En mi respuesta a otra pregunta , repetí un reclamo hecho a mi clase por mi profesor de química de la escuela secundaria. No lo mencioné, porque las preguntas frecuentes relevantes sugieren que la ciencia de la escuela secundaria generalmente se puede asumir. Sin embargo, el reclamo fue, para mi sorpresa, despreciado. Esta es una pregunta de seguimiento para permitir que se analice adecuadamente.
Las tinas de helado de plástico generalmente están hechas de polietileno de baja densidad (LPDE). [ Referencia ]
El polietileno tiene muchas ramificaciones cruzadas entre las cadenas. Wikipedia dice:
Como con cualquier polímero, la estructura de la sustancia resultante desafía la descripción molecular debido a la ramificación cruzada de las cadenas.
Nunca tuve ninguna razón para dudar de estas afirmaciones hasta hace poco. ¿Son verdad?
Esta es una muy buena pregunta, pero en la que no es el principio el que está mal, sino los detalles.
Las reacciones de polimerización suelen producir moléculas muy grandes, pero no tanto como para que una sola molécula constituya tanto material como una cubeta de helado. Una hoja de datos sobre LDPE nos dice que el peso molecular típico del producto industrial es 90,000 (algunos polímeros son mucho más grandes que esto). (ver aquí para una descripción esclarecedora relevante para LDPE).
Para los no químicos, los pesos moleculares son (simplificando ligeramente) el peso relativo a un solo átomo de hidrógeno. El carbono es 12 en esta escala y el etileno (el monómero del que está hecho el plástico que consta de 2 carbonos y 4 hidrógenos) es 32. Esto significa que una molécula típica del plástico está (en términos generales) hecha de un poco menos de 3000 moléculas de etileno. . El otro hecho que necesita saber es que hay alrededor de 6 x 10 ^ 23 átomos de hidrógeno en un gramo de hidrógeno (consulte la definición de wikipedia del número de Avogadro). Las matemáticas simples nos dicen que un gramo de LDPE contendrá aproximadamente 6,7 x 10 ^ 18 moléculas, por lo que ese es el orden del número en una tina de helado que, supongo, pesa unos pocos gramos.
Si bien la afirmación es ciertamente falsa para los polímeros termoplásticos como el polietileno, es mucho más probable que sea cierta para los polímeros termoestables como los poliuretanos , los epoxis o los fenoles como la baquelita (que, al ser el primer plástico sintético ampliamente utilizado, bien puede ser la fuente original de esta pretensión).
Específicamente, un polímero termoplástico , por definición, consta de cadenas moderadamente grandes (es decir, grandes a escala atómica, pero aún microscópicamente pequeñas desde una perspectiva humana) cadenas o "árboles" ramificados de unidades monoméricas, cada una (en su mayoría) unida a otras dos unidades vecinas en la cadena.
(En el polietileno, por ejemplo, estas cadenas generalmente tienen pesos moleculares que van desde unos pocos cientos hasta unos pocos millones de AMU , [1] con un promedio típicamente alrededor de 10,000 AMU (≈ 1.6 × 10 -23 kilogramos) dependiendo del proceso de fabricación. A modo de comparación, un solo monómero de etileno pesa alrededor de 28 AMU, por lo que una molécula de polietileno de 10 000 AMU tiene alrededor de 350 unidades de etileno, o alrededor de 700 átomos de carbono).
Estas cadenas largas se adhieren entre sí por fuerzas intermoleculares (principalmente fuerzas de van der Waals ) y también simplemente debido a que las cadenas se enredan entre sí ( efectos estéricos , en la jerga química) como un plato de fideos pegajosos. Sin embargo, cuando se calientan y/o se estiran mecánicamente, las cadenas pueden deslizarse entre sí, lo que permite que el material se vuelva a formar (= termoplasticidad).
Sin embargo, en un polímero termoestable como la baquelita, las unidades monoméricas pueden (y normalmente lo hacen) enlazarse con más de otros dos monómeros. Así, en lugar de formar cadenas, forman una estructura de red tridimensional compleja. Siempre que el número medio de enlaces por monómero exceda un umbral crítico de percolación (que varía según la estructura del material, pero normalmente no supera los dos), la mayoría de los monómeros se enlazarán en una sola red gigante que abarca todo el objeto.
Una vez que los monómeros se han unido en una red de este tipo, ya no se pueden separar sin destruir el material. Por lo tanto, los polímeros termoestables no se pueden volver a moldear después del curado y tienden a ser relativamente duros y quebradizos en comparación con los termoplásticos (aunque existen excepciones).
(Otra forma de hacer un polímero termoestable es comenzar con un polímero termoplástico adecuado y de alguna manera, por ejemplo, por calentamiento rápido y/o tratamiento químico, crear enlaces cruzados adicionales entre las cadenas que unirlas en una sola red. Ejemplos de tales termoestables Los polímeros incluyen polietileno reticulado y caucho vulcanizado . Una ventaja de estos polímeros es que pueden moldearse como termoplásticos antes de curarlos en su forma y consistencia finales; el grado de reticulación también puede controlarse para ajustar sus propiedades de flexibilidad y elasticidad. .)
Por lo tanto, si su tarrina de helado está hecha, digamos, de poliuretano en lugar de polietileno, probablemente consista principalmente en una sola molécula gigante. Si bien puede haber algunos pequeños grupos aislados que están desconectados de la red principal, generalmente constituirán una fracción relativamente insignificante del material.
PD. Las mejores fuentes para este material son probablemente libros de texto sobre química de polímeros como [2] o fuentes introductorias en línea como [3] o [4] ; se considera lo suficientemente básico como para que realmente no lo encuentre discutido en fuentes primarias como artículos científicos en estos días, excepto tal vez como material de fondo.
En muchas fuentes, encontrará una redacción un tanto extraña como "toda la red molecular puede considerarse como una sola molécula" ( [2] , énfasis mío). Una de las razones de tal redacción es que, si bien es bastante fácil demostrar de manera concluyente que un termoplástico como el polietileno no consta de una sola molécula simplemente derritiéndola, no hay forma de probar definitivamente que cualquier pieza determinada de polímero termoestable realmente consiste en una sola molécula. red, y no, digamos, dos o tres o 10.000 redes gigantes interpenetrantes.
Si bien se espera una sola red que comprenda la mayor parte del material por motivos teóricos, siempre que la cantidad de entrecruzamiento sea lo suficientemente alta, y si bien es consistente con la evidencia observada, en realidad no tenemos ninguna forma de demostrarlo directamente. digamos, este átomo y ese átomo en los extremos opuestos del objeto están realmente conectados por una cadena de enlaces covalentes.
Otra razón para tal redacción de comadreja es simplemente que muchos químicos tienden a sentirse vagamente incómodos al usar la palabra "molécula" para cosas tan grandes que se pueden ver a simple vista, prefiriendo llamar a tales materiales, por ejemplo, " sólidos covalentes de red ". Tales trozos macroscópicos de materia simplemente no tienen mucho en común con el tipo de pequeños grupos de átomos (desde unos pocos AMU hasta unos pocos miles de AMU; tal vez unos pocos millones para los químicos y bioquímicos de polímeros) que la mayoría de los químicos normalmente refieren a cuando dicen "molécula", incluso si técnicamente caen bajo la misma definición.
Referencias:
usuario792
MSalters
pensamiento extraño
MSalters
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