química orgánicaciencia dos materiaisbioquímicapolímeros
Monómero vs. polímero
relación entre os monómeros e os polímeros é moi semellante á conexión entre as contas individuais e un colar acabado. Os monómeros serven como bloques de construción básicos (moléculas pequenas e reactivas que se poden unir), mentres que os polímeros son as estruturas masivas e complexas que se forman cando centos ou incluso miles deses bloques se unen nunha cadea repetitiva.
Destacados
Os monómeros son os "elásticos" individuais que compoñen a "cadea" do polímero.
A identidade química cambia lixeiramente durante a polimerización a medida que os enlaces se reorganizan.
Os polímeros presentan un comportamento "macromolecular", o que lles dá resistencia e durabilidade.
Sen monómeros, a vida tal e como a coñecemos non podería existir, xa que o ADN e as proteínas son polímeros.
Que é Monómero?
Unha única molécula de baixo peso molecular que pode unirse quimicamente a outras moléculas.
O termo provén do grego "mono" (un) e "meros" (parte).
Os monómeros deben ter grupos funcionais específicos ou dobres enlaces para unirse.
Son as unidades básicas tanto para substancias naturais como a glicosa como para sintéticas como o cloruro de vinilo.
Os monómeros son normalmente gases ou líquidos diluídos a temperatura ambiente debido ao seu pequeno tamaño.
Un monómero individual normalmente carece da forza ou durabilidade da cadea resultante.
Que é Polímero?
Unha molécula grande que consta de moitas subunidades repetidas unidas por enlaces covalentes.
O nome deriva de "poly" (moitos) e "meros" (parte).
Os polímeros poden estar compostos por miles ou incluso millóns de monómeros individuais.
Posúen un alto peso molecular e propiedades físicas únicas como a elasticidade ou a tenacidade.
Os polímeros poden ser naturais, como o ADN, ou fabricados polo ser humano, como o plástico.
O proceso de creación destas cadeas coñécese como polimerización.
Táboa comparativa
Característica
Monómero
Polímero
Estrutura
Unidade simple e única
Unidade complexa de cadea longa
Peso molecular
Baixo
Alto
Estado físico
A miúdo gas ou líquido
Normalmente sólido ou semisólido
Actividade química
Altamente reactivo nos sitios de unión
Xeralmente máis estable e menos reactivo
Exemplo común
aminoácido
Proteína
Proceso de formación
O material de partida
O produto final (mediante polimerización)
Comparación detallada
A escala da estrutura
Un monómero é unha única molécula cunha disposición relativamente simple de átomos. Cando estas unidades se polimerizan, non se mesturan simplemente, senón que se fusionan quimicamente nunha molécula xigante chamada macromolécula. Este aumento masivo de tamaño transforma a substancia de algo a miúdo invisible ou fluído nun material estrutural que se pode moldear en todo, desde pezas de automóbiles ata lentes de contacto.
Orixes naturais fronte ás sintéticas
A natureza é a química de polímeros por excelencia. Emprega monómeros como os nucleótidos para construír as complexas cadeas de polímeros do ADN que conteñen o noso código xenético. No aspecto sintético, os químicos toman monómeros derivados do petróleo como o etileno e encadeanos para crear polietileno, o plástico máis común do mundo. Tanto se é biolóxico como industrial, o principio de construír en grande a partir de pequeno segue sendo idéntico.
Propiedades físicas e químicas
Os monómeros individuais adoitan ter propiedades moi diferentes ás dos seus homólogos poliméricos. Por exemplo, o estireno é un monómero líquido que pode ser perigoso para respirar. Non obstante, cando se polimeriza en poliestireno, convértese nun plástico duro e estable que se usa en envases de alimentos. As longas cadeas de polímeros crean entrelazamentos internos e forzas intermoleculares que proporcionan forza, resistencia á calor e flexibilidade que as unidades individuais simplemente non poden conseguir.
O mecanismo de conexión
Para converter os monómeros nun polímero, debe producirse unha reacción química. Na "polimerización por adición", os monómeros con dobres enlaces simplemente encaixan entre si como as pezas de LEGO. Na "polimerización por condensación", os monómeros únense mentres desprenden un pequeno subproduto, normalmente auga. Así é como os nosos corpos constrúen proteínas a partir de aminoácidos, liberando moléculas de auga a medida que se engade cada novo elo á cadea en crecemento.
Vantaxes e inconvenientes
Monómero
Vantaxes
+Altamente reactivo
+Facilmente transportable como fluído
+Bloques de construción versátiles
+Control químico preciso
Contido
−A miúdo tóxico ou volátil
−Falta de resistencia estrutural
−Inestable co paso do tempo
−Pode ser difícil de almacenar
Polímero
Vantaxes
+Durabilidade incrible
+Ampla gama de usos
+Estabilidade química
+Resistencia lixeira
Contido
−Difícil de reciclar
−Pode persistir no ambiente
−Fabricación complexa
−Problemas de degradación
Conceptos erróneos comúns
Lenda
Todos os polímeros son plásticos artificiais.
Realidade
Aínda que a miúdo asociamos os polímeros co plástico, moitos son totalmente naturais. O cabelo (queratina), os músculos (actina/miosina) e mesmo o amidón dunha pataca son polímeros biolóxicos feitos de monómeros naturais.
Lenda
Un polímero é simplemente unha mestura física de monómeros.
Realidade
Un polímero é unha única molécula masiva unida por fortes enlaces covalentes. Non é só un conxunto de monómeros situados xuntos; foron soldados quimicamente nunha nova estrutura singular.
Lenda
Os polímeros pódense descompoñer facilmente en monómeros.
Realidade
Algúns polímeros pódense "descomprimir" de novo en monómeros, pero moitos requiren calor intensa, encimas específicos ou produtos químicos agresivos para romper eses enlaces covalentes. Por iso os residuos plásticos supoñen un desafío ambiental tan importante.
Lenda
O nome do polímero sempre coincide co monómero.
Realidade
Normalmente, simplemente engadimos "poli-" ao nome do monómero (como o etileno que se converte en polietileno), pero para os polímeros naturais, os nomes adoitan ser diferentes. Por exemplo, o polímero da glicosa chámase celulosa ou amidón, non "poliglicosa".
Preguntas frecuentes
Cal é un exemplo de monómero e polímero no corpo humano?
Un dos mellores exemplos atópase nos nosos músculos e na pel. Os aminoácidos son os monómeros. Cando se unen en secuencias longas e específicas, forman proteínas, que son os polímeros que constrúen os nosos tecidos, encimas e hormonas.
Pódese formar un polímero con diferentes tipos de monómeros?
Si, estes chámanse copolímeros. Mentres que un polímero simple como o polietileno usa só un tipo de monómero, un copolímero pode alternar entre dous ou tres monómeros diferentes para crear un material con propiedades específicas, como a goma de alto impacto.
Cantos monómeros hai nun polímero típico?
Varía moito. Un polímero pequeno pode ter só de 10 a 100 unidades (ás veces chamado oligómero), pero os plásticos industriais ou as moléculas de ADN biolóxico poden conter millóns de unidades monoméricas nunha única cadea continua.
A auga é un monómero?
Non, a auga non é un monómero porque non pode unirse a si mesma para formar unha longa cadea repetitiva de moléculas de auga. Para ser un monómero, unha molécula debe ter a "capacidade funcional" de unirse con polo menos outras dúas moléculas para crear unha estrutura principal.
Por que son os polímeros tan fortes en comparación cos monómeros?
forza provén da lonxitude das cadeas. As moléculas longas de polímero enrédanse como espaguete cocido, o que as fai moi difíciles de separar. Ademais, os miles de átomos da cadea crean moitas pequenas forzas atractivas que se suman a unha forza significativa.
Que ocorre durante a polimerización?
Durante a polimerización, un desencadeante químico (como a calor ou un catalizador) fai que as partes reactivas dos monómeros se abran e se unan ás súas veciñas. Isto crea unha reacción en cadea na que as unidades se engaden unha por unha ata que se forma unha macromolécula longa.
Son todos os polímeros sólidos?
A maioría dos polímeros de alto peso molecular son sólidos á temperatura ambiente, pero algúns poden ser líquidos viscosos (como certas siliconas) ou gomas moi elásticas. O estado físico depende da facilidade coa que as cadeas se poden mover unhas ao lado das outras.
Cal é a diferenza entre un polímero natural e un sintético?
Os polímeros naturais son producidos por organismos vivos (como a seda, a la e o ADN), mentres que os polímeros sintéticos son deseñados por humanos en laboratorios (como o nailon, o poliéster e o PVC). A química das ligazóns adoita ser similar, pero as orixes e as propiedades biodegradables difiren.
A glicosa é un monómero?
Si, a glicosa é un monómero moi común. Cando as moléculas de glicosa se unen, forman varios polímeros como a celulosa (que lles dá estrutura ás plantas), o amidón (que almacena enerxía) ou o glicóxeno (que se atopa nos músculos humanos).
Como "saben" os monómeros como unirse?
Non "saben" nun sentido consciente; seguen as leis da química. Os monómeros teñen "sitios activos" (xeralmente dobres enlaces ou grupos específicos de átomos) que son atraídos quimicamente polos sitios activos doutros monómeros cando se cumpren as condicións axeitadas.
Veredicto
Pensa nos monómeros como materias primas e nos polímeros como produto acabado. Se falas do punto de partida microscópico ou dunha única unidade metabólica, estás a falar dun monómero; se falas do material, fibra ou tecido estrutural resultante, estás a tratar cun polímero.