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¿Y si te dijera que la mayoría de las cosas de la naturaleza existen con esa forma todo el tiempo (al menos a nivel microscópico)? ¿Cómo funcionan estos elementos en un estado tan revuelto?
En este artículo, aprenderemos qué es un polímero amorfo y cuáles son sus propiedades y características, junto a su rival, el famoso polímero cristalino. ¡Sigamos adelante!
- Definición de los Polímeros Amorfos: definir qué son los polímeros amorfos desintegrando la propia palabra y abordando cada apartado.
- Propiedades de los Polímeros Amorfos: hablar de las distintas propiedades y características.
- Puntos de fusión de los polímeros amorfos: profundizar en el punto de fusión de los polímeros amorfos.
- Ejemplos de Polímeros Amorfos: proporciona algunos ejemplos sobre el tema que nos ocupa.
- Diferencia entre Amorfo y Cristalino : explicar las diferencias entre polímeros amorfos y cristalinos.
Definición de Polímeros Amorfos:
Antes de entrar en los detalles técnicos de lo que son los polímeros amorfos, ¡desglosemos esta palabra de aspecto aterrador e intentemos entender qué significa cada elemento!
En primer lugar, ¿qué significa la palabra "amorfo"?
Amorfo significa el estado de una sustancia que, al ser bombardeada con rayos X, no forma un patrón de difracción. Patrones de difracción regularmente ordenados que suelen asociarse a redes cristalinas. Por tanto, todas las sustancias cuyas moléculas no consisten en estructuras ordenadas y periódicas, típicas de los cristales, se conocen como amorfas.
Resumiendo, en un sólido amorfo no hay orden en la posición de los átomos o moléculas que lo constituyen.
Pero, ¿cómo se forman los sólidos amorfos? Pueden obtenerse enfriando un líquido por debajo de su punto de solidificación, reduciendo la movilidad de una molécula: el cuerpo obtiene un alto nivel de viscosidad que hace que su estado sea similar al de un sólido.
Viscosidad de los polímeros amorfos
Como ya se ha dicho, un sólido amorfo se forma cuando el proceso de cristalización es muy lento, debido a la elevada viscosidad de la sustancia. ¿Qué es entonces la viscosidad?
Laviscosidad es la resistencia al movimiento de las partículas debida a las fuerzas intermoleculares (fricción interna). La viscosidad viene indicada por la velocidad o movilidad de las partículas en un líquido.
Así, en la transición de líquido a sólido (proceso llamado solidificación), las sustancias con alta viscosidad se convierten primero en un sólido amorfo y luego en un sólido cristalino.
La viscosidad disminuye al aumentar la temperatura. Normalmente se obtiene un sólido amorfo si la sustancia fundida tiene una velocidad de enfriamiento muy alta.
Tomemos en consideración la Sílice (SiO2) :
La sílice es una molécula covalente polar que forma la red de un sólido cristalino. Como resultado, tiene una estructura de partículas bien organizada. ¿Cómo adopta entonces un estado amorfo?
El sólido tiene la capacidad de transformarse en líquido a altas temperaturas. Lo que ocurre aquí es que la estructura cristalina de la sílice se destruye durante un proceso llamado fusión, permitiendo que los iones migren libremente.
Cuando la forma fundida se enfría, la viscosidad aumenta, impidiendo que el cristal vuelva a formarse. El material vuelve a su estado sólido tras enfriarse, pero la estructura interna es diferente, se ha vuelto errática.
Entre las pocas sustancias de las que se sabe que alcanzan un estado amorfo, la más importante es el vidrio, ¡el estado vítreo de la materia!
El vidrio no es un líquido que se mueva lentamente. En realidad, es un sólido muy bueno que se incluye en la categoría de los amorfos, ya que carece de la estructura molecular ordenada de los sólidos genuinos y, sin embargo, es demasiado rígido para calificarlo de líquido debido a su estructura irregular.
Estructura amorfa del vidrio: https://www.e-education.psu.edu/matse81/node/2154
A continuación, los elementos mencionados sufren un proceso denominado "amorfización ", que definiré a continuación.
Laamorfización es la alteración del estado cristalino en un estado amorfo. Esta amorfización suele llevarse a cabo por diversos medios (por ejemplo, bombardeo con electrones o iones de alta energía, irradiación con pulsos cortos de láser y reacciones en fase sólida).
Otro tipo de amorfización se denomina amorfización inducida por presión.
Cuando un sólido cristalino se comprime más allá de su rango de estabilidad normal a una temperatura muy inferior al punto de fusión del material, los cambios de fase cristalina previstos no pueden comenzar ni terminar. Este fenómeno se conoce como amorfización inducida por presión (PIA).
Volviendo a nuestra palabra clave principal, polímero amorfo, ahora podemos entrar a conocer el significado de la palabra "polímero".
Un polímero significa una molécula grande que aparece como una cadena larga con varias ramificaciones que pueden unirse entre sí.
Una forma rápida y fácil de memorizar este término: En latín, la palabra "poli" significa muchos, mientras que la palabra "mer" significa unidad. Por tanto, el término polímero descompuesto significa realmente muchas unidades.
Los orígenes de los polímeros se remontan a los monómeros, moléculas individuales que pueden agregarse en grupos de dos, tres, cuatro o más (por lo que se denominan dímeros, trímeros, tetrámeros, etc.) o cientos(polímeros).
La celulosa, formada por numerosas unidades de azúcar, es un ejemplo de polímero natural de alto peso. El caucho y los plásticos, la lana y el almidón también son ejemplos de otros polímeros.
Ahora bien, los polímeros pueden clasificarse en dos subcategorías principales:
- Polímeros amorfos
- Polímeros Cristalinos
Amorfo vs. Cristalino: https://pediaa.com/difference-between-amorphous-and-crystalline-polymers/
Entonces, ¿cómo se relaciona todo esto? Averigüémoslo.
Como hemos aprendido antes, amorfo significa un sólido que carece de orden en la posición de los átomos o moléculas que lo constituyen. Los polímeros pueden presentarse como un gran número de moléculas unidas entre sí como una única unidad macromolecular. Sumando estas dos definiciones, obtenemos
¡Lospolímeros amor fos son sólidos cuyas cadenas moleculares están dispuestas de forma desordenada en el espacio!
Los polímerosamorfos están formados por zonas amorfas en las que las moléculas están organizadas al azar. ¿Ves esa línea garabateada aleatoria en la imagen de arriba? Ésa es probablemente la forma más precisa de representar un polímero amorfo.
Propiedades de los polímeros amorfos:
Los polímeros amorfos suelen tener propiedades anisótropas, porque no hay una dirección determinada en la disposición de las partículas, lo que da lugar a:
- Temperatura de fusión imprecisa: La temperatura de fusión se produce en un amplio intervalo de temperaturas, ya que la fusión depende de una disminución de la viscosidad y no de la ruptura de enlaces intramoleculares.
- Temperatura de solidificación imprecisa: La temperatura de solidificación se produce en un amplio intervalo de temperaturas porque la solidificación depende de un aumento de la viscosidad más que de la ruptura de los enlaces intramoleculares.
- Poseen características elásticas cuando aumenta la temperatura.
- Alto índice de refracción: Los vidrios tienen un índice de refracción elevado, por lo que son transparentes. La estructura desordenada típica de los líquidos confiere a los sólidos la propiedad de un alto índice de refracción, es decir, la transparencia.
- Suelen ser vidriosos, duros y quebradizos.
- Transparentes.
- Baja densidad.
- Poca resistenciaa la fatiga y al desgaste.
El índice de refracción indica la relación entre la velocidad a la que un rayo atraviesa un medio determinado y la velocidad a la que atraviesa un segundo medio.
Punto de fusión de los polímeros amorfos:
Los polímeros amorfos tienen una temperatura de transición vítrea, o Tg, en lugar de un punto de fusión.
La temperatura a la que el polímero se ablanda debido al movimiento molecular coordinado de largo alcance se conoce como temperatura de transición vítrea (Tg).
Piensa en esto: ¿alguna vez has dejado un recipiente de plástico o cualquier otro objeto de plástico fuera en invierno y has comprobado que se rompe o agrieta con más facilidad que en verano? Lo que has experimentado en este caso es el fenómeno conocido como transición vítrea. Esta transición sólo se produce en los polímeros, y es una de las características que los hacen únicos.
La transición vítrea es mucho más complicada de lo que parece. Hay una temperatura determinada (diferente para cada polímero) llamada temperatura de transición vítrea, o Tg , que desempeña un papel importante en su proceso. De hecho
cuando el polímero se enfría por debajo de esta temperatura, se vuelve rígido y quebradizo como el vidrio.
Puede ser fácil suponer que la transición vítrea es comparable a la fusión. Sin embargo, no lo es. La fusión es una transición que se produce en polímeros recristalizados, no en polímeros amorfos. Además, la fusión se produce cuando las cadenas poliméricas pasan de sus estructuras cristalinas a un estado de desorden líquido. ¡La transición vítrea es una transición que se produce en los polímeros amorfos!
Ejemplos de Polímeros Amorfos:
Ejemplos de sólidos amorfosson el Vidrio, el Propileno y elHielo.
- El vidrio es un sólido amorfo con estructura de líquido, que adopta la forma del recipiente que lo contiene. Se trata básicamente de un producto que tras fundirse se enfría a gran velocidad, lo que permite la formación de cristales.
- Elpropileno (C3H6) es un material termoplástico que se obtiene polimerizando un derivado del hidrocarburo, el propileno.
- El hielo tiene una densidad inferior a la del agua líquida. Las redes cristalinas del hielo que se forman al congelarse suelen ser muy diferentes entre sí, por lo que se considera que pertenece a la lista de polímeros amorfos.
Diferencia entre amorfo y cristalino:
Antes de abordar la diferencia, entendamos muy rápidamente qué son los polímeros cristalinos:
Lospolímeros cristalinos son polímeros en los que algunas partes han cristalizado en un orden preciso, lo que permite la formación de una unidad sólida organizada.
Aunque es posible crear una estructura 100% amorfa, es imposible crear una estructura 100% cristalina, ya que los polímeros cristalinos siempre contienen un número decente de polímeros amorfos.
Una vez aclarada la definición, abordemos las principales diferencias:
| Polímeros amorfos | Polímeros cristalinos |
| Moléculas de empaquetamiento no uniforme. | Moléculas uniformemente empaquetadas. |
| Baja densidad. | Alta densidad. |
| Transparentes. | Opaco/Translúcido. |
| Baja contracción. | Alto encogimiento. |
| Punto de fusión alto. | Punto de fusión bajo. |
Polímero amorfo - Puntos clave
- En un sólido amorfo no hay orden en la posición de los átomos o moléculas que lo constituyen.
- Laviscosidad es la resistencia al movimiento de las partículas debida a las fuerzas intermoleculares (fricción interna). La viscosidad viene indicada por la velocidad de movilidad de las partículas de un líquido.
- Un polímero significa una molécula grande que aparece como una cadena larga con varias ramificaciones que pueden unirse entre sí.
- Los polímerosamorfos son sólidos cuyas cadenas moleculares están dispuestas de forma desordenada en el espacio.
- Los polímeroscristalinos son polímeros en los que algunas partes han cristalizado en un orden preciso, permitiendo la formación de una unidad sólida organizada.
- Aunque es posible crear una estructura 100% amorfa, es imposible crear una estructura 100% cristalina, ya que los polímeros cristalinos siempre contienen un número decente de polímeros amorfos.
- Los polímeros amorfos tienen una temperatura de transición vítrea, o Tg, en lugar de un punto de fusión.
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