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REPÙBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO" EXTENSION COL

REALIZADO POR: MAFFER MORAN C.I: 24.261.119 CABIMAS; ENERO DEL 2017.

MORFOLOGIA DE LOS POLIMEROS: CONFIGURACION DE LA CADENA POLIMERICA, TACTICIDAD, PESO MOLECULAR MORFOLOGIA DE LOS POLIMEROS. El termino morfología proviene del griego – morph ( forma) y logía ( tratado, estudio, ciencia); asi el todo significa estudio de las formas. En efecto, se habla de la morfología en plantas, seres vivos, etc. En la química de los polímeros la morfología se refiere a la forma molecular en estado sólido de las cadenas poliméricas y a su comportamiento en estados de agregación molecular. Estructura de los polímeros Para abordar este estudio se hace referencia a la estructura química y estructura física. ·

La estructura química hace referencia a la construcción de la molécula original, en el cual se estudia el efecto de la naturaleza de los átomos que constituyen en la cadena principal y los sustituyentes de la mismas, las uniones entre los monómeros, el peso molecular y su distribución; así como, el efecto de las ramificaciones o entrecruzamientos en la cadena principal.

·

La estructura física al ordenamiento de unas moléculas respeto a otras. Hace referencia a la orientación y cristalinidad, que dependen en gran medida de la estructura química. CONFIGURACION DE LA CADENA POLIMERICA La formación de las cadenas poliméricas se producen mediante las diferentes polireacciones que pueden ocurrir entre los monóneros, estas polireacciones se clasifican en: 

Polimerización



Policondensación



Poliadición

En función de cómo se encuentren enlazadas o unidas (enlaces químicos o fuerzas intermoleculares) y la disposición de las diferentes cadenas que conforma el polímero, los materiales poliméricos resultantes se clasifican en: 

Termoplásticos



Elastómeros



Termoestables

TACICIDAD: Tacticidad proviene del griego taktikos, "orden" o "arreglo". En polímeros se refiere al arreglo esteroquímico en centros quirales de la macromolécula. De acuerdo con la IUPAC, una macromolécula con tacticidad es aquella en la cual la configuración de las unidades repetitivas es constante o igual. La tacticidad es particularmente significativa para polímeros como los de vinilo, del tipo: -H 2CCH(R)- en la cual cada substituyente 'R' de cada unidad repetitiva en la cadena principal del polímero, es seguido por la inmediata unidad repetitiva, cuyo substituyente se encuentra en la misma posición que el substituyenye previo. Son por ejemplo polímeros con centros quírales: PP, PS, pero no lo son PE, PTFE. PNEV PESO MOLECULAR El peso molecular medio determina de manera directa tanto el tamaño del polímero así como sus propiedades tanto químicas como mecánicas (viscosidad, mojado, resistencia a la fluencia, resistencia a la abrasión …), polímeros con alto peso molecular medio corresponden a materiales muy viscosos. ESTRUCTURA DEL ESTADO SOLIDO: COMPORTAMIENTO CRISTALINO Y AMORFO. SOLIDO AMORFO El sólido amorfo es un estado sólido de la materia en el que las partículas que conforman el sólido carecen de formas y caras definidas, y a su vez de una estructura ordenada. Propiedades de los sólidos amorfos:

Las moléculas de los sólidos amorfos estan distribuidas azarosamente y cuyas propiedades físicas son idénticas en todas las direcciones (isotropia). Constan de una temperatura característica conocida como Temperatura de transición vitria (Tg) donde sus propiedades suelen experimentar cambios importantes. Una de las consecuencias qe experimentan los sólido amorfos debido a la disposición de sus partículas, es la diferencia de intensidad que toman las fuerzas intermoleculares entre las mismas, alcansándose la fusión a distintas temperaturas según la proporción de sus partículas, deduciéndose que estos no tienen un punto de fusión definido.

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Obtención de sólidos amorfos: Existen varios métodos de obtención de estos sólidos. Uno de los métodos más antiguos y más empleados es el de la fundición templada, del que se conocen algunas variedades: Bloque congelado Templado con líquido Templado al aire Condensación del vapor Cabe destacar que un mismo compuesto, según su estado de solidificación, puede formar un sólido amorfo o una red cristalina. Sólido amorfo destacado: Vidrio. SÓLIDO CRISTALINO Los sólidos cristalino están compuestos por átomos cuya estructura está ordenados de manera regular formando redes cristalina, cuya configuración regular puede alcanzar distancias my grandes. Una base para clasificar los sólidos cristalinos es la naturaleza de las fuerzas que mantienen unidos los átomos en el ordenamiento de la red cristalina. La energía de cohesión de los átomos en un cristal, depende de las fuerzas de enlace dominantes entre esos átomos. Los sólidos cristalinos pueden ser de carácter iónicos, covalentes, moleculares o metálicos. Existe una variedad de sólidos cristalinos tales como la sal de mesa (Cloruro de sodio NaCl) y el azucar (sacarosa C12H22O11). A su vez existen otros elementos con estructura cristalinas como el Silicio, el Germanio y el Galio. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CRISTALINIDAD DE LOS POLÍMEROS

Independientemente del modelo preciso que se adopte para describir el orden y desorden en los polímeros, la primer consideración que se debe destacar es que los polímeros tienen una tendencia a cristalizar. La extensión de esta tendencia a la cristalización juega un papel muy importante en las formas prácticas en las que se utilizan los polímeros. Esto es una consecuencia de la gran efecto de la cristalinidad en las propiedades térmicas, mecánicas, y otras propiedades importantes de polímeros. Los diferentes polímeros tienen diferentes propiedades, y se sintetizan y utilizan de diferentes formas debido a los diversos grados de cristalinidad. El grado de cristalinidad desarrollado en una muestra de polímero es una consecuencia tanto de factores termodinámicos como cinéticos. En esta discusión vamos a tener en cuenta la tendencia general a cristalizar bajo condiciones de cristalización moderadas (es decir, condiciones que excluyen a los extremos de tiempo, temperatura, y presión). TRANSICIONES TERMICAS: TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA (TG) La Temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que se da una pseudotransición termodinámica en materiales vítreos, por lo que se encuentra en vidrios, polímeros y otros materiales inorgánicos amorfos. Esto quiere decir que, termodinámicamente hablando, no es propiamente una transición. La Tg se puede entender de forma bastante simple cuando se entiende que en esa temperatura el polímero disminuye su densidad, dureza y rigidez, además su porcentaje de elongación disminuye de forma drástica. TEMPERATURA DE FUSIÓN (TM) La temperatura de fusión, Tm – es la temperatura a la cual la mitad de las hebras de DNA están denaturalizadas y la otra mitad formando duplexes.. La Tm es característica de la composición de DNA ; Un alto contenido de G+C contenido de DNA posee una Tm debido a que poseen tripes puentes de Hidrógeno. Cálculo Tm= (wA+xT) * 2 + (yG+zC) * FACTORES QUE FAVORECEN EL ESTADO CRISTALINO La cristalización es muy fácil en los polímeros lineales, puesto que no existen restricciones al alineamiento de las cadenas. Las ramificaciones interfieren con la cristalización, de modo que los polímeros ramificados nunca son totalmente cristalinos; de hecho, una ramificación excesiva pueden prevenir toda

cristalización. Los polímeros reticulados son casi totalmente amorfos, mientras que los entrecruzados tienen varios grados de cristalinidad. Polímeros tales como poliestireno, policloruro de vinilo, y polimetilmetacrilato muestran tendencias de cristalización muy débiles. La pérdida de la simplicidad estructural (en comparación con polietileno) se traduce en una marcada disminución en la tendencia a la cristalización. Los polímeros fluorocarbonados tales como polifluoruro de vinilo, polifluoruro de vinilideno, y politetrafluoroetileno son excepciones. Estos polímeros muestran una cristalinidad considerable ya que el pequeño tamaño del flúor no excluye empaquetamiento en una red cristalina. La cristalización también es ayudada por las altas fuerzas de atracción secundarias. Las altas fuerzas de atracción secundarias y la simetría son los responsables de la presencia de una significativa cristalinidad en el policloruro de vinilideno. Solo la simetría, sin una polaridad significativa, como en el caso del poliisobutileno, es insuficiente para el desarrollo de cristalinidad. EXPLIQUE PORQUE ES IMPORTANTE ESTUDIAR LAS PROPIEDADES FISICO QUIMICAS DE LOS POLIMEROS Y SU CORRELACION CON LA ESTRUCTURA MOLECULAR Propiedades eléctricas Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores eléctricos, por lo que se emplean masivamente en la industria eléctrica y electrónica como materiales aislantes. Propiedades físicas de los polímeros Estudios de difracción de rayos X sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1000 hasta 150 000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo: a éstas últimas se les considera defectos del cristal. En este caso las fuerzas responsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van der Waals. En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H. Propiedades mecánicas Son una consecuencia directa de su composición, así como de la estructura molecular, tanto a nivel molecular como supermolecular. Actualmente las propiedades mecánicas de interés son las de los materiales polímeros y éstas han

de ser mejoradas mediante la modificación de la composición o morfología: por ejemplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estado de sólido elástico o también el grado global del orden tridimensional.

EXPLIQUE QUE ES LA TEMPERATURA DE TRANSICION VITREA TG DE UN POLIMERO Y MUESTRE GRAFICAMENTE COMO SERIA EL COMPORTAMIENTO DE UN MATERIAL AMORFO, SEMICRISTALINO Y CRISTALINO CON RESPECTO A LA TG YA LA TEMP DE FUSION TM A temperaturas altas, los polímeros se vuelven líquidos muy viscosos en los que las cadenas están constantemente en movimiento cambiando su forma y deslizándose unas sobre las otras. A temperaturas muy bajas, el mismo polímero serpia un sólido duro, rígido y frágil.

El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo o uno cristalino. Como se sabe los polímeros con fuertes irregularidades en su estructura tienden a formar sólidos amorfos y los polímeros con cadenas muy simétricas tienden a cristalizar, por lo menos parcialmente. La línea ABCD corresponde a un polímero completamente amorfo. A temperaturas altas está en forma de un líquido viscoso, y al enfriarlo, se vuelve cada vez más elástico hasta que llega a la temperatura de transición vítrea, Tg, se convierte en un sólido duro, rígido y frágil. Lo que sucede es que, conforme disminuye la temperatura, el polímero se contrae porque las cadenas se mueven menos y se atraen más. Dado que va disminuyendo el volumen libre, es decir, los espacios entre las moléculas, los segmentos de las cadenas tienen cada vez menos lugar para girar, hasta que al llegar a T g, dejan de hacerlo, el material se pone rígido y en esas condiciones se vuelve vítreo, es decir frágil, porque como sus cadenas aunque todavía vibran ya no pueden girar para cambiar su posición,

y no tienen manera de amortiguar los impactos. A esta restricción del movimiento molecular también contribuye por supuesto, la falta de suficiente energía debida a las bajas temperaturas. Evidentemente, el estado vítreo lo alcanzan diferentes polímeros a diferentes temperaturas. Los que sean más flexibles, con menos grupos voluminosos o con eteroátomos en sus cadenas, podrán girar o permanecer flexibles a temperaturas menores que los otros. Por ejemplo, los silicones, el polietileno y el hule natural tienen temperaturas de transición vítrea de -123, -120 y -73 °C respectivamente. En cambio, polímeros con grupos grandes o grupos muy polares o polarizables, tienen de por sí tan baja movilidad que son vítreos a temperatura ambiente y para reblandecerlos se requiere de altas temperaturas. La línea ABEF se refiere al polímero semicristalino. En este caso existen dos transiciones: una, cuando cristaliza el polímero al enfriarlo (T m) y la otra cuando el material elástico resultante se vuelve vítreo (T g). Entre Tm y Tg, los cristalitos están embebidos en una matriz más o menos elástica y el material es correoso, pero abajo de T g los cristales están dispersos en una matriz frágil. Las propiedades mecánicas de los polímeros también cambian con la temperatura y en la gráfica del módulo de elasticidad con la temperatura se aprecian las mismas transiciones. Abajo de Tg, el material es un sólido vítreo de gran rigidez, que se manifiesta por altos módulos que generalmente alcanzan los 10 6 psi. la única deformación posible se debe al estiramiento y doblamiento de los enlaces covalentes que unen a los átomos en la cadena, y al estiramiento de los enlaces intermoleculares. Esta deformación no es permanente ni puede ser muy pronunciada. A temperaturas superiores a Tg, la deformación es más extensa y más dependiente del tiempo, porque las moléculas ya tienen mayor libertad y cambian continuamente su forma y hasta cierto punto su posición. La aplicación del esfuerza tiende a orientar a las moléculas en favor de configuraciones que tiendan a hacer trabajo. Por ejemplo, un esfuerzo de tensión extiende a las moléculas y las orienta en la dirección del esfuerzo aplicado porque así se produce una elongación de la muestra.

Si la temperatura es mayor, pero muy cercana a T g, la deformación es prácticamente reversible y se debe al reordenamiento de segmentos cortos de las cadenas. Entre Tg y Tm, el material es huloso porque las cadenas están enmarañadas y eso dificulta su movimiento. A temperaturas cercanas a Tm y mayores, las cadenas poliméricas ya se deslizan y separan causando flujo viscoso irreversible. El material se comporta como un líquido muy viscoso. Un polímero parcialmente cristalino, generalmente tiene mayor resistencia mecánica que el mismo material con estructura amorfa. La mayor resistencia o mayor módulo se debe al gran número y espaciamiento regular de los espacios intermoleculares en las estructuras cristalinas. En los polímeros amorfos, el número de estas interacciones es menos y su espaciamiento es errático, así que al aplicarles esfuerzos, muchas secciones del polímero se extienden o deforman libremente. CONCEPTO DE REOLOGIA EN LOS POLIMEROS La Reología es la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos .Su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plásticos, pinturas, alimentación, tintas de impresión, detergentes o aceites lubricantes La reología ha sido muy importante y lo seguirá siendo para el desarrollo de múltiples industrias, como por ejemplo la industria farmacéutica y alimentaria, así que es de gran relevancia un estudio minucioso de ésta.

QUE ES FLUJO VISCOSO Los fluidos reales siempre experimentan al moverse ciertos efectos debidos a fuerzas de rozamiento o fuerzas viscosas. Así, la viscosidad es responsable de las fuerzas de fricción que actúan entre las capas del fluido. VISCOELASTICDAD. TEORIA DE LA ELASTICIDAD DE LAS GOMAS

La viscoelasticidad es un tipo de comportamiento reológico anelástico que presentan ciertos materiales que exhiben tanto propiedades viscosas como propiedades elásticas cuando se deforman.

CONCLUSIONES

En el ámbito de la ciencia, los polímeros son sustancias muy importantes debido a que pueden tener varios y muy diversos usos en la vida cotidiana. Los polímeros pueden ser descriptos como sustancias compuestas en las cuales se entremezclan varias moléculas de monómeros formando moléculas más pesadas y que pueden ser encontradas en diversos objetos y elementos naturales. Los polímeros pueden ser también artificiales o creados por el hombre cuando los polímeros naturales son transformados (ejemplos de esto son los textiles sintéticos como el nylon). En la naturaleza encontramos muchos elementos que pueden ser considerados polímeros y que van desde elementos presentes en la alimentación (como el almidón, la celulosa) hasta elementos textiles (el nylon, aunque el mismo es un polímero resultante de la alteración de polímeros naturales, o la seda) e incluso el ADN que cada ser vivo posee. Los polímeros se pueden formar básicamente por dos procesos: por condensación de varias moléculas de monómeros o por la adición que supone una suma de todas las moléculas de monómeros que se multiplican. La importancia de los polímeros reside especialmente en la variedad de utilidades que el ser humano le puede dar a estos compuestos. Así, los polímeros están presentes en muchos de los alimentos o materias primas que consumimos, pero también en los textiles (incluso pudiéndose convertir en polímeros sintéticos a partir de la transformación de otros), en la electricidad, en materiales utilizados para la construcción como el caucho, en el plástico y otros materiales cotidianos como el poliestireno, el polietileno, en productos químicos como el cloro, en la silicona, etc. Todos estos materiales son utilizados por diferentes razones ya que brindan propiedades distintas a cada uso: elasticidad, plasticidad, pueden ser adhesivos, resistencia al daño, etc. La ciencia de polímeros en el año 2020 tiene que resolver importantes retos, entre otros, el fenómeno de adhesión y el control de la química de

superficies e interfases; la obtención de polímeros con arquitectura “ordenada” a escala nanométrica y determinar el efecto del confinamiento en las propiedades finales del polímero; el origen de la dinámica molecular y su posible generalización, programas de simulación que faciliten la predicción de la estructura de cualquier polímero y de sus propiedades.