9. Orgánica

Principal Enunciados

    O Nobel de Química 2020 premiou a creación das revolucionarias «tesoiras xenéticas» CRISPR/Cas9, coas que a francesa Emmanuelle Charpentier e a estadounidense Jennifer Doudna «han reescrito o código da vida». Esta técnica revolucionaria permite cortar e pegar o ADN a vontade e editar calquera forma de vida cunha sinxeleza, rapidez e eficacia extraordinarias. Entre o seu potencial, o de mellorar cultivos e mesmo resucitar especies. Pero o que é máis emocionante, esta tecnoloxía contribúe ao desenvolvemento de novas terapias contra o cancro e pode facer realidade o soño de curar enfermidades hereditarias, explican desde a Real Academia das Ciencias sueca.

Para este premio Nobel tamén soou un nome español, o do biólogo da Universidade de Alacante Juan Francisco Martínez Mojica, quen non foi recoñecido pola academia sueca, unha decepción que lamentou fondamente a ciencia española. Este investigador descubriu que as bacterias teñen o seu propio sistema inmune, achado que abriu a porta á agora premiada máquina de manipulación xenética. Os tres recibiron o Premio Fundación BBVA Fronteiras do Coñecemento en Biomedicina en 2017. Pero o Nobel decidiu recoñecer a tecnoloxía e esqueceuse do traballo previo do considerado «pai» do CRISPR. «Pasou preto», admitiu un resignado Mojica pouco despois de coñecer o fallo.
 

INTRODUCIÓN HISTÓRICA

   Un dos acontecementos fundamentais na nosa evolución como homes foi o descubrimento e o control do lume. Poder queimar un pouco de leña nas frías noites de inverno, asar a carne conseguida con tanto esforzo, ou poder afastar ás feras durante o soño nocturno, contribuíu a desenvolver a nosa intelixencia e protexernos como especie. A combustión é unha das reaccións fundamentais da química do carbono, non só na antigüidade, pensemos nas nosas cociñas de gas, os motores de combustión interna dos coches, as calefaccións das nosas casas ou as centrais térmicas. Pero este non é o uso único, nin máis desexable, dos compostos do carbono.

   Pobos antigos como exipcios, romanos ou fenicios usaron colorantes como o índigo, a alizarina ou o púrpura de Tiro, que eran compostos orgánicos puros. 

   Desde antigo coñécese a fabricación de xabón a partir de graxas animais e lixivias. Produce tristura ver as imaxes que chegadas da guerra en Alepo, en Siria, onde dende fai uns 2000 anos fabrícase o famoso xabón de Alepo a partir de aceites de oliva e loureiro.

   A fermentación do amidón e os azucres para obter alcol tamén se coñece desde épocas prehistóricas, usándose actualmente os mesmos métodos para fabricar bebidas alcohólicas, como viño, cervexa, sidra ou a antiga hidromel.

   A Química Orgánica como tal nace a finais do XVIII, cando se tentan illar compostos orgánicos puros a partir de extractos de vexetais.
 

   En 1784 Lavoisier idea un método para queimar unha mostra dun composto orgánico, recollendo e analizando os produtos da combustión.

   En 1807 o químico sueco Berzelius utiliza por primeira vez o termo de "compostos orgánicos" para referirse a este tipo de compostos que proviñan de sistemas organizados. Críase, por entón, que tales compostos posuían unha "forza vital", a parte dos seus elementos químicos, que facía que non puidesen ser sintetizados a partir dos seus elementos.

   En 1828 a síntese da urea realizada por Wöhler, a partir da evaporación dunha disolución de cianato de amonio, que é un sal inorgánico, cambia radicalmente o mundo da química. A química orgánica xa non está ligada á intervención dos organismos vivos, pódense sintetizar compostos orgánicos a partir de substancias inorgánicas. Esta é a razón de que hoxe se prefira falar de química do carbono, para referirse á química orgánica, aínda que se conserva por razóns históricas tamén esta denominación.

   A partir de aí abriuse un mundo de posibilidades no dominio da química.
 

ENLACES DO CARBONO

    O número de compostos orgánicos coñecidos (varios millóns na actualidade) é moi superior ao de compostos inorgánicos, a pesar de ser tan poucos os elementos que entran na súa composición. A razón deste feito hai que buscala na capacidade que presenta o carbono para combinarse facilmente consigo mesmo e con outros elementos mediante enlaces covalentes.

   A configuración electrónica do carbono é:
 

   Esta configuración só permite a formación de dous enlaces covalentes por solapamento de orbitais. Segundo a teoría de Enlace de Valencia os orbitais que solapan para formar enlace deben ter un único electrón. Se un átomo solapa un orbital con dous electróns, o orbital co que solapa debe estar baleiro, formando o que se chama un enlace dativo. 

   Sábese que o carbono é tetravalente, forma catro enlaces nas súas combinacións. Temos que dar unha explicación a este feito. A explicación é que dada a pouca diferenza de enerxía que hai entre os orbitais 2s e os 2p é fácil promocionar un electrón 2s a un orbital 2p, obténdose a seguinte configuración:

   Esta configuración permite a formación de catro enlaces covalentes por compartición de electróns, xa sexa consigo mesmo ou con outros elementos, gáñase así con fartura a enerxía antes investida en promocionar o electrón a un orbital superior.

   De todos os xeitos esta configuración tampouco explica as características do carbono nos seus compostos. Fixémonos no metano, CH4, sábese que todas os seus enlaces son iguais. Se no metano solaparan os orbitais 2s e 2p do carbono cos 1s de hidróxeno, teriamos dous tipos de enlaces. Ademais sábese que a xeometría é tetraédrica, pero se solaparan os orbitais 2p para formar os enlaces estes formarían ángulos de 90º entre eles. Como explicar isto?

   Para explicalo houbo que refinar o modelo de Enlace de Valencia. Non sempre solapan orbitais atómicos puros cando se forman os enlaces. A cada orbital atómico correspóndelle unha función de onda. Estas funcións de onda pódense combinar linealmente para dar un conxunto de orbitais híbridos. Un conxunto de orbitais atómicos que se combine linealmente dará un conxunto do mesmo número de orbitais híbridos. Se se combinan linealmente o orbital 2s e os tres orbitais 2p do carbono teremos un conxunto de catro orbitais híbridos iguais, chamados sp3, xa que todos están formados por unha parte de orbital s e tres partes de orbital p. Son orbitais direccionales, de forma parecida aos orbitais p, pero cun dos lóbulos moito maior que o outro, nos esquemas só pintaremos o lóbulo maior.

   O átomo de carbono pode combinar os seus orbitais 2s e 2p puros para dar un conxunto de catro orbitais híbridos sp3.
 

   Os orbitais híbridos sp3 teñen unha xeometría tetraédrica. Sempre que o carbono estea unido a catro átomos empregará híbridos sp3. Os enlaces será de tipo σ xa que o solapamento prodúcese na liña internuclear e a xeometría é tetraédrica, con ángulos de 109º.

   Isto é o que ocorre no metano, CH4. Os orbitais híbridos sp3 solapan cos orbitais 1s do hidróxeno para dar catro enlaces σ dando unha estrutura tetraédrica con ángulos de 109º.   
 

   O mesmo ocorre no caso do etano, CH3−CH3. Os orbitais híbridos sp3 dun carbono solapan co orbital híbrido sp3 do outro carbono e cos orbitais 1s dos tres hidróxenos para dar catro enlaces σ con estrutura tetraédrica e ángulos de 109º. Esta xeometría será común a todos os alcanos.

   Unha situación diferente ocorre no eteno, CH2=CH2, o carbono está unido a tres átomos, un carbono e dous hidróxenos, e os ángulos son de 120º. Esta xeometría é compatible con híbridos sp2, que se forman por combinación lineal dun orbital 2s e dous orbitais 2p do carbono.

   Os orbitais sp2 forman unha estrutura triangular plana con ángulos de 120º, e ao carbono quédalle un orbital 2p puro perpendicular a esta estrutura. Estes orbitais 2p puros dos dous carbonos poden solapar por encima e por baixo do plano formado polos orbitais sp2. Este enlace que solapa por encima e por baixo da liña internuclear denomínase enlace π

   No eteno os carbonos utilizan híbridos sp2 para solapar cos orbitais 1s dos hidróxenos e sp2 do outro carbono. Formando unha estrutura plana de enlaces σ, con ángulos de 120º, cun orbital 2p sobre cada carbono que solapan entre si para formar un enlace π. É a formación deste enlace π o que mantén a estrutura plana de enlaces σ, xa que se os orbitais 2p non están paralelos non poden solapar de forma eficaz. Esta estrutura vai dar sempre que teñamos enlaces dobres nunha cadea carbonada.

   No etino, CH≡CH, os catro átomos presentan unha estrutura lineal, os enlaces do carbono, cun hidróxeno e co outro carbono, forman un ángulo de 180º. Esta xeometría é compatible con híbridos sp, que se forman por combinación lineal dun orbital 2s e un orbital 2p do carbono.
 

    Os orbitais sp forman unha estrutura lineal con ángulos de 180º, e ao carbono quédanlle dous orbitais 2p puros perpendiculares a esta estrutura lineal. Estes orbitais 2p puros dos dous carbonos poden solapar por encima e por baixo da liña internuclear e por diante e por detrás da mesma. Dando lugar a dous enlaces π

   En el etino los carbonos utilizan híbridos sp para solapar con los orbitales 1s de los hidrógenos y sp del otro carbono. Formando una estructura lineal de enlaces σ, con ángulos de 180º, con dos orbitales 2p sobre cada carbono que solapan entre sí para formar dos enlaces π

No etino os carbonos utilizan híbridos sp para solapar cos orbitais 1s dos hidróxenos e sp do outro carbono. Formando unha estrutura lineal de enlaces σ, con ángulos de 180º, con dous orbitais 2p sobre cada carbono que solapan entre si para formar dous enlaces π

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

FÓRMULAS QUÍMICAS

   A fórmula química é a forma escrita dunha molécula. Debe proporcionar, como mínimo, dúas informacións importantes: que elementos forman o composto e en que proporción atópanse devanditos elementos no mesmo.

   A fórmula pode ser:
 
  • Empírica:

    É a fórmula máis simple posible. Indica que elementos forman a molécula e en que proporción están. É a fórmula que se obtén a partir da composición centesimal dun composto. Por exemplo, se temos un hidrocarburo (formado por H e C) podemos combustionalo en presenza de osíxeno, e a partir do CO2 e H2O que se forman determinar a cantidade de C e H que contén. Bastará calcular os moles de C e H, e dividir estas dúas cantidades polo valor máis pequeno determinando a proporción dos átomos no composto, é dicir, a súa fórmula empírica.

   Exemplo : (CH)n, composto formado por carbono e hidróxeno, na proporción: 1 a 1.

  • Molecular:

   Indica o número total de átomos de cada elemento na molécula. Para coñecer a fórmula molecular a partir da empírica é preciso coñecer a masa molecular do composto. A partir das propiedades coligativas, como presión osmótica, descenso crioscópico ou aumento ebuloscópico, podemos determinar a masa molecular, e a partir desta a fórmula molecular cunha simple proporción.

   Hai tres formas distintas de escribir unha fórmula molecular:

Condensada Expresa o tipo e número de átomos da molécula. Pero non informa dos enlaces que presenta a mesma. Exemplo: C2H2 composto formado por dous átomos de carbono e dous átomos de hidróxeno.
Semidesenvolvida Nela represéntase só os enlaces carbono-carbono. Exemplo: HC≡CH presenta un enlace triplo carbono-carbono.
Desenvolvida o Estructural Represéntanse todos os enlaces da molécula. Exemplo: H−C≡C−H Na maior parte dos casos bastará coa fórmula semidesenvolvida.
  • Xeométricas:

   Abrevian a escritura e indican a distribución dos átomos no plano ou no espazo.

Planas

en lugar de CH3−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−CH2−CH3
Tridimensionais

As cuñas e liñas descontinuas pretenden axudar a dar perspectiva á molécula. COOH e H están no plano, OH está detrás do plano, CH3 está diante do plano.

   En xeral usaremos as fórmulas semidesenvolvidas, e escribirémolas coma se fosen lineais, por exemplo o butano será: CH3−CH2−CH2−CH3. Lembra que o carbono presenta xeometría tetraédrica neste composto, pero por comodidade escribirémolo lineal. Tamén podemos retorcer as cadeas de carbono por necesidades de espazo, o que pode complicarnos o pescudar cal é a cadea máis longa dun composto.

   Chamaremos cadea carbonada á secuencia de átomos de carbono, unidos entre si, que forman o esqueleto da molécula orgánica.

    Hai diferentes tipos de cadea, segundo sexa a súa forma:

  • Aberta: Os átomos de carbono extremos non están unidos entre si. Non forman aneis ou ciclos.

  Pode ser:

Lineal Non levan ningún tipo de ramificación. Os átomos de carbono poden escribirse en liña recta. Aínda que tamén se poden escribir retortas para ocupar menor espazo. É importante saber ver que aínda que estea torta é unha cadea lineal.

Ramificada Dalgún dos carbonos da cadea lineal sae outra ou outras cadeas secundarias ou ramas. 

  • Pechada ou cíclica: O último carbono da cadea únese ao primeiro, formando un ciclo ou anel.

   Hai varios tipos:

Homocíclica Os átomos do ciclo son átomos de carbono.

Heterocíclica Algún átomo de carbono do ciclo foi substituido por outro átomo, por exemplo N, S, O, etc.

Monocíclica Só hai un ciclo.

Policíclica Hai varios ciclos unidos.

   Podes practicar construíndo moléculas orgánicas con estes construtores en linea:

Construtor de moléculas MolView

Construtor de moléculas JSME Molecular Editor

NOMENCLATURA E FORMULACIÓN

   A formulación e nomenclatura dos compostos orgánicos segundo a IUPAC estudarémola a través da web de ALONSOFORMULA:

https://www.alonsoformula.com/organica_gal

EJERCICIOS DE FORMULACIÓN

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

ISOMERÍA

   Lembremos que os compostos orgánicos caracterízanse por presentar gran cantidade de compostos utilizando moi poucos elementos. Compostos constituídos só por C, H, O e N cóntanse por millóns. A que se formen tantos compostos contribúe tamén a propiedade da isomería.

   A isomería é a propiedade dos compostos orgánicos para presentar compostos con propiedades diferentes pero de mesma fórmula molecular condensada. A súa composición centesimal e a súa masa molecular coincide pero as súas propiedades físicas e químicas son diferentes. Isto débese á diferente disposición dos átomos nas moléculas, teremos moitas moléculas cos mesmos átomos pero distribuídos de diferente forma.

   Chamamos isómeros aos compostos que tendo a mesma fórmula molecular condensada teñen diferentes propiedades.

   Tipos de isomería:
 

 

ISOMERÍA ESTRUTURAL

Os isómeros diferéncianse na orde en que están enlazados os átomos na molécula.
Isomería de cadea Distinta ramificación da cadea.

butano

metilpropano

Isomería de posición Distinta posición do grupo funcional.

butan-1-ol ou 1-butanol

butan-2-ol ou 2-butanol

Isomería de función Distinto grupo funcional.

butan-1-ol ou 1-butanol

dietil éter

ESTEREOISOMERÍA

Os isómeros diferéncianse pola disposición tridimensional dos átomos na molécula.
Isomería xeométrica ou cis-trans Propia dos compostos con dobres enlaces. Os grupos voluminosos dispóñense cara ao mesmo lado (CIS) ou cara a lados opostos (TRANS) no plano do dobre enlace.

cis-but-2-eno ou cis-2-buteno

trans-but-2-eno ou trans-2-buteno

Isomería óptica Propia de compostos con carbonos asimétricos, é dicir, cos catro substituintes diferentes. Os isómeros son imaxes especulares.

ácido D-2-aminopropanoico

ácido L-2-aminopropanoico

    Os isómeros ópticos diferéncianse unicamente no seu poder rotatorio fronte á luz polarizada e na súa actividade fronte aos encimas. Un dos isómeros desviará o plano da luz polarizada un ángulo +α, chamarémoslle dextróxiro ou D, e o outro desviará o plano da luz polarizada un ángulo −α, chamarémoslle levóxiro ou L. Estes isómeros que son un imaxe especular do outro chámanse enantiómeros. A mestura equimolecular de ambos é unha mestura racémica, que ao estar formada por un 50% de cada composto non presentará actividade óptica.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

REACCIÓNS ORGÁNICAS

   Dado o gran número de compostos orgánicos haberá tamén un gran número de reaccións orgánicas. Pero o feito de que nos compostos orgánicos participe un número bastante reducido de elementos e de enlaces entre eles fan que se poidan clasificar estas reaccións nun número non moi amplo de tipos de reaccións orgánicas.

   Tipos de reaccións orgánicas:
  1. Substitución
  2. Adición
  3. Eliminación
  4. Condensación
  5. Redox

REACCIÓNS DE SUBSTITUCIÓN

   Nas reaccións de substitución un átomo ou grupo de átomos dun composto é substituído por outro átomo ou grupo atómico.

   Esquema xeral:
 

   Estas reaccións poden ser de tres tipos:

  1. Substitución radicalaria
  2. Substitución nucleófila
  3. Substitución electrófila

   A. Substitución radicalaria

   Nelas prodúcense radicais libres por rotura homolítica dunha molécula apolar. Un exemplo é a haloxenación de alcanos, na que os hidróxenos do alcano son substituídos total ou parcialmente por átomos do grupo dos halóxenos.

   A composición da mestura dependerá das condicións da reacción. 

   Estas reaccións realízanse baixo luz ultravioleta e prodúcese un proceso en cadea en tres etapas: iniciación, propagación e terminación.
 

Iniciación
Propagación
Terminación

   O resultado da reacción é unha mestura complexa de substancias.

   B. Substitución nucleófila

   Unha reacción de substitución nucleófila é unha reacción na que un nucleófilo, "átomo ou grupo rico en electróns", substitúe nunha posición electrófila, "pobre en electróns", dunha molécula a un átomo ou grupo chamado grupo saínte.

Exemplos:

   C. Substitución electrófila

   É característica dos hidrocarburos aromáticos. É unha reacción na que un electrófilo ataca un substrato orgánico de alta densidade electrónica, como o anel π dos compostos aromáticos, de xeito que hidróxenos do anel aromático son substituidos por outro átomo ou grupo de átomos

   Exemplos:

Haloxenación do benceno

Nitración do benceno

Alquilación de Friedel-Crafts

 

REACCIÓNS DE ADICIÓN

   Nas reaccións de adición unha ou máis substancias súmanse a outra, o substrato, que debe posuír polo menos un enlace múltiple.

   As reaccións de adición poden ser:
 
  1. Adición electrófila
  2. Adición nucleófila

A. Adición electrófila.

   Seguen o esquema:

   Enlaces dobres ou triplos poden engadir hidróxeno, halóxenos, haluros de hidróxeno ou auga, en presenza de catalizadores como Pt, Pd ou Ni.

   Se o alqueno non presenta un dobre enlace simétrica obtéñense dous produtos.

   Segundo a regra de Markovnikov a parte máis electronegativa do reactivo engádese ao carbono menos hidroxenado.

B. Adición nucleófila

   Segue o esquema:

   En enlaces dobres polarizados como o carbonilo (=C=O) ou o grupo ciano (−C≡N) o carbono, con carga parcial positiva, é atacado por un reactivo nucleófilo.

REACCIÓNS DE ELIMINACIÓN

    É unha reacción contraria á de adición. Elimínase unha molécula dun composto. Se os átomos eliminados están en carbonos adxacentes fórmase un enlace múltiple, se están en carbonos non adxacentes fórmase un ciclo.

   Exemplos:

   Segundo a regra de Sayzev, nas reaccións de eliminación, tende a formarse o alqueno máis substituído.

REACCIÓNS DE CONDENSACIÓN

   É unha reacción de adición seguida por unha de eliminación dunha molécula sinxela. É típica dos compostos carbonílicos.

   Exemplos:

REACCIÓNS DE OXIDACIÓN-REDUCIÓN

   Nestas reaccións prodúcense transferencias de electróns duns átomos a outros. para coñecer os compostos que se oxidan ou se reducen podemos seguir estas regras: se un composto perde hidróxenos oxídase, e se os gana redúcese, ou tamén, se un composto gaña osíxenos oxídase, e se os perde redúcese.

   Exemplos:

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

POLÍMEROS

   Observa este interesante vídeo sobre os polímeros:

   Os polímeros son macromoléculas formadas por unión, mediante enlaces covalentes, de unidades simples chamadas monómeros. Os polímeros teñen elevada masa molecular de polo menos miles ou millóns de unidades de masa atómica.

   As proteínas, o ADN e ARN, o amidón, a celulosa, a seda, o caucho son exemplos de polímeros naturais, e o celuloide, a baquelita, o nailon, o poliéster e o polietileno de polímeros sintéticos.

   Os primeiros polímeros sintéticos obtivéronse por modificación de polímeros naturais. En 1839 Charles Goodyear realiza o vulcanizado do caucho. En 1870, John W. Hyatt sintetizou o celuloide a partir de nitrato de celulosa.

   O primeiro polímero totalmente sintético obtívose en 1909, cando o químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica a baquelita a partir de formaldehído e fenol. O poliestireno (PS) sintetízase en 1911 e o poli(cloruro de vinilo) (PVC) en 1912.
 

   En 1922, o químico alemán Hermann Staudinger comeza o estudo dos polímeros e en 1926 expón a súa hipótese de que se trata de longas cadeas de unidades pequenas unidas por enlaces covalentes. Propuxo as fórmulas estruturais do poliestireno e do polioximetileno, tal como coñecémolas actualmente, como cadeas moleculares xigantes, formadas pola asociación mediante enlace covalente de certos grupos atómicos chamados "unidades estruturais". Este concepto converteuse en "fundamento" da química macromolecular só a partir de 1930, cando foi aceptado amplamente. En 1953 recibiu o Premio Nobel de Química polo seu traballo.

   Wallace Carothers, traballando na empresa DuPont desde 1928, desenvolveu un gran número de novos polímeros: poliésteres, poliamidas, neopreno etc.

   A Segunda Guerra Mundial contribuíu ao avance na investigación de polímeros. Por exemplo, foi moi importante a substitución do caucho natural por caucho sintético.
 

  • Clasificación dos polímeros segundo a súa composición:

HOMOPOLÍMEROS 

   Están formados por repetición dun único tipo de monómero. Exemplo: polietileno (PE)

COPOLÍMEROS

   Están formados por dous ou máis tipos de monómeros. Exemplo: poliamida (PA)

  • Clasificación dos polímeros segundo a súa estructura:

LINEAIS

   Están formados por monómeros que se unen dando cadeas lineais. Exemplo: poliestireno (PS)

RAMIFICADOS

   Están formados por monómeros que se unen dando estruturas ramificadas tridimensionais debido a que presentan monómeros trifuncionais ou polifuncionais.

  • Clasificación dos polímeros segundo o seu comportamento térmico:

TERMOPLÁSTICOS

   Son polímeros que por quecemento vólvense deformables, adquiren plasticidade. Pódense moldear pola acción da calor pero vólvense ríxidos ao arrefriarse. Este proceso pode repetirse, en principio, indefinidamente. 

   Posúen unha estrutura molecular de cadeas aberta ou fíos. Puntos de fusión baixos. Solubles en disolventes orgánicos. Reciclables.

TERMOESTABLES

   Son polímeros que unha vez formados non se poden moldear ou fundir pola acción da calor. Obtéñense por condensación. Moldéanse antes de que a reacción chegue ao seu fin.

   Presentan estrutura entrecruzada. En xeral insolubles en disolventes orgánicos. Descompóñense a elevada temperatura. Presentan estruturas ríxidas debido ao gran entrecruzamiento molecular.

ELASTÓMEROS

   Son polímeros que presentan propiedades elásticas. Pódense estirar sen que rompan e recuperar a forma orixinal. Presentan estruturas tridimensionais debilmente entrecruzadas. Presentan semellanzas co caucho natural. Non son termoconformables.

  • Clasificación dos polímeros segundo o seu método de obtención:

POLÍMEROS DE ADICIÓN

   Son polímeros formados pola unión de moléculas insaturadas, que rompen o seu enlace múltiple sen eliminación de moléculas pequenas.

POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN

   Son polímeros formados pola unión de dous monómeros difuncionais ou polifuncionais, que reaccionan entre si eliminando moléculas de pequeno tamaño á parte do polímero.

  • Reaccións de polimerización:

Reacción de polimerización por adición: Os polímeros de adición están formados pola unión de moléculas sinxelas insaturadas, nos que rompen os enlaces múltiples sen eliminación de moléculas pequenas. É unha reacción en cadea que transcorre en tres etapas: iniciación, propagación e terminación. O mecanismo pode ser por radicais libre ou por ións.

   Vexamos o mecanismo de adición por radicais libres:

Iniciación:

   Os iniciadores da polimerización poden ser peróxidos orgánicos que se descompoñen producindo radicais libres.

Propagación:

   O radical libre ataca o dobre enlace do monómero, xerando un novo radical libre que reacciona con novas moléculas de monómero, incrementando a cadea do polímero.

Terminación:

   Pódese producir por combinación de dous radicais libres:

   Tamén pódese producir por desproporción ao transferirse un átomo de hidróxeno dun radical a outro:

Reacción de polimerización por condensación: A condensación prodúcese por reacción, de dous monómeros distintos, na que se xera algunha molécula pequena tamén.

   Por exemplo o PET ou polietilentereftalato é un poliéster que se forma por condensación do etanodiol e o ácido 1,4-bencenodicarboxílico:

  • Exemplos de polímeros:

POLÍMEROS DE ADICIÓN

POLÍMERO

Nome tradicional

Abreviatura

NOME IUPAC MONÓMERO ESTRUTURA
Polietileno

PE

Polieteno Eteno ou etileno
Polipropileno

PP

Polipropeno propeno ou propileno
Poliestireno

PS

Poli(etenilbenceno) etenilbenceno, vinilbenceno ou estireno
Poli(cloruro de vinilo)

PVC

Poli(cloruro de vinilo) cloroeteno ou cloruro de vinilo
Poliacrilonitrilo

PAN

Poliacrilonitrilo propenonitrilo ou acrilonitrilo
Poli(metacrilato de metilo)

PMMA

Poli(metacrilato de metilo) 2-metilpropenoato de metilo ou metacrilato de metilo
cis 1,4-polibutadieno

PB

Polibutadieno 1,3 butadieno

 

POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN

POLÍMERO MONÓMEROS ESTRUTURA
Poliéster Diácidos
Dioles
Poli(etilentereftalato)

PET

Ácido 1,4-bencenodicarboxílico ou ácido tereftálico
Etanodiol ou etilenglicol
Poliamidas PA

(Nylon)

Diácidos
Diaminas
Poliuretano

PU

Diisocianatos
Dioles
Policarbonato

PC

Bisfenol A
fósxeno

CAUCHO:

   O caucho é un polímero elástico, cis-1,4-polisopreno, polímero do isopreno ou 2-metil-1,3-butadieno. Obtense como unha emulsión leitosa (coñecida como látex) do zume de varias plantas, como a Hevea brasiliensis. Outra planta que contén látex é o dente de león común.

   O caucho foi colleitado durante moito tempo xa antes da chegada dos europeos, certos indíxenas do amazonas chamábano cautchouc, ou "árbore que chora", e usárono para facer vasillas.

   En 1839, por accidente, un inventor de Boston, Charles Goodyear deixou caer unha mestura de caucho e de xofre sobre unha estufa quente. Foi o principio da vulcanización, o proceso que fixo o caucho máis resistente converténdoo en produto esencial da era industrial.

   Actualmente fabrícanse multitude de artigos de caucho para diferentes usos. O caucho é amplamente utilizado na fabricación de pneumáticos, artigos impermeables e illantes, polas súas excelentes propiedades de elasticidade e resistencia ante os ácidos e as substancias alcalinas. É repelente á auga, illante da temperatura e da electricidade.
 

POLIETILENO (PE):

   O polietileno (PE) é químicamente o polímero máis simple. É un dos plásticos máis comúns debido ao seu baixo prezo e simplicidade na súa fabricación. É químicamente inerte. Obtense da polimerización do eteno ou etileno CH2=CH2 , do que deriva o seu nome.

   O 27 de marzo de 1933, en Inglaterra, foi sintetizado tal como coñecémolo hoxe en día, por Reginald Gibson e Eric Fawcett. Aplicando moi altas presións e unha temperatura de 170 °C nun autoclave, obtiveron o material de alta viscosidade e cor esbrancuxada que se coñece hoxe en día como "polietileno de baixa densidade" (LDPE). 

   A altísima presión requirida era un inconveniente económico. Por iso varios investigadores comezaron a buscar catalizadores que permitisen a polimerización a presión máis reducida. Isto deu orixe aos catalizadores Ziegler-Natta, polos cales Karl Ziegler e Giulio Natta recibiron o premio Nobel de química en 1963. Os catalizadores clásicos do tipo Ziegler-Natta son catalizadores mixtos que conteñen un composto organometálico dos grupos principais I, II ou III do sistema periódico, por exemplo trietilaluminio Al(C2H5)3, e un composto dun metal de transición, por exemplo tetracloruro de titanio TlCl4.

   O polietileno de baixa densidade LDPE é un polímero cunha estrutura de cadeas moi ramificadas; isto fai que teña unha densidade máis baixa que a do HDPE (0,91-0,94 g/cm3).

   Usos: Sacos e bolsas plásticas. Cubertas para invernadoiros e outros usos agrícolas. Xoguetes. Obxectos de enxoval, como vasos, pratos, cubertos. Botellas. Tubos e tubaxes.

   O polietileno de alta densidade (HDPE) é un polímero que se caracteriza por: excelente resistencia térmica e química, moi boa resistencia ao impacto, é flexible, aínda a baixas temperaturas, é máis ríxido que o polietileno de baixa densidade, é moi lixeiro e a súa densidade atópase na contorna de 0,94-0,97 g/cm3.

   Usos: Tubaxes para distribución de auga potable. Envases de alimentos, deterxentes, e outros produtos químicos. Artigos para o fogar. Xoguetes. Dispositivos protectores (cascos, xeonlleiras, ...).
 

POLICLORURO DE VINILO (PVC):

   É un termoplástico que se obtén por polimerización do cloruro de vinilo, ou cloroeteno. A resina que resulta desta polimerización é a máis versátil da familia dos plásticos xa que a partir dela pódense obter produtos ríxidos e flexibles. 

   É un plástico utilizado en áreas tan diversas como a construción, enerxía, saúde, preservación de alimentos e artigos de uso diario, entre outros.

   O policloruro de vinilo foi descuberto por accidente polo menos en dúas ocasións durante o século XIX: en 1835, por primeira vez, por Henri Victor Regnault, e en 1872 por Eugen Baumann.

   En 1926, Waldo Semon, en colaboración coa B. F. Goodrich Company, desenvolveu un método de plastificación do PVC mediante a mestura con aditivos que axudou a que o material fose máis flexible e máis fácil de fabricar.

   Ten unha elevada resistencia á abrasión, xunto cunha baixa densidade (1,4 g/cm3), boa resistencia mecánica e ao impacto, o que o fai común e ideal para a edificación e construción.

   É un material altamente resistente, os produtos de PVC poden durar ata máis de sesenta anos como se comproba en aplicacións tales como tubaxes para condución de auga potable e sanitarios; de acordo ao estado das instalacións espérase unha prolongada duración do PVC así como ocorre cos marcos de portas e xanelas.

   Debido aos átomos de cloro que forman parte do polímero PVC, non se queima con facilidade nin arde por si só e cesa de arder unha vez que a fonte de calor retirouse.

   Emprégase eficazmente para illar e protexer cables eléctricos no fogar, oficinas e nas industrias debido a que é un bo illante eléctrico.

   Vólvese flexible e moldeable sen necesidade de sometelo a altas temperaturas (basta uns segundos exposto a unha chama) e mantén a forma dada e propiedades unha vez arrefriado a temperatura ambiente, o cal facilita a súa modificación.

   Existe un debate acerca da toxicidade do PVC. Mentres que a industria do PVC nega os seus posibles efectos tóxicos sobre a saúde e o medio ambiente, certos colectivos e organizacións ecoloxistas denuncian que a inhalación prolongada de cloruro de vinilo podería ser a causa de doenzas no fígado e cancro.
 

POLIESTIRENO (PS):

   O poliestireno (PS) é un polímero termoplástico que se obtén da polimerización do estireno, ou etenilbenceno. 

   Existen catro tipos principais: o PS cristal ou GPPS (do inglés: Xeneral Purpose Polystyrene), que é transparente, ríxido e quebradizo; o poliestireno de alto impacto ou HIPS (do inglés: High Impact Polystyrene), resistente ao impacto e opaco esbrancuxado; o poliestireno expandido ou EPS (do inglés: Expandable Polystyrene; PSE en francés), moi lixeiro; e o poliestireno extruído, similar ao expandido pero máis denso e impermeable. 

   As aplicacións principais do PS de alto impacto e o PS cristal son a fabricación de envases mediante extrusión-termoformado, e de obxectos diversos mediante moldeo por inxección. 

   As formas expandida e extruída empréganse principalmente como illantes térmicos en construción e para formar embalaxes de obxectos fráxiles. O EPS tamén é utilizado para a produción de caixas de peixe ou neveiras para o transporte de vacinas, pola súa capacidade illante.

   A primeira produción industrial de poliestireno cristal foi realizada por BASF, en Alemaña, en 1930. O PS expandido e o PS de alto impacto foron inventados nas décadas seguintes. Desde entón os procesos de produción melloraron substancialmente e o poliestireno deu lugar a unha industria sólidamente establecida. O poliestireno é hoxe o cuarto plástico máis consumido, por detrás do polietileno, o polipropileno e o PVC.

   O poliestireno de alto impacto utilízase principalmente na fabricación de obxectos mediante moldeo por inxección. Algúns exemplos: carcasas de televisores, impresoras, portas e interiores de frigoríficos, maquinillas de afeitar refugables, xoguetes. Segundo as aplicacións pódenselle engadir aditivos por exemplo substancias ignífugas ou colorantes.

   O poliestireno cristal utilízase tamén en moldeo por inxección alí onde a transparencia e o baixo custo son importantes. Exemplos: caixas de CD, perchas, caixas de ovos. Outra aplicación moi importante é na produción de escumas ríxidas, denominadas ás veces "poliestireno extruido" ou XPS, a non confundir co poliestireno expandido EPS. Estas escumas XPS utilízanse por exemplo para as bandexas de carne dos supermercados, así como na construción.

   A forma expandida (poliestireno expandido) EPS, utilízase como illante térmico e acústico e é amplamente coñecido baixo diversas marcas comerciais (Poliexpan, Telgopor, Emmedue, Icopor, etc.).

   A forma extruída (poliestireno extruido) XPS, emprégase como illamento térmico en chans, debido á súa maior resistencia mecánica, e tamén como alma en paneis sandwich de fachada. Pero o seu uso máis específico é o de illante térmico en cubertas investidas, onde o illamento térmico colócase encima do impermeabilizante, protexéndoo das inclemencias do tempo e alongando a súa vida útil.
 

  • Reciclado:

   Os materiais plásticos que podemos atopar á venda presentan uns símbolos que nos anuncian o tipo de plástico de que se trata e a posibilidade de ser reciclado. Neste caso, o símbolo de reciclaxe está formado por un triángulo de tres frechas que conteñen un número e unhas letras que sinalan o tipo de material. Podemos atoparnos no mercado os seguintes símbolos:

   Estes son algúns exemplos de plásticos que podemos atopar por casa ou cando imos ao súper.

   PET ou PETE (Polietileno tereftalato) 1. É un dos plásticos máis comúns, é lixeiro, non é caro e é facilmente reciclable, usado sobre todo para envasar alimentos e bebidas. A maioría das botellas de auga que se comercializan en España están feitas a partir de PET. Unha vez reciclado, pódese utilizar, por exemplo, na elaboración de fibras téxtiles e pezas de automóbil.

Botella de auga mineral Bote de maionesa
Botella de aceite Envase de lavalouzas

   HDPE (Polietileno de alta densidade) 2. Grazas á súa versatilidade e resistencia química utilízase, sobre todo, en envases, en produtos de limpeza de fogar ou químicos industriais, como botellas de champú, deterxente, cloro etc. Recíclase de moi diversas formas, como en tubos, botellas de deterxentes e limpadores, mobles de xardín etc.

Bolsa de supermercado Bolsa de supermercado
Bote de champú Bote de xel de baño
Envase de limpiador vitrocerámicas Envase de deterxente

   V ou PVC (Vinílicos ou Cloruro de Polivinilo) 3. É moi resistente. Non se usa para alimentos, senón para a fabricación de produtos de alta resistencia como xanelas ou materiais para construción. Unha vez reciclado, pode servir para a fabricación de paneis, tarimas, tapetes etc.. O PVC pode soltar diversas toxinas (non hai que queimalo nin deixar que toque alimentos).

   PEBD (Polietileno de baixa densidade) 4. Este plástico forte, flexible e transparente pódese atopar nalgunhas botellas e bolsas moi diversas (da compra ou para comida conxelada, pan, etc.), algúns mobles e alfombras, entre outros. Tras a súa reciclaxe, pódese utilizar de novo en contedores e papeleiras, sobres, paneis, tubaxes ou baldosas.

Envase de rolos de cociña

Envase de rolos de papel hixiénico

   PP (Polipropileno) 5. O seu alto punto de fusión permite envases capaces de conter líquidos e alimentos quentes. Utilízase na fabricación de envases médicos, iogures, palliñas, botes de ketchup, tapas, algúns contedores de cociña, etc. Ao reciclarse pódense obter sinais luminosos, cables de batería, basoiras, cepillos, angazos, cubos, bandexas etc.

Envase de pasta Envase de panos de papel
Caixa de CDs Caixa de CDs
Recipiente cociña Envase de deterxente

   PS (Poliestireno) 6. Utilizado en pratos e vasos de usar e tirar, caixas de ovos, bandexas de carne etc. O seu baixo punto de fusión fai posible que poida derretirse en contacto coa calor. Tras a súa reciclaxe, pódense obter diversos produtos como material para edificación, illantes etc.

Caixa de CDs Caixa de bombóns
Bandexa de supermercado Envase de escarvadentes

   Outros plásticos 7. Neste caixón de xastre inclúense unha gran diversidade de plásticos moi difíciles de reciclar, como o policarbonato, e que serven para elaborar DVD´s, lentes de sol, MP3 ou PC´s.

Bolsa de pistachos Envase de toalliñas húmidas
Xarra filtradora de auga
SMMA - Estireno metilmetacrilato
SAN - Estireno acrilonitrilo
Xarra filtradora de auga
ASA - Acrilonitrilo estireno acrilato
ABS - Acrilonitrilo butadieno estireno

   Como variantes destes símbolos de materiais plásticos pódense atopar só cos números, sen os acrónimos, ou co anel máis groso de Moebius e, no seu interior, o número que corresponda. Se o acrónimo leva unha "R" diante, significa que o produto contén materiais plásticos reciclados. Pola súa banda, se o símbolo leva o acrónimo ABS, refírese ao acrilonitrilo butadieno estireno, un plástico moi duro utilizado en automoción e en usos tanto industriais como domésticos.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

  • Una visión crítica:

   Unha visión crítica sobre o abuso dos plásticos, por Annie Leonard:

   Está claro que non todo o plástico recíclase. Gran parte dos plásticos que usamos vai parar ao océano. Pero o mar non os destrúe. Esta enorme cantidade de plástico en pequenos fragmento está a poñer en perigo os ecosistemas mariños.

Principal Enunciados
WWW.ALONSOFORMULA.COM
Formulación Inorgánica  Formulación Orgánica 
Formulación Inorgánica  Formulación Orgánica 
Formulació Inorgánica  Formulació Orgánica 
Ezorganikoaren Formulazioa  Nomenclature of Inorganic Q. 
Física y Química de ESO  Física e Química de ESO 
FQ de 1º de Bachillerato  FQ de 1º de Bacharelato 
Química de 2º de Bachillerato  Prácticas de Química