLÍMEROS NATURALES - La lana y la seda son usados como fibras y telas. - La celulosa que se emplea para hacer telas y papel. - El caucho natural que con el podemos hacer neumáticos, llantas Etc.. - Del algodón podemos sacar productos naturales como aceites, y demas materias primas. Las aplicaciones y los productos poliméricos se pueden agrupar de acuerdo a su uso en diferentes formas, las más generales se describen a continuación. - Envase y empaque - Consumo - Construcción
