jueves, 30 de marzo de 2006

Cuando las moléculas se dan la mano

La Química de los polímeros, como muchos otros tipos de Química, admite vulgarizaciones bastante sencillas. Al menos así lo creo yo y como tal, he procurado incidir en muchos casos en las razones últimas de las cosas, tratando de pelarlas de toda retórica o jerga profesional, buscando que sea el concepto fundamental el que quede como poso de lo que pretendo explicar. Y para poner un ejemplo, hoy voy a hacer una entrada sobre un concepto que, a bote pronto, puede resultar casi esotérico: la tacticidad de los polímeros.

Muchos, la gran parte de los polímeros, son cadenas de muchos átomos de carbono unidos entre si por enlaces. En primera aproximación, formar cadenas macromoleculares (grandes) es como formar cadenas humanas. Imaginemos ahora que a miles de ciudadanos los reunimos en dos grupos en la playa de La Concha: un grupo cerca del puerto, el otro cerca del Palacio de Miramar. Demos a cada uno de los grupos instrucciones concretas. Al que está cerca del puerto le diremos que cada persona de esa cadena debe unir su mano izquierda con la derecha del anterior y su mano derecha con la izquierda del siguiente. A los que están cerca del Palacio les diremos que les damos absoluta libertad para hacer eso o lo contrario, esto es, unir su mano izquierda con la izquierda del anterior y su derecha con la derecha del siguiente.

Supongamos que ya hemos formado las cadenas y permitimos que las personas integrantes se muevan libremente, generando cadenas enrevesadas. Un piloto que observara ambas cadenas desde el aire sería incapaz de distinguir las diferencias entre ambas cadenas. Sin embargo, si forzáramos a las cadenas a ponerse en una estructura alineada con la orilla del mar, el piloto vería que, en una cadena, todos miran en la misma dirección, mientras en la otra unos miran para un frente y otros para el contrario.

Algo así pasa en la polimerización. El propileno es una molécula pequeña, un gas, que forma cadenas de polipropileno al unirse entre sí muchas moléculas de propileno. Cada propileno tiene dos carbonos (las bolas rojas de la gráfica de arriba). Uno está unido a dos hidrógenos (las bolas blancas de la figura). El otro, a un hidrogeno y a un grupo metilo (las bolas azules). A cada unidad de propileno le quedan dos posibilidades de formar enlaces con otros propilenos. En la figura se ven tres moléculas completas de propileno y media más. Supongamos que a los propilenos les hemos dado instrucciones para que se vayan uniendo de forma y manera que dejen la bola azul siempre del mismo lado. Sería algo similar a la cadena humana que una vez alineada, todos sus componentes miraran al mismo lado. Como la cadena humana, el polipropileno no tiene por qué estar siempre alineado. De hecho la cadena se puede enrevesar y entremezclarse con otras cual plato de spaghetti. Un enano que se metiera en una masa de polípropileno con visión microscópica le sería difícil, como al piloto de mi ejemplo, distinguir si nuestra cadena ha sido generada de la forma ordenada que hemos descrito o no, pero lo cierto es que si la estiráramos del todo con unas pinzas moleculares el enano sería consciente de las peculiaridades de la cadena.

Pues bien, una cadena de ese tipo se puede generar con la adecuada Química, con imperfecciones en la ordenación inferiores al 4%. Empleando unos catalizadores conocidos como catalizadores Ziegler-Natta, podemos así obtener un polímero llamado polipropileno isotáctico, el segundo material plástico más vendido en el mundo, empleado en botellas, parachoques, filmes de envasado, cordajes de naútica, muebles de oficina y cocina y un largo etcétera, gracias a su carácter cristalino, su aguante a temperaturas de casi 180ºC, su resistencia a los disolventes, sus excelentes propiedades mecánicas, además de otros atributos. Curiosamente, son esos mismos catalizadores los que han permitido reproducir las diferentes estructuras de los diferentes tipos de cauchos segregados por árboles tropicales y a los que hacía mención en mi entrada del 12 de marzo sobre los cauchos, el chicle, etc.

Sin embargo, sin la ayuda de ese catalizador, los propilenos se vuelven menos disciplinados y entran según su leal saber y entender, de forma y manera que dejan las bolas azules a un lado y a otro, en un proceso totalmente al azar. Lo curioso es que esa falta de disciplina ante la falta del catalizador policía conduce a un material que no sirve para nada, una especie de chicle con el que no se puede fabricar nada que aguante ni siquiera la temperatura ambiente. Por supuesto, las ventas de este segundo material, al que denominamos polipropileno atáctico son prácticamente inexistente.

Hay que recalcar que, desde un punto de vista químico, se trata de materiales de idéntica constitución (carbono e hidrógeno en la proporción 1/2), aunque técnicas como la espectroscopia infrarroja o, sobre todo, la RMN son lo suficientemente sutiles como para poder detectar la diferentes ordenaciones de las unidades de propileno en el seno de la cadena.

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