UNA PRESENTACION DONDE SE TOMAN CONCEPTOS DE QUIMICA BASICA PARA ENTENDER LO QUE SON LOS POLIMEROS

2. UNA BREVE INTRODUCCIÓN A LOS POLÍMEROS
1. Materiales poliméricos
Un ingeniero estructural que desee usar adhesivos debe comprender por lo menos lo
rudimentario en química de polímeros, así como un ingeniero estructural que trabaje con
aleaciones metálicas debe comprender por lo menos lo rudimentario en metalurgia.
El objetivo de lo subrayado en esta discusión es simplemente definir algunos de los términos
comúnmente utilizados para la clasificación y la descripción de los polímeros.
1.1 Estructura atómica
Toda la materia está compuesta de átomos, el cual consiste de un pequeño y muy denso
núcleo, el cual es orbitado por partículas más pequeñas llamadas electrones, que está
conformado por los protones y los neutrones, mostrando las siguientes características:

3. La carga eléctrica de estas partículas subatómicas usualmente es descrita en términos
relativos; es decir, el protón es considera como una carga de “+1” y el electrón como “-1”.
El número atómico de un átomo es igual al número de protones presentes en el núcleo y se
designa con el símbolo “Z”. El número de neutrones en el núcleo es llamado número de
neutrón y se le asigna el símbolo “N”. El número de masa es denominado “A”, y es la suma
del número atómico y de neutrones: A = Z + N.
La identidad de un átomo es establecida por el número atómico, es decir, por el número de
protones en su núcleo. Por ejemplo, todos los átomos de oxígeno tienen Z = 8, lo que indica
que todos sus átomos contienen 8 protones en su núcleo. Sin embargo, el valor de N puede
variar en átomos del mismo elemento como en este caso, ya que N puede tomar valores de 8,
9 o 10, por lo que A puede ser 16, 17 o 18. Los átomos que tienen el mismo número atómico
pero diferentes números de masa son llamados isótopos del elemento.
El número de masa atómica es un método común para la comparación de las masas relativas
de diferentes átomos del mismo elemento. Por acuerdo internacional, el átomo de carbono-12
(un isótopo con 6 protones y 6 neutrones en su núcleo) fue asignado con un A de
precisamente 12, y 1 unidad de masa atómica u, es precisamente 1/12 de la masa de un átomo
de carbono-12; numéricamente, u = 1.6606 x 10-24 g. Por lo tanto, las masas de un solo
protón, neutrón y electrón son 1.0073u, 1.0087u y 0.000549u, respectivamente.

4. Los átomos son eléctricamente neutros por definición, por lo que queda claro que los
protones y los electrones existen en igual cantidad dentro del átomo, y como se había
mencionado anteriormente, los electrones “orbitan” el núcleo porque la carga negativa de
éstos es atraída por la carga positiva del núcleo; sin embargo, la teoría cuántica moderna ha
revelado que los electrones que se mueven alrededor del núcleo pueden hacer conchas. Estas
conchas corresponden a distintos niveles de energía. Los electrones dentro de las conchas
más cercanas son altamente atraídos al núcleo, y el enlace entre estos electrones y el núcleo
es tan fuerte que debe ser requerida una gran cantidad de energía para poder romperlo. Por
otra parte, los electrones en la concha más lejana son los que están menos enlazados al
núcleo, y el enlace pude romperse fácilmente. Casi todas las reacciones químicas se dan en
los electrones que se encuentran más alejados del núcleo, los cuales con denominados
electrones de valencia.
Desde que un átomo “gana” o “pierde” electrones de valencia, el átomo pude desarrollar una
red de carga eléctrica. Al átomo que ha ganado o perdido electrones se le llama ion. Si el
átomo pierde electrones se llama catión y está cargado positivamente, y si gana electrones se
llama anión y está cargado negativamente, y este número se aprecia en la Tabla Periódica de
los Elementos, ya que el número del grupo al que pertenecen los elementos define la cantidad
de electrones de valencia que poseen dichos elementos.
En la siguiente página se aprecia una Tabla Periódica.

5. Figura 1a. Tabla periódica de los Elementos

6. Figura 1b. Lista alfabética de los Elementos

7. 1. 2 Enlaces químicos
Este término se refiere a las fuerzas de atracción que provocan que dos o más átomos se
enlacen entre sí para formar una entidad química reconocible. La nueva entidad química
difiere de la constitución original de los átomos. Hay tres tipos de enlaces químicos:
1.2.1 Enlace Metálico
El enlace metálico ocurre entre dos elementos que solo tienen 1 o 2 electrones de valencia, ya
que pueden perder electrones fácilmente para formar cationes. Cada átomo contribuye un
electrones (o electrones) a un “mar” de electrones rodeando los cationes; es decir, los
electrones no “pertenecen” a ningún catión individual, más bien son libres para moverse
dentro de la estructura atómica, y este tipo de enlace se encuentra en los elementos metálicos
o en las aleaciones metálicas. La alta conductividad eléctrica y térmica de estos materiales es
resultado directo de una mar de electrones móvil que existe en el nivel atómico. La mayoría
de los polímeros no involucran este tipo de enlace, por lo que el químico en polímeros no está
interesado con esta forma de enlace químico.
1.2.2 Enlace Iónico
El enlace iónico ocurre como resultado de la atracción electrostática entre cationes y aniones.
Los compuestos iónicos son sustancias formadas por este tipo de enlace y, como en el caso del
enlace metálico, las moléculas independientes no existen dentro de estos compuestos por lo
que son malos conductores de energía térmica y eléctrica.
La regla del octeto puede ser usada para saber qué elementos formarán compuestos iónicos
estables. De acuerdo a esta regla un enlace iónico estable se formará entre dos o más átomos
si éstos pueden ganar o perder electrones tales que la concha más alejada del núcleo de cada
átomo involucrado contenga 8 electrones.

8. 1.2.3 Enlace Covalente
El enlace covalente es el tipo más importante de enlace químico en los polímeros, y ocurre en
virtualmente en todo este tipo de materiales. Un enlace covalente está formado cuando dos
átomos “comparten” un par de electrones y, en contraste con los enlaces anteriores, las
moléculas independientes están formados por enlaces covalentes.
El número de electrones no disminuye entre los átomos, pero el par de electrones que forman
el enlace son más probables para ocupar el espacio entre los dos núcleos que ordinariamente
sería el caso. El enlace covalente resulta por las fuerzas electrostáticas de atracción los
núcleos y las nubes de electrones de alta densidad. Un enlace covalente simple se da cuando
en el enlace se involucra solo un par de electrones. En uno doble o triple, dos átomos
comparten dos o tres pares de electrones, respectivamente.
La regla del octeto se puede usar para predecir el número de enlaces covalentes que un
elemento dado puede formar. Esto se obtiene restando de 8 el número de grupo al que
pertenezca dicho elemento; por ejemplo, el oxígeno (O) pertenece al grupo VI, por lo que
puede formar 2 enlaces covalentes (8 – 6 = 2), aunque hay excepciones a esta regla, pero no
se entrará en detalle a este asunto.
A continuación se muestran los tres enlaces químicos descritos.

9. Figura 2. Tipos de enlaces químicos

10. Cuando el enlace lo forman dos átomos del mismo elemento, la diferencia de
electronegatividad es cero, entonces se forma un enlace covalente no polar. El enlace
covalente no polar se presenta entre átomos del mismo elemento o entre átomos con muy
poca diferencia de electronegatividad. Un ejemplo es la molécula de hidrógeno, la cual está
formada por dos átomos del mismo elemento, por lo que su diferencia es cero. Otro ejemplo,
pero con átomos diferentes, es el metano.
En la mayoría de los enlaces covalentes, los átomos tienen diferentes electronegatividades, y
como resultado, un átomo tiene mayor fuerza de atracción por el par de electrones
compartido que el otro átomo. En general, cuando se unen dos átomos no metálicos
diferentes, los electrones se comparten en forma desigual. Un enlace covalente en el que los
electrones se comparten desigualmente se denomina enlace covalente polar, y el término
polar significa que hay separación de cargas. Un lado del enlace covalente es más negativo
que el otro. Para ilustrar una molécula que tiene un enlace covalente polar, consideremos la
molécula de ácido clorhídrico.
Figura 3. Diferencia entre un enlace covalente no polar y polar

11. En el cloruro de hidrógeno se comparten un electrón del átomo de H y un electrón del átomo
de Cl, lo cual da al H y al Cl la configuración estable de gas noble. Sin embargo, puesto que
la electronegatividad del Cl (3.0) es mayor que la electronegatividad del H (2.2), el átomo de
Cl atrae con mayor fuerza el par de electrones compartidos que el átomo de H. Esta
atracción desigual produce un dipolo en la molécula. Existe un dipolo cuando hay una
separación cargas. Para mostrar que hay un dipolo, se escribe la letra griega delta, -, seguida
por los signos más (+) o menos (-) para indicar cuál átomo es más positivo y cuál es más
negativo.
La delta se lee como parcial. Es decir, significa que un átomo tiene una carga parcial
negativa y significa que un átomo tiene una carga parcial positiva.
Figura 4. Esquema de las interacciones dipolo.dipolo en un compuesto covalente polar

12. 1.2 4 Fuerzas y Longitudes de los Enlaces Covalentes
El enlace covalente es formado debido a las fuerzas de atracción entre los núcleos cargados
positivamente y la región de alta densidad de electrones cargada negativamente. Sin
embargo, las fuerzas de repulsión también existen entre estas dos regiones. Por lo tanto, para
cada enlace covalente hay un espaciamiento de equilibrio entre los núcleos; o sea, la distancia
entre núcleos en donde las fuerzas de atracción son exactamente balanceadas con las de
repulsión, y a este espaciamiento se le llama longitud de enlace covalente. Las energías y las
longitudes de enlace encontradas con frecuencia en los polímeros son enlistadas en la
siguiente tabla.
Tabla 1: Fuerzas y energías de enlace para enlaces covalentes representativos

13. 1.3 Fuerzas intermoleculares
Esta frase se refiere a las fuerzas de atracción (o repulsión) entre moléculas o secciones de
moléculas y son generalmente de mucho menor magnitud que las fuerzas interatómicas
asociadas con los enlaces químicos. Las fuerzas intermoleculares son usualmente referidas
como “enlaces secundarios”, y se clasifican de la siguiente manera.
1.3.1 Fuerzas de dipolo a dipolo
Una gran diferencia de electronegatividad entre dos átomos enlazados fuertemente en una
molécula ocasiona la formación de un dipolo (un par positivo-negativo de cargas eléctricas
parciales permanentes). Los dipolos se atraen o repelen unos a otros y algunas veces son
llamadas fuerzas de dipolo a dipolo permanentes porque surgen de moléculas polares que
son dipolos “permanentes”.
1.3.2 Fuerzas dipolo-dipolo inducido
Tienen lugar entre una molécula polar y una molécula no polar. En este caso, la carga de una
molécula polar provoca una distorsión en la nube electrónica de la molécula no polar y la
convierte, de modo transitorio, en un dipolo. En este momento se establece una fuerza de
atracción entre las moléculas.

14. 1.3.3 Fuerzas de London (o de Dispersión)
Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el resultado de
la atracción entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en moléculas
adyacentes.
Cuando los electrones de una molécula adquieren momentáneamente una distribución no
uniforme, provocan que en una molécula vecina se forme momentáneamente un dipolo
inducido. En la figura 4 se ilustra cómo una molécula con una falta de uniformidad
momentánea en la distribución de su carga eléctrica puede inducir un dipolo en una
molécula vecina por un proceso llamado polarización.
Incluso los átomos de los gases nobles, las moléculas de gases diatómicos como el oxígeno, el
nitrógeno y el cloro (que deben ser no polares) y las moléculas de hidrocarburos no polares
como el CH4, C2H6 tienen tales dipolos instantáneos.
La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se polarizan los
electrones de una molécula, y eso depende del número de electrones en la molécula y de la
fuerza con que los sujeta la atracción nuclear. En general, cuantos más electrones haya en
una molécula más fácilmente podrá polarizarse. Así, las moléculas más grandes con muchos
electrones son relativamente polarizables. En contraste, las moléculas más pequeñas son
menos polarizables porque tienen menos electrones. Las fuerzas de London varían entre
aproximadamente 0.05 y 40 kJ/mol.

15. 1.3.4 Enlace de hidrógeno
El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo
fuertemente electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor. El átomo de hidrógeno
posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros átomos electronegativos en
otra molécula (nuevamente con N, O, F). Así mismo, se produce un cierto solapamiento entre
el H y el átomo con que se enlaza (N, O, F) dado el pequeño tamaño de estas especies. Por
otra parte, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el átomo
interactuante, más fuerte será el enlace. Fruto de estos presupuestos obtenemos un orden
creciente de intensidad del enlace de hidrógeno: el formado con el F será de mayor
intensidad que el formado con el O, y éste a su vez será más intenso que el formado con el N.
Estos fenómenos resultan en una interacción estabilizante que mantiene ambas moléculas
unidas. Un ejemplo claro del enlace de hidrógeno es el agua.
Los enlaces de hidrógeno se encuentran en toda la naturaleza. Proveen al agua de sus
propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la Tierra. Los
enlaces de hidrógeno proveen también la fuerza intermolecular que mantiene unidas ambas
hebras en una molécula de ADN.

16. 1.3.5 La intensidad de las fuerzas intermoleculares
Las fuerzas intermoleculares están presentes en todas las sustancias moleculares y
determinan si la sustancia es un gas, un líquido o un sólido a una temperatura dada. A
diferencia de los enlaces covalentes, no es posible definir la “longitud del enlace” de una
enlace secundario dado que la naturaleza y la fuerza del enlace dependen de las moléculas
involucradas.
Tabla 2. Energías de enlaces representativos de las fuerzas intermoleculares

17. 1.4 Aspectos fundamentales de las moléculas de los polímeros
El térmico “polímero” viene de los vocablos griegos poly (muchos) y mers (unidades) y a
nivel molecular consisten en moléculas con cadenas extremadamente largas. Típicamente,
están hechas por miles de unidades químicas repetitivas que tienen un rango de pesos
moleculares entre 103 a 107.
Como un ejemplo ilustrativo, tomemos la unidad química simple conocida como etileno (o
eteno), que consiste de 2 átomos de carbono y 4 de oxígeno (se escribe C2H4 ó CH2=CH2). Las
dos líneas entre los átomos de carbono (C) indican un enlace covalente doble y la línea
sencilla entre los átomos de hidrógeno (H) y carbono indican un enlace covalente simple.
Bajo las condiciones apropiadas uno de los enlaces covalentes puede romperse y permitir así
un enlace covalente de los dos átomos de carbono con un átomo de carbono en una unidad
vecina. De esta manera, tres unidades de etileno forman una molécula “nueva”, donde el
peso atómico es tres veces más grande que la unidad inicial. Si “n” unidades de etileno se
juntan, la composición química de la molécula resultante puede ser representada como
C2nH4n, donde n es cualquier cantidad positiva. De esta forma, una cadena de unidades de
etileno se junta para formar un polímero mejor conocido como “polietileno”, y una molécula
de este polímero puede contener 50 000 átomos de carbono o más. La reacción por la cual se
sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización, y el número de
unidades repetidas que forman la molécula se conoce como grado de polimerización.

18. Figura 5. Molécula del monómero etileno
Figura 6. Molécula del polímero polietileno

19. El etileno simple es un ejemplo de un monómero. En cuartos de temperatura el cuerpo de
una muestral del monómero etileno es un fluido poco viscoso. Si dos monómeros de etileno se
enlazan entre sí la entidad química que resulta tiene dos unidades repetidas y se le llama
dímero. De manera similar, una entidad formada por tres unidades repetidas se llama
trímero. El peso molecular de un dímero es dos veces el de un monómero, y así
sucesivamente, ya que es proporcional al número de unidades repetidas dentro del polímero.
Previo a la polimerización, muchos polímeros existen como fluidos poco viscosos conocidos
como oligómeros (del griego oligo que significa un poco) y consisten de dos entidades
químicas con un rango de pesos moleculares, que contiene típicamente de 1 a 10 unidades.
La viscosidad de un fluido oligómero se incrementa cuando la polimerización ocurre y su
peso molecular aumenta. Eventualmente el polímero llega a ser más un “sólido” que un
fluido, pero todos los polímeros son viscoelásticos en cierta medida.
El peso molecular promedio se incrementa cuando el proceso de polimerización es iniciado y
el grado de polimerización aumenta. Como se había mencionado anteriormente, una
molécula de polietileno contiene 50 000 átomos de carbono o más, lo cual corresponde a un
peso molecular promedio en los alrededores de 104 o más.
Aunque la molécula de un polímero es extremadamente larga, no obstante es finita y la
cadena molecular debe terminar. Las entidades químicas que se enlazan en las terminales de
la molécula de un polímero se llaman grupos terminales, y son distintos a las unidades
repetidas. Para un polímero comercialmente disponible tal como el polietileno la naturaleza
química de los grupos terminales no está especificada, y depende de las condiciones de
polimerización y catalizador usado para iniciar dicho proceso. Por lo tanto, el cuerpo de una
muestra de polietileno producido por una manufacturera “A” posiblemente tendrá
diferentes grupos terminales y distintos constituyentes químicos elementales que una
muestra producida por una manufacturera “B”.

20. La funcionalidad (o valencia) de una unidad es igual al número de enlaces covalentes que
éste puede formar con otros grupos químicos.
En algunos casos la unidad repetida no es equivalente a la unidad original, como es el caso
del Nylon 66, ya que la polimerización se lleva a cabo usando Diamina hexametileno
[C6H16N2] y ácido atípico [COOH(CH2)4COOH] donde podemos notar que la unidad
repetitiva no es ninguno de los monómeros originales.
Figura 7. Polímero Nylon 66

21. Un biproducto de bajo peso molecular se produce durante la polimerización del Nylon 66,
como lo es el agua, y esto es característico de los polímeros de condensación, y éstos se llaman
así cuando durante la polimerización a la par del polímero con alto peso molecular se forma
también un biproducto de bajo peso molecular. Los polímeros de adición son los que se dan
cuando no se forma ningún biproducto durante la polimerización. Generalmente hablando,
los polímeros de condensación se contraen en gran medida que los de adición durante la
polimerización. Los esfuerzos residuales causados por la contracción en la polimerización
son realmente una preocupación en los enlaces adhesivos, y por lo tanto las dificultades con
estos esfuerzos pueden ser minimizadas si un polímero de adición es utilizado en estas
aplicaciones estructurales.
1.5 Ángulos de los enlaces covalentes
Como se dijo anteriormente una molécula consiste en la unión de dos átomos vía enlace
covalente, y una ejemplo claro es el gas metano (CH4) donde el carbono está enlazado con 4
átomos de hidrógeno. Si la molécula fuera aislada por completo de otros “factores externos”
podría tomar la forma de un tetraedro regular de 4 lados, y un ángulo de enlace covalente se
define como el ángulo entre los átomos vecinos de una molécula, y así podemos ver que el
ángulo formado por H-C-H es de 109° 28’, y éste puede ser considerado como el valor de
“equilibrio”, pero cuando las fuerzas externas entren en acción sobre la molécula, el ángulo
se puede desviar y, debido a esta distorsión, la “energía interna” se incrementa, como puede
observarse a continuación.

22. Figura 8. Esquema en 3D de una molécula de metano aislada de factores externos
Otro ejemplo es que ocurre distorsión molecular a través de la rotación en los enlaces
covalentes, como lo es la molécula de etano (C2H6).
Puede verse la molécula alrededor de su eje definido por el enlace covalente entre los dos
átomos de carbono, y el ángulo φ se usa para denotar la rotación del enlace.
En la figura también se puede observar la variación de la energía interna en función del
ángulo φ , donde hay tres posiciones de equilibrio en un ciclo, como puede apreciarse en la
figura que se muestra en la siguiente página.

23. Figura 9. Cambio en la energía interna de la molécula de etano en función de la rotación en
un enlace covalente simple.

24. Se observa un segundo ejemplo para la molécula de cloruro de etileno, donde los grupos no
son simétricos y solamente existe una posición de equilibrio para un ciclo de rotación,
aunque existan dos posiciones metaestables (ver figura 10).
La rotación entre enlaces covalentes simples puede ocurrir con un relativo incremento
discreto de energía interna, pero para que la rotación exista en enlaces covalentes dobles o
triples se requiere un gran aumento en la energía interna, por lo que se dice que los enlaces
de este tipo son mucho más rígidos que los simples.
Figura 10. Cambio en la energía de la molécula de cloruro de etileno en función de la
rotación de un enlace covalente simple

25. 1.6 Estructura molecular de los polímeros en conjunto
La estructura molecular de un polímero completo puede clasificarse así: lineal, ramificada y
reticulada.
Los polímeros lineales se pueden visualizar como las cuentas de una cuerda, donde cada
cuenta representa una unidad repetida. Si una molécula típica lineal fuera escalada a razón
de 10 mm de diámetro, sería de aproximadamente 4 km de largo, y está formada por
monómeros difuncionales. En el cuerpo de una muestra estas largas macromoléculas llegan a
estar enredadas y torcidas, como un tazón de espagueti cocinado. Por lo tanto, si el peso
molecular se incrementa, los enredos aumentan y también se incrementan las fuerzas
secundarias de enlace, concluyendo así que la rigidez elástica de un polímero es directamente
proporcional al peso molecular.
Si todas las unidades repetitivas dentro de un polímero lineal son idénticas, el material se
llama homopolímero, y el polietileno es un buen ejemplo de ello; sin embargo, es posible
producir polímeros lineales que consistan de dos unidades repetidas distintas y separadas.
Dichos materiales se denominan copolímeros, donde en los copolímeros lineales aleatorios
aparecen las dos unidades repetidas aleatoriamente en el espinazo de la molécula y,
encontraste, en los polimeros de bloque las dos unidades distintas forman largos segmentos
continuos dentro de la cadena del polímero. Un ejemplo común de un copolímero es el
acrilonitrilo-butadieno-estireno, mejor conocido como “ABS”.

26. Figura 11. Tipos de estructura molecular de los polímeros

27. Los polímeros ramificados presentan cadenas cortas enlazadas de forma covalente sobre el
espinazo primario de la molécula, y los monómeros que forman esta estructura deben ser
por lo menos trifuncionales y presentan una mayor rigidez que los polímeros lineales, aún si
tienen el mismo peso molecular. En la mayoría de los polímeros ramificados, las ramas están
formadas de la misma unidad repetida del espinazo de la cadena molecular; sin embargo, en
algunos polímeros puede ser injertada una rama de unidad repetida B en una molécula
lineal con unidad repetida A. Tales materiales se conocen como copolímeros de injerto.
El polímero reticulado o de red consiste en monómeros que deben ser por lo menos
trifuncionales. Durante la polimerización de este polímero se forma una reticulación entre
las cadenas moleculares hasta que se crea una gran red molecular, por lo que se considera a
la red formada como una molécula en sí. Algunos ejemplos de estos polímeros son el hule
natural vulcanizado, el silicón o époxy.

28. 1.7 Polímeros termoestables vs termoplásticos
Suponga que una muestra de un polímero lineal o ramificado exista como un sólido en un
cuarto de temperatura, y se calienta gradualmente. Debido al aumento de la energía térmica,
la distancia promedio entre las cadenas moleculares se incrementa, lo que resulta en una
movilidad molecular, disminuyendo las fuerzas secundarias de enlace y la rigidez
macroscópica, llegando así a apreciarse el derretimiento del polímero. A esta clase de
polímero se le conoce como termoplástico.
En contraste, un polímero encadenado no puede ser derretido aunque sí se aumenta la
distancia promedio entre las moléculas al calentarse, pero las cadenas no permiten el libre
movimiento entre sus segmentos, limitando el movimiento molecular; aunque, si se
incrementa la temperatura a niveles muy altos, el espinazo de la cadena puede romperse,
destruyéndose el polímero encadenado. A esta clase de polímero se le conoce como
termoestable.
El proceso de polimerización se suele dar en dos etapas: en la primera se produce la
polimerización parcial, formando cadenas lineales mientras que en la segunda el proceso se
completa entrelazando las moléculas aplicando calor y presión durante el conformado. La
primera etapa se suele llevar a cabo en la planta química, mientras que la segunda se realiza
en la planta de fabricación de la pieza terminada. También pueden obtenerse plásticos
termoestables a partir de dos resinas líquidas, produciéndose la reacción de entrelazamiento
de las cadenas al ser mezcladas (comúnmente con un catalizador y un acelerante).

29. La reacción de curado es irreversible, de forma que el plástico resultante no puede ser
reciclado, ya que si se incrementa la temperatura el polímero no se funde, sino que alcanza
su temperatura de degradación. Por establecer un símil por todos conocido, es como cocer un
huevo; si volvemos a elevar la temperatura una vez cocido y enfriado, el huevo no sufre
ninguna transformación, y si elevamos la temperatura demasiado el huevo se quema.
Tanto los termoplásticos como los termoestables tienen sus ventajas y desventajas, pero para
fines estructurales los termoplásticos son los más recomendables por sus características.
Por otra parte, muchos termoplásticos pueden ser plastificados por exposición a solventes de
bajo peso molecular. La plastificación ocurre cuando las moléculas individuales de un
solvente de bajo peso molecular penetran en la estructura molecular del polímero, lo que
provoca un incremento en su espaciamiento molecular, lo que da como resultado un
hinchamiento en el polímero y una pérdida de rigidez y fuerza; de esto, podemos decir que
los termoplásticos pueden ser disueltos por completo en un solvente adecuado.
Los termoestables también son susceptibles a la plastificación y, en efecto, pueden presentar
dilatación si se exponen a un solvente adecuado pero no se disuelven por completo, por lo
que los termoestables son más recomendados para las aplicaciones de soporte de carga.

30. 1.8 Polímeros Semicristalinos
La estructura molecular de un polímero puede ser amorfa o semicristalina. La estructura
molecular de un polímero amorfo es completamente aleatoria, donde las moléculas están
aleatoriamente orientadas y enredadas sin ningún patrón. Por el contrario, en el polímero
semicristalino existen regiones de formaciones moleculares altamente ordenadas. En la
región cristalina el espinazo principal de la cadena molecular se ondula de tal manera que el
espesor de la región es de usualmente 100 Å, y esta región podría extenderse sobre un área
de longitudes de 1 000 a 10 000 Å. Por lo tanto, las regiones cristalinas son como placas, y su
grado de orden permite que el espacio molecular sea más cercano, aumentando así las
fuerzas secundarias de enlace; de esto decimos que un polímero semicristalino tiene mayor
rigidez, fuerza y densidad que uno amorfo.
Figura 12. Representación idealizada de una región cristalina de un polímero

31. Pero no todos los polímeros son completamente cristalinos, ya que en algunos casos las
regiones de cristalinidad son rodeadas por regiones amorfas. La mayoría de los polímeros
semicristalinos son 10-50 % amorfos (por volumen).
Figura 13. Estructura total de un polímero semicristalino, mostrando sus regiones amorfas y
cristalinas

32. 1.9 Configuración vs Conformación Molecular
La conformación molecular se refiere a los arreglos atómicos/moleculares que pueden ser
desarrollados estrictamente por rotación en los enlaces covalentes, y está asociada con la
forma global de la molécula, por lo que puede ser idealizada como la macroestructura de la
molécula, y dentro de estas conformaciones entran dos tipos: “zigzag” y “resorte aleatorio”,
de las cuales en la naturaleza es muy difícil encontrar una conformación zigzag, por lo que se
considera solo como una idea y la de resorte aleatorio es rara, pero puede hallarse con un
nivel de regularidad.
Figura 14. Conformación en zigzag planar para el polietileno

33. Por otra parte, la configuración molecular se asocia con detalles locales, como lo son los
arreglos atómicos/moleculares que pueden desarrollarse por el rompimiento, y luego por el
reforzamiento de los enlaces covalentes. Es más fácil demostrar varias configuraciones
basadas en la conformación zigzag de una familia de polímeros conocida como vinilos, donde
la unidad repetida se representa por:
En este caso, R puede ser una de muchas entidades químicas. En las figuras posteriores se
pueden observar tres configuraciones potenciales de una polímero vinilo, donde en cada caso
la molécula está elaborada usando la conformación zigzag, donde se nota que la
configuración mostrada en la figura 16(a) no puede ser modificada para comparar que en la
figura 16(b) únicamente hay rotación entre los enlaces covalentes (la figura se observa en la
siguiente página).

34. Figura 15. Conformación de resorte aleatorio para el polietileno (los puntos negros
representan los átomos de carbono; los de hidrógeno no se muestran)
Los polímeros semicristalinos son sindiostáticos o isostáticos, ya que estas estructuras
moleculares permiten la periodicidad necesaria en un polímero cristalino; por otra parte, los
amorfos son atácticos. En muchos casos el proceso de polimerización usado para crear el
cuerpo una muestra de un polímero determina la configuración de una molécula polimérica,
y por lo tanto determina por último si el polímero es amorfo o semicristalino.

35. 1.10 Temperatura de transición vítrea
El efecto de la temperatura en la rigidez macroscópica de los termoplásticos y los
termoestables se muestra en la siguiente figura.
Ambos tipos de polímeros tienen un comportamiento similar, excepto que los termoplásticos
se derriten a altas temperaturas mientras que los termoestables no. Se nota que todos los
polímeros presentan un a disminución en rigidez cercana a la temperatura característica
llamada temperatura de transición vítrea Tg, y esta temperatura indica a qué cantidad de
calor el polímero se transforma de un vítreo y frágil sólido a uno elástico y dúctil. Esta
transición se debe a un incremento en la movilidad de los grandes segmentos de la cadena
polimérica principal, lo que significa que cuando el polímero es calentado a su Tg disminuye
sostenidamente las fuerzas secundarias de enlace, permitiendo que los segmentos de las
moléculas del polímero se deslicen entre sí, y esta transición ocurre sobre un rango de
temperatura entre 10-15 °C.

36. Figura 16. Posibles configuraciones para un vinilo (los puntos negros representan los átomos
de carbono; los de hidrógeno no se muestran)

37. Muchos polímeros muestran temperaturas de transición secundarias, especialmente si
cuentan con unidades repetidas complejas y/o con ramas, y ocurren a una temperatura
menor a la Tg, y cuando se da este caso la temperatura de transición más alta registrada se
denomina Tα (donde Tα = Tg), a la siguiente temperatura de transición registrada se le llama
Tβ , y la que sigue Tg, y así sucesivamente. En la figura se ve una transición secundaria
sencilla.
Figura 17. Efecto de la temperatura en la Rigidez Macroscópica de los polímeros (Tm es la
temperatura de fusión de los cristales, la cual también presentan todos los polímeros)

38. Esta temperatura de transición puede ser medida monitoreando la rigidez, la densidad, la
expansión térmica y la velocidad de fluencia del polímero a examinar.
Las Tg más comunes se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3: Temperaturas de transición vítrea aproximadas para algunos polímeros