sábado, 22 de mayo de 2010

macromoleculas naturales y sinteticas

Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.


A menudo el término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 dalton de masa atómica. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y se encuentran algunas de gran relevancia en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos. Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamado “monómeros” unidos entre sí mediante enlaces covalentes.


Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.


Por lo general, se analizan moléculas en el que el número de átomos es muy pequeño, el cual consta de una masa molecular relativamente pequeña, por ejemplo la molécula de la sal común (Na Cl) consta de solo dos átomos y la masa molecular relativa es de 58. En cambio, existen muchas clases de moléculas que poseen una composición mucho más complicada, es decir, una gran cantidad de átomos y un valor grande en su masa molecular; a esta clase de composiciones se le denomina macromoléculas. Específicamente una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa no menos de 10.000. Además los eslabones que unen la molécula no conducen a variación en las propiedades físicas, si estos son adicionados de manera complementaria. Por ejemplo la molécula del polietileno, cuya masa molecular relativa es de 280.000 y consta de 20.000 eslabones de grupos CH2. Otro ejemplo es la molécula del ácido ribonucleico; consta de 124 eslabones que se repiten, conformados por 17 aminoácidos diferentes. Su fórmula química es C 575 H 901 O 193 N 171 S 12, su masa molecular relativa es de 13.682. Los polímeros son sustancias conformadas por macromoléculas.


Desde hacia un tiempo se denominaron a cierto grupo de moléculas los coloides, en una época que no se conocía la existencia de la macromolécula, los coloides tenían una apariencia gelatinosa adhesiva, con una velocidad de difusión pequeña sin atravesar las membranas, lo cual sucede lo contrario por ejemplo con la sal común que se difunden muy bien y pasa a través de las membranas, estas sustancias fueron llamadas cristaloides por su buena conformación estructural. En lo sucesivo fue descubierto que en condiciones determinadas los cristaloides podían adquirir un “estado coloidal”, si se lograba unir sus moléculas en grupos y con una masa relativa baja. La agregación de las moléculas de los cristaloides que conducen a la aparición de las propiedades coloidales de sus moléculas, es por lo general una manifestación de las fuerzas de la valencia secundaria y el enlace de los átomos en las macromoléculas es covalente.





Estructura de las macromoleculas


Como se ha mencionado antes, las macromoléculas están constituidas por la repetición de algún tipo de subunidad estructural. Tradicionalmente se habla de cuatro niveles de estructura en una macromolécula:



La estrctura primaria: es la secuencia de subunidades ( ó monómeros ) que la forman.


La estructura secundaria: hace referencia a la configuración que adquiere la cadena principal de la macromolécula. Los ejemplos más característicos se encuentran en proteínas y ácidos nucleicos, por ejemplo la estructura de a-hélice que adoptan muchas cadenas polipeptídicas, las láminas b, ó el plegamiento practicamente aleatorio al que se hace referencia con el término ovillo al azar, “random-coil”, ó polímero flexible.


La estructura terciaria es el plegamiento general que adquiere la macromolécula en el espacio.


La estructura cuaternaria hace referencia a la posible asociación de más de una molécula del polímero para formar agregados oligoméricos (dímeros, octámeros, etc.).



Los métodos experimentales utilizados en la determinación estructural de macromoléculas no son diferentes de los que se usan en la determinación estructural de moléculas “pequeñas”, y su descripción queda fuera del alcance de esta asignatura: Todos los métodos espectroscópicos, incluyendo el Infrarrojo, UV-visible, dicroismo circular, fluorescencia, resonancia de spín electrónico, y la resonancia magnética nuclear se vienen utilizando desde hace décadas en la elucidación de la estructura de macromoléculas. Especialmente importante ha sido, y lo es actualmente la difracción de Rayos X, y en los últimos años ha adquirido especial relevancia la resonancia magnética nuclear, y los métodos derivados de la microscopía electrónica, de efecto túnel, y de fuerzas.



A modo de resumen muy general, podemos decir que desde un punto de vista estructural existen dos tipos de macromoléculas: Aquellas que en disolución no adoptan una conformación definida, y que en estado sólido forman sólidos amorfos, ó sólo parcialmente cristalinos; y aquellas que adoptan configuraciones concretas (a-hélices, láminas b, etc.,), perfectamente definidas, y consecuencia de fuerzas intramoleculares específicas. Al primer tipo pertenecen la mayor parte de los polímeros sintéticos, mientras que las macromoléculas naturales en estado nativa suelen pertenecer al segundo. Una característica de estas últimas es que son susceptibles de desnaturalización en el laboratorio, convirtiéndose generalmente en macromoléculas del primer tipo, carentes de estructura definida.



En lo que se refiere a los pesos moleculares, los polímeros sintéticos son generalmente polidispersos, mientras que en el caso de macromoléculas naturales existen las monodispersas como las proteínas, y polidispersas como los ácidos nucleicos y polisacáridos.





Propiedades de las macromoleculas


· Estudios de difracción de rayos x sobre muestras de polietileno comercial, muestran que este material, constituido por moléculas que pueden contener desde 1.000 hasta 150.000 grupos CH2 – CH2 presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un caractér 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 de Waals.


· En otros casos (nylon 66) la responsabilidad del ordenamiento recae en los enlaces de H.


· La temperatura tiene mucha importancia en relación al comportamiento de los polímeros.


· A temperaturas más bajas los polímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la pérdida de movimiento relativo entre las cadenas que forman el material.


· La temperatura en la cual funden las zonas cristalinas se llama temperatura de fución (Tf)


· Otra temperatura importante es la de descomposición y es conveniente que la misma sea bastante superior a Tf.


Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros:


· Elastómeros


· Termoplásticos


· Termoestables.


Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados.


Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente insolubles en los solventes más usuales.






Proceso de fabricación


El plástico es una sustancia sintética de estructura macromolecular, ya que está constituido por gran cantidad de moléculas de hidrocarburos, alcoholes y demás compuestos orgánicos, es decir el plástico es una sustancia orgánica dada su cantidad de carbono entre sus numerosas moléculas.


El plástico puede ser constituido, y suele ser constituido, por la acción del calor y la presión ya sean calor y presión natural como artificial, este último es el caso más común de fabricación de plástico ya que el plástico natural no es muy abundante y el que existe no suele ser el apropiado para la fabricación de la mayoría de los productos plásticos que hoy en día se producen. Por el hecho de necesitar calor o presión para que se produzca, el plástico es una sustancia realizada mediante reacciones endotérmicas.El proceso por el cual los radiactivos se convierten en producto, esta vez el plástico consiste en que las moléculas se enlacen entre sí formando cadenas de eslabones. La formación del plástico, mediante polimerización, sería de la siguiente manera:


H H H H H H H


C = C ----------------------------> C - C - C - C - C


H H H H H H H


Siendo H hidrógeno y C carbono los elementos primarios constituyentes de los plásticos. El reactivo de la anterior reacción sería el eteno o etileno, un compuesto del grupo de los hidrocarburos y clasificado como alqueno por tener todos sus enlaces dobles; y el producto de la reacción es el politeno un plástico alcano ya que sus enlaces son simples o sencillos.


Según como se formen puede haber plásticos de dos tipos distintos:


HOMOPOLÍMEROS: Que son aquellos en los que la estructura base (llamada A y la secundaria llamada B) están constituidas por repetición, es decir, siguiendo un esquema de este tipo:


- A - A - A - A - A -


En los homopolímeros solo aparece la estructura base A ya que también tienen estructura monómera.


COPOLÍMEROS: Que son aquellos plásticos en las que las estructuras ( A y B) se encuentran encadenadas, siendo su síntesis en la mayoria de los casos dela siguiente manera :


- B - A - B - A - B - A-


- 2 -


Dependiendo de como se encuentren encadenadas las moléculas surgen estructuras en tres tipos distintos de dimensiones.



Importancia de los polímeros compuestos


Desde la única tecnología de punta que ha existido (el condón) hasta la industria ciberespacial y aerospacial, pasando por los biopolímeros, estos materiales se han posicionado plausiblemente en el desarrollo tecnológico de la humanidad.


Para que los que no lo saben, el plástico no es extraído del petróleo, sino de uno de sus subproductos: La Gasolina, a esta se le hace un craqueo (fisión térmica) y de ella se obtiene etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos.


Ventajas:


Peso: Son mas livianos que los cerámicos y los metales en proporciones que oscilan de 1 a 8 veces, y su densidad oscila entre 0.8g/cm3 y 2.3g/cm3 mientras que la del hierro por ejemplo, llega a 7.86g/cm3.
Resistencia a la corrosión y a los agentes químicos: Dependiendo de la estructura que los conformen, los plásticos presentan una fuerte oposición al deterioro por acción de agentes químicos, a la humedad y a la descomposición, inclusive ante los rayos UV.
Superficie: Generalmente lisas y uniformes, lo que los hace fáciles de limpiar.
Producción: Se pueden fabricar en serie, a bajas temperaturas (400 Celsius), requiere pocas operaciones para fabricar inclusive piezas complejas y además, su procesamiento genera una cantidad mínima de residuos.


Revisemos algunos ejemplos (de uso cotidiano) en donde se aplica el uso de los materiales poliméricos:


Lentes de contacto: Polimetacrilato de metilo y policrilamidas.
Carrocerías: ABS (acrilonitrilo – butadieno – estireno).
Cintas para grabadoras: Poliéster.
Persianas: PVC
Flotadores para tanques de inodoros: Polietileno.
Pelotas plásticas: PVC.
Pelos de muñecos: Poliacrilonitrilo.
Salvavidas: Espuma en poliuretano.
Ingeniería de tejidos: Policarbonatos, polianhídridos entre otros.
Suturas e implantes: Poliestar.


Lástima algunas de las implicaciones ambientales, en cuanto a la obtención y disposición final de estos materiales; pero se debe reconocer que estos materiales realmente nos han cambiado la vida en muchos aspectos.





Macromoléculas en la vida diaria.


Desde hace varias décadas el plástico es de suma importancia en la vida del ser humano, impulsando avances tecnológicos, y se han podido desarrollar aplicaciones inimaginables con dicho material. Provee a los consumidores de todo el mundo de cosas indispensables para su vida diaria. Su versatilidad y beneficio permite ser usados en todos los sectores: Alimentos, Salud y Medicina, Construcción, Vestido, Industria automotriz , etc. Ya que sus características elevan nuestro nivel de vida brindándonos Salud, Seguridad, Funcionamiento y Valor. • La versatilidad de los plásticos y la adaptabilidad han provocado innovaciones, tocando prácticamente cada aspecto de nuestras vidas • Los industria del plástico genera miles de empleos apoyando a nuestra economía • Los plásticos son amigables con el Medio Ambiente • Los plásticos no son malos, lo que hace falta es generar una cultura en cuanto al manejo integral de los residuos. "El futuro pertenece a los plásticos, que son y serán esenciales para el progreso de la humanidad".





Analizar las propiedades de las macromoleculas de la vida diaria.


Pues en la vida diaria en muy importante las macromoleculas porque gracias a ellas se nos hace mas facil encender un foco o un televisor. gracias a ellas la vida diaria es mas sencilla.

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