LEYDI GINETH NOVA VANEGAS
Licenciatura en Química - Universidad Pedagógica Nacional
Maestría en Docencia de la Química - Universidad Pedagógica Nacional
En la siguiente reseña, se plantea una línea de tiempo con los exponentes más significativos en la elaboración de los polímeros, por ello pese a que el libro escrito por Seymour y Carraher (1995), hace relación a la unificación de varios textos originales se tiene en cuenta para realizar el recuento histórico de los acontecimientos más importantes en dicho tema. Sin embargo, el texto original al que se llega es el de Staudinger (1953), quien fue premio nobel por su contribución a la química macromolecular, a partir de esto, la reseña toma sentido, haciendo referencia al origen de la síntesis de los polímeros y su importancia para la sociedad en general, finalmente se mencionan algunas propiedades importantes de los polímeros.
RESEÑA
En este libro, Seymour (1995) abarca la historia del origen de los polímeros, teniendo en cuenta sus inicios hasta la elaboración de estos en nuestros tiempos, por ello empieza hablando del significado de la palabra polímero, que se entiende como: mucho y partes respectivamente de su origen en griego poli y meros. Luego relatan el inicio de estos en 1735, cuando la necesidad de elaborar herramientas más flexibles y fuertes, hacía que los mayas y aztecas utilizaran el poliisopreno o caucho natural que extraían de la degradación de carnes duras o plantas. Un año más tarde, en 1736, el botánico francés Charles Marie descubre el árbol de caucho (hule de Hevea) al usarlo para amarrar su equipaje aportando en el estudio de sus propiedades y la derivación de otros cauchos; pese a que aún no se era consciente del concepto y que realmente no se sabía qué se estaba trabajando, Samuel Peal (1791), empieza a fabricar y comercializar caucho luego de realizar un método para impermeabilizar tejidos con este material.
Más adelante, en 1808 aparece la química orgánica con el químico sueco Jacob Berzelius, quien la proponía como una química biológica, la cual tenía como objetivo principal el estudio de los seres vivos y los procesos químicos que se involucraban en estos; los compuestos pertenecientes a esta clasificación de la química de acuerdo a Berzelius tenían radicales equivalentes que permitían que las moléculas crecieran, ya que retomó la ley de las proporciones múltiples para hacerla válida en la química orgánica desde un punto de vista atomístico, aceptando la existencia de complejos de átomos en los compuestos orgánicos. Sin embargo, creía que era imposible determinar la composición de los compuestos a partir de sus propiedades. No obstante, en 1823 Michael Faraday, idea métodos para licuar gases como el anhídrido carbónico sometiéndolos a altas presiones y temperaturas bajo cero en escala ºF, a partir de ello, descubre el bicarburo de hidrógeno luego de analizar una muestra de aceite ligero producido por craqueo térmico de la grasa de ballena con cristalizaciones y destilaciones, situación que se convierte en un gran descubrimiento, ya que el punto de fusión de este compuesto era 5,5º escala muy alta para un hidrocarburo de bajo peso molecular, demostrando que se podía obtener diferentes compuestos a partir de la composición elemental semejante de otros (Weininger & Stermitz, 1988, págs. 552-553).
Con base en lo anterior en 1833, Berzelius sugiere el término polímero para cualquier compuesto con un peso molecular que fuera un múltiplo del peso molecular de otro compuesto con la misma composición elemental. Por otra parte, pese a que el hule de hevea se había convertido en una materia prima importante para la construcción de diferentes cosas, es Charles Nelson Goodyear en 1839, quien en su laboratorio dejo caer accidentalmente migas de caucho en una placa de una estufa que estaba encendida, esta migas tenían cristales de azufre, lo que originó en estas una pérdida de pegajosidad y, a la vez, su fluidez, transformándose en goma, descubriendo a su vez el método exacto para vulcanizar el caucho, es decir para reticularlo, formando enlaces S-S, mejorando esto sus propiedades frente al calor y al frio (Weininger & Stermitz, 1988, págs. 943-944). Logrando así que el plástico tuviera gran elasticidad independiente de la temperatura, dando así, un giro en la industria automotriz, ya que inició una época de producción e investigación frente a la síntesis del hule. Así mismo, es necesario preguntarse por los “accidentes científicos”, que han permitido aun no buscándolos grandes avances en la ciencia.
Tiempo después, a inicios del siglo XX el químico Hendrik Baeckeland quien aparentemente no conocía la existencia de las macromoléculas, si entendía su funcionalidad ya que a partir del uso de cantidades determinadas de fenol y formaldehido produjo resinas termoplásticas que podían ser más adelante plásticos termoestables, para ese momento Baeckeland propone la síntesis de la baquelita termoplástica a partir de la condensación en exceso de formaldehido y fenol en condiciones alcalinas, convirtiéndose esta en el primer plástico sintético (Seymour & Carraher, 1995, pág. 4).
A partir de lo anterior, pese a que en el libro se nombra a Herman Staudinger, se hace necesaria la profundización del escrito de este, titulado la química macromolecular, expuesto en la conferencia Nobel del 11 de diciembre de 1953, allí el científico, propone que la química macromolecular incluye las sustancias más importantes en la naturaleza, como lo son las proteínas, enzimas, ácidos nucleicos, polisacáridos tales como celulosa, almidón y pectinas, así como caucho, y la gran cantidad de plásticos sintéticos y fibras artificiales. Lo que podríamos llamar hoy día como las biomoléculas orgánicas, las cuales han dado paso al estudio de las reacciones químicas que se dan en los seres vivos. Se debe agregar que, estos compuestos estaban formados por C, O, H y N diferenciándose de las moléculas pequeñas debido a su tamaño estructural, con pesos igual o mayores a diez mil, siguiendo con las leyes de la teoría estructural de Kekulé, un ejemplo de ello es el poliisopreno sintético, el cual no es idéntico al caucho natural debido a sus propiedades y estructura, sin embargo, para elaborar la síntesis de este se debía partir del caucho natural, dicha síntesis de acuerdo a Staudinger se hacía por aislamiento, polimerización o purificación.
Dado lo anterior, Staudinger dijo que la identificación de estos era compleja debido a que no producían soluciones dispersas sino coloidales, lo anterior lo propuso luego de disolver el compuesto en sustancias completamente insolubles que se daban como agregado único. Con base en esto clasifica las macromoléculas en soluciones coloidales micelares y moleculares lineales, lo que le permite determinar más adelante los radicales en estos compuestos. Adicional a ello, menciona que los compuestos poliméricos se pueden sintetizar en otros debido a la unión de valencias principales entre las cadenas. A partir de lo anterior, Staudinger demuestra que el poliestireno, a diferencia del hule, no experimenta degradación oxidativa fácilmente debido a sus puntos de fusión, densidades y parámetros cristalográficos, donde los polímeros análogos proporcionaban su estabilidad debido a los macroradicales que poseían. No obstante, si estas eran colocadas en solución se desestabilizaban; esto ocurría por "fenómenos de envejecimiento", es decir por la presencia del oxígeno en la solución, por esto debía ser modificado en los ensayos produciendo viscosidad lo que evitaba la oxidación (Staudinger, 1953).
Teniendo como partida lo anterior, Staudinger propone que la síntesis de estos compuestos debía hacerse luego de la expansión de las sustancias macromoleculares lineales causado por la solvatación de moléculas luego de la adición de soluciones no solubles con estos, ya que esto les permite tener la capacidad de expandirse ilimitadamente, lo que desarrolla en la molécula la posibilidad de modificarse y tomar nuevas propiedades. Finalmente Staudinger concluye el escrito diciendo que sólo la isomería permite obtener diferentes compuestos con relación a las moléculas de bajo peso molecular (Staudinger, 1953). Dicho esto, es posible afirmar que Staudinger es el punto de partida para la elaboración de nuevos polímeros sintéticos que se adaptarían más tarde a las necesidades de los individuos.
Más adelante, el químico Herman Francis Mark fue reconocido como el padre de los polímeros, ya que en 1922 utilizó la difracción de rayos X para estudiar las estructuras moleculares de las fibras textiles naturales como la celulosa, la seda y la lana, donde demostró que estas consistían en moléculas de cadena larga (macromoléculas) con pesos moleculares superiores a 10,000. Luego, en 1926, Mark, gracias a la ayuda de Kurt Meyer, trabaja en la difracción de electrones en la celulosa, lo que permite acabar con la teoría micelar clásica de la formación de polímero (Seymour & Carraher, 1995).
Por otro lado, las investigaciones realizadas por Wallace Hume Carothers en 1927, da cuenta de que la formación de monómeros podía competir con la producción de moléculas de cadena; esto quiere decir que la estabilidad de los compuestos cíclicos dependía del tamaño de los anillos de esteres cíclicos y anhídridos en la descomposición térmica de los poliésteres y polianhídridos, conduciendo esto nuevamente a formular que los polímeros eran moléculas grandes representadas por la unión de varios radicales, es decir que formaban enlaces entre átomos que a su vez podían ser sustituidos dependiendo la reactividad de los mismos, que no eran independientes en su existencia.
A partir de lo anterior, surgen nuevas investigaciones que conducen a la elaboración de más polímeros sintéticos como el nailon, la silicona, el teflón, el Poli Etilén Tereftalato (PET), las resinas y los polímeros invisibles del siglo XXI (Seymour & Carraher, 1995). De esta forma, se puede considerar que los polímeros han permitido desarrollar nuevos métodos para la elaboración de plásticos sintéticos y biodegradables.
A partir de lo anterior, se retoma de este mismo libro el capítulo 2, ya que en este se habla de las propiedades de los polímeros, teniendo en cuenta que sus propiedades no solo se relacionan con su naturaleza química, sino que adicional a ello, con factores de distribución de magnitud de cristales, longitudes de cadena, naturaleza y cantidades de aditivo, los cuales terminan modificando la dureza, la inflamabilidad, resistencia química y a la intemperie, apariencia, facilidad de teñido, flexibilidad, entre otras.
Después de hacer lectura del capítulo 1 y 2, y de la conferencia realizada por Staudinger, pese a que no se tuvo en cuenta varias cosas de la historia de los polímeros y de sus propiedades, es notoria la importancia de este avance en macromoléculas para la química y la sociedad, pues no solo se abarca las síntesis que se realizan sino la necesidad de nuevas técnicas que permitan la elaboración de nuevas herramientas con plástico. Adicional a ello, surgen varias preguntas sobre la contribución que estos hacen a la humanidad y su controversia frente al evidente crecimiento de este y la contaminación del ambiente. Por otro lado, es necesario preguntarse por los objetivos principales que condujeron a los diferentes científicos a la elaboración de plásticos sintéticos, los procesos que se tienen que realizar de cada polímero para la elaboración de un material en específico.
Finalmente se resalta el aporte que Staudinger hizo para los procesos químicos que se desarrollan en los diferentes procesos para la elaboración de polímeros desde un nivel microscópico, ya que, pese a que las macromoléculas son de cadenas largas y están presentes en diferentes alimentos o herramientas de uso diario, aún es complejo observarlas a simple vista; por ello en este nivel se intenta realizar un estudio y una explicación más detallada de las diferentes moléculas, debido a que si esta tiene un isómero puede dar lugar a la síntesis de nuevas sustancias que se van incrementando gracias a la variación de sus configuración o la influencia del entorno (Staudinger, 1953).
A continuación, se evidencia en una línea de tiempo los acontecimientos más importantes de la elaboración de los polímeros.
Imagen 1. Línea de tiempo- Acontecimientos importantes de los polímeros
Referencias Bibliográficas
Seymour, R. B., & Carraher, C. E. (1995). introducción a la química de los polimeros. Barcelona : Reverte.
Staudinger, H. (11 de octubre de 1953). Macromolecular chemistry. Recuperado el 1 de Mayo de 2017, de http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1953/staudinger-lecture.pdf
Weininger, S., & Stermitz, F. (1988). Química orgánica. Barcelona : Reverte S.A.
