Macromoléculas y polímeros

Moléculas gigantes. Seres vivos. Proteinas. Carbohidratos. Lípidos. Ácidos nucleicos. Plásticos. Sintéticos. Reciclaje de los plásticos

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MACROMOLECULAS Y POLIMEROS

Física y química 4º E.S.O.

Curso 2002-2003 21-01-2003

INDICE

Moléculas gigantes

Macromolécula 3

Macromoléculas en los seres vivos

Proteínas 4

Carbohidratos 5

Lípidos 6

Ácidos nucleicos 7

Plásticos y polímeros

Polímeros sintéticos 8 y 9

Clasificación de los polímetros 10

Reciclaje de los plásticos

Reciclaje de los plásticos 11 y 12

MOLÉCULAS GIGANTES

MACROMOLÉCULAS

El concepto de macromolécula fue introducido por H. Staudinger en 1992.

Por macromolécula entendemos aquellas moléculas gigantes que pueden contener varios miles o varias centenas de miles de átomos. Las macromoléculas son similares a las moléculas orgánicas clásicas excepto en el tamaño.

Se pueden clasificar en:

macromoléculas lineales, cuyo encadenamiento atómico se desarrolla en una dirección preferencial, a veces con ramificaciones.

macromoléculas laminares, cuyos encadenamientos atómicos se desarrollan en dos direcciones espaciales.

macromoléculas tridimensionales, cuya estructura se extiende en tres dimensiones del espacio.

Estas estructuras no forzosamente tienen que ser independientes: en la vulcanización del caucho, este pasa de la estructura lineal a la estructura tridimensional.

El material macromolecular es el que asocia una sustancia macromolecular a otras sustancias distintas. Entre las sustancias macromoleculares, también llamadas polímeros, se distinguen:

sustancias naturales, orgánicas, por ejemplo, celulosa, caucho; o minerales, por ejemplo, silicatos, sulfuro de cinc.

sustancias artificiales, obtenidas por modificación química de las precedentes.

sustancias sintéticas, por ejemplo, polímeros obtenidos por polimerización o policondensación.

Estas sustancias se caracterizan por la diversidad del tamaño de las macromoléculas que las constituyen y por la naturaleza de los enlaces que unen las cadenas macromoleculares.

MAROMOLÉCULAS EN LOS SERES VIVOS

PROTEÍNAS

Son un conjunto de Aminoácidos (Aa) ordenados.

Carbono, Hidrógeno, Oxigeno, Nitrógeno = Aminoácidos.

El hombre tiene 8 Aa esenciales.

Cuando son mas de 10mil Aa son Proteínas

Cuando son menos de 10mil Aa se llama Polipéptidos.

Niveles estructurales:

1er Nivel: Secuencia de Aa.

    • Cada una tiene una secuencia partículas, si cambia un Aa cambia la proteína.

2º Nivel: Orientación de Aa en el espacio.

3er Nivel: Sobre enrollamiento.

4º Nivel: Agrupan distintas proteínas con o sin grupo. “No proteicos”

CARBOHIDRATOS (GLUCIDOS)

- Son azucares y masas

- Su unidad básica: monosacárido

- 5 carbonos: pentasacárido, ribosa y desoxirribosa (participa en la estructura de genes)

- 6 carbonos: hexosacárido, glucosa (Energía); fructosa y galactosa.

Disacáridos: ( 2 monosacáridos)

Glucosa + glucosa = maltosa, es un estado transitorio

Glucosa + fructosa = sacarosa ( azúcar)

Glucosa + galactosa = lactosa, azúcar en la leche

LÍPIDOS

Las funciones de los lípidos consisten en formar membranas, en sus enlaces químicos pueden mantener energía que es utiliza cada cierto tiempo y esto hace que sirva de reserva energética.

Tipos de lípidos:

Ácidos Grasos: Molécula de CHO que generalmente tiene un grupo carboxilo o un grupo ácido en una de sus puntas. La cadena de ácidos que lo acompañan puede ser saturada o insaturada.

Saturadas: Mayor cantidad de H posibles asociadas al carbono (sólido) grasas.

Insaturadas: No llena todas sus posibilidades de H, se los puede quitar un oxigeno (liquido) aceites.

Lípidos simples o triglicéridos: Son básicamente un ácido graso más glicerina o glicerol más hidróxido, para que sea un triglicérido debe tener tres grupos de glicerol.

Lípidos Compuestos: Son aquellos que tienen una parte lípida y algún otro grupo no-lípido que puede ser proteico, de carbohidratos o de Aa.

Esteroles: Son otro tipo de lípidos. Son grasas complejas que tiene en su estructura básica tiene una molécula de puros anillos de carbono; ellas forman la base de los esteroles, es aquí donde esta el colesterol. Puedo formar musculatura y luego se hace grasa si lo dejo de consumir se transforma en tejido adiposo.

ÁCIDOS NUCLEICOS

Se relacionan con el material genético y con la expresión del material genético, la unidad básica, nucleótido, esta formado de un ácido fosforico o grupo fosforico, su base nitrogenada esta formada por: adenina, timina, uracilo y guanina y su pentosa formada por: ribosa, desoxirribosa.

Tipos de ácidos nucleicos:

ADN (ácido desoxirribonucleico), formado por:

- Adenina, guanina, citosina, timina.

- Siempre es una doble cadena de nucleótidos que forma un hélice.

- Como es de doble, hacen parejas de bases nitrogenadas.

- Adenina con timina y citosina con guanina.

- Las parejas de bases nitrogenadas son puentes de hidrógenos.

Puente de hidrógeno: atracción eléctrica de un átomo de hidrógeno con uno de nitrógeno u oxigeno.

- Se encuentra en el núcleo de las células, en las mitocondrias y en los cloroplastos.

- Tiene la información biológica.

ARN (ácido ribonucleico), compuesto de:

Adenina, guanina, uracilo, Citosina.

Cadena simple de nucleótidos.

Se encuentra en toda la célula.

Su función es expresar la información biológica.

PLÁSTICOS Y POLIMEROS

POLÍMEROS SINTÉTICOS

Los términos polímero, polímero alto, macromolécula y molécula gigante se emplean para designar materiales de alto peso molecular, de origen sintético o natural.

La materia esta formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales. Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

Existen polímeros naturales de gran significación comercial como el algodón, formado por fibras de celulosas. La celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para hacer telas y papel. La seda es otro polímero natural muy apreciado y es una poliamida semejante al nylon. La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímero naturales importantes.

Son materiales moldeables, con elevada resistencia química, y elásticos. Pueden tomar forma de fibras o de láminas transparentes. Todas estas propiedades hacen que sean muy utilizados en la elaboración de materiales de embalaje y bienes tanto desechables como duraderos. Son principalmente polietilenos, poliestirenos y polivinilcloro; también son usados

como plastificadores, ésteres de ácidos grasos de cadena larga y alcoholes, y ésteres de ácido ftálico.

Poseen un peso molecular muy elevado y en apariencia son resistentes a la biodegradación de forma indefinida. El material puede llegar a quebrarse, sin embargo, no se ve modificada la estructura del polímero. Así la resistencia a la biodegradación parece estar ligada al elevadísimo tamaño molecular. Si se consigue disminuir el tamaño molecular por debajo de 500, los fragmentos obtenidos pueden ser biodegradados.

Las propiedades de los polímeros están determinadas por las propiedades moleculares de las macromoléculas, la morfología y la composición. La morfología depende de las condiciones de preparación en las que se produzca la orientación molecular o la cristalización. Las propiedades también dependen de temperatura y el tiempo de medición transcurrido. Las propiedades moleculares incluyen tamaño y peso, estructura molecular, la distribución del peso molecular, polaridad y flexibilidad de las cadenas poliméricas.

CLASIFICACION DE LOS POLÍMEROS

Un polímero es una sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente, múltiplos de unidades de peso molecular bajo. La unidad de bajo peso molecular es el monómero. Si el polímero es rigurosamente uniforme en peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización es indicado por un numeral griego, según el número de unidades de monómero que contiene; así, hablamos de dímeros, trímeros, tetrámero, pentámero y sucesivos. El término polímero designa una combinación de un número no especificado de unidades. De este modo, el trióximetileno, es el trímero del formaldehído, por ejemplo.

Si el número de unidades es muy grande, se usa también la expresión gran polímero. Un polímero no tiene la necesidad de constar de moléculas individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que tengan todas la misma composición química y la misma estructura molecular. Hay polímeros naturales como ciertas proteínas globulares y policarbohidratos, cuyas moléculas individuales tienen todas el

mismo peso molecular y la misma estructura molecular; pero la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturales importantes son mezclas de componentes poliméricos homólogos. La pequeña variabilidad en la composición química y en la estructura molecular es el resultado de la presencia de grupos finales, ramas ocasionales, variaciones en la orientación de unidades monómeros y la irregularidad en el orden en el que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros. Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades del producto final, sin embargo, se ha descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en copolímeros y ciertos polímeros cristalinos.

RECICLAJE DE LOS PLÁSTICOS

RECICLAJE DE LOS PLASTICOS

Introducción:

El reciclado mecánico de los plásticos se considerará exclusivamente para aquellos productos procedentes del consumo, es decir, para aquellos que ya hayan tenido una primera utilización y no el de aquellos que son el resultado de una producción fallida o de restos de fabricación.

El procedimiento que se sigue para reciclar mecánicamente plásticos consiste en trocear el material e introducirlo en una extrusora para fabricar granza reciclada y después transformarla.

Los plásticos pos consumo a nivel mundial se reciclan en un porcentaje muy bajo, solamente el 2% del total frente a cifras superiores de otros materiales como el 29% del aluminio o el 60% del papel. Dos son las causas fundamentales de este hecho. La primera es que solamente se pueden reciclar mecánicamente los plásticos termoplásticos no así los termofijos o los elastómeros. Los polímeros entrecruzados, al no poder fluir es imposible darles nuevas formas y usos. Estos pueden ser nuevamente utilizados si se les tritura aplicándolos como materiales de relleno para carreteras, pistas deportivas o para preparar tierras de cultivo.

En segundo lugar, un plástico que ha sido utilizado pierde en cierto grado sus propiedades bien debido a la degradación que haya podido sufrir durante su uso o bien por la presencia de sustancias ajenas de los productos que contuvo. Esta merma de propiedades hace que estos plásticos reciclados deban emplearse en la fabricación de productos diferentes a los del primer uso o en aplicaciones con menores exigencias.

Además, el plástico usado puede ocasionar problemas durante su transformación y no dar la calidad esperada en el nuevo producto debido a la falta de homogeneidad existen entre los mismos residuos, ya que, aun tratándose del mismo tipo de plástico, pudo tener aplicaciones diferentes, como por ejemplo un polietileno procedente de un film de agricultura, de un envase de aceite o de una botella de leche.

Mezcla de plásticos:

Hay que hacer otra consideración previa al reciclado mecánico de los plásticos, y es la diferente naturaleza química que presentan. En los residuos de plásticos pos consumo se encuentran siempre mezclados los plásticos de diferente naturaleza.

Por regla general la mezcla de plásticos diferentes, en el caso de que se puedan transformar conjuntamente dado que no todos presentan la misma estabilidad térmica, da lugar una mezcla heterogénea que no presenta buenas propiedades mecánicas para ser utilizado como material. Solamente en algunos casos las mezclas de polímeros dan lugar a una masa homogénea originando una sola fase continua, por ser los polímeros miscibles entre sí.

Separación de plásticos:

Separar cada plástico de los otros de diferente naturaleza que aparecen juntos en los RSU, es demasiado complicado y casi imposible ya que aparentemente todos son iguales como consecuencia de los aditivos y cargas que llevan incorporadas