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6ª Modulo CAPITULO 11 11. Aceite.- Grasa.- Estructuras 11.2. Jabones 11.3. Detergentes CAPITULO 12 Polímeros y su clasificacion Importancia biológica 12.2.

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1 6ª Modulo CAPITULO Aceite.- Grasa.- Estructuras Jabones Detergentes CAPITULO 12 Polímeros y su clasificacion Importancia biológica Preparación

2 Las grasas y los aceites son ésteres (un alcohol más un ácido). Como el alcohol que los forma es el glicerol, se los llama también glicéridos. La numeración de la cadena se hace a partir del grupo carboxilo. Se forman por la combinación del alcohol glicerol o propanotriol (comúnmente llamado glicerina) con ciertos ácidos, llamados ácidos grasos. Grasas, aceites y jabones

3 En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (triglicéridos), la estructural (fosfolipidos de las bicapas) y la reguladora (esteroides).

4 ¿Cómo se forma una grasa? La glicerina tiene tres grupos OH. Por lo tanto, se puede combinar hasta con tres ácidos grasos iguales o diferentes para constituir una gran variedad de grasas. Es una reacción reversible. Por un lado, se forma la grasa; pero algunas moléculas de esta pueden reaccionar con el agua produciendo la reacción inversa en la que se regeneran el glicerol y el ácido graso. En las grasas naturales predominan los ésteres, en los que intervienen tres ácidos grasos iguales o diferentes. Se los denomina triglicéridos.

5 La grasa es un glicérido. El estado sólido se debe a que predominan los ácidos grasos saturados (sólidos). Además de los glicéridos existen ácidos grasos libres. El ácido butírico (ácido butanoico) es uno de los ácidos grasos saturados de cadena corta responsable por el sabor característico de la mantequilla.

6 books.google.com.co/books?isbn=

7 La diferencia en los puntos de fusión de los ácidos grasos saturados y de los insaturados se explica en términos del grado de organización de las moléculas en la red cristalina sólida. Los dobles enlaces en las moléculas de los ácidos grasos insaturados los hacen menos compactos que los ácidos grasos saturados; En consecuencia, los ácidos grasos insaturados entran más difícilmente al estado sólido

8 Una clase muy especial de ácidos grasos son las prostaglandinas. Las prostaglandinas (PG) son ácidos grasos de 20 átomos de carbono que poseen un anillo de ciclopentano. Obtuvieron su nombre de la fuente inicial de estos compuestos, la glándula prostática. Actualmente se sabe que están distribuidas en todo el cuerpo

9 Se conocen unas 20 PG, cuya función es la de regular la acción hormonal. Las PGE y PGF provocan la contracción de la musculatura lisa, en especial en el aparato reproductivo, de ahí que sean utilizadas para inducir el aborto.

10 En las prostaglandinas los cinco átomos de carbono centrales en la cadena forman un ciclo, que aparece sustituido por una o varias funciones oxigenadas. La naturaleza de este ciclo determina las distintas clases de prostaglandinas. Así, la Prostaglandina E1 tiene en el ciclo una función ceto -C=O y una función hidroxi -OH, mientras que la Prostaglandina F2α presenta dos funciones hidroxi

11 El triglicérido a la izquierda tiene dos radicales de ácido oleico y uno de ácido palmítico combinados con glicerol (la cadena vertical de carbonos); esta es una fórmula estructural típica del aceite de oliva. Los rectángulos debajo de las imágenes representan los ácidos grasos que constituyen las moléculas de los glicéridos. La imagen a la derecha es la estructura tridimensional de la triestearina, un triglicérido con tres radicales de ácido esteárico. Los átomos de oxigeno están representados en rojo, los carbonos en gris, y los hidrógenos en azul. La triestearina es un componente menor de muchas grasas naturales.

12 Grasa es un término genérico para designar varias clases de lípidos, aunque generalmente se refiere a los acilgliceridos, esteres en los que uno, dos o tres ácidos grasos se unen a una molécula de glicerina, formando monogliceridos, digliceridos y triglicéridos respectivamente. Las grasas están presentes en muchos organismos, y tienen funciones tanto estructurales como metabólicas books.google.com.co/books?isbn=

13 El tipo más común de grasa es aquél en que tres ácidos grasos están unidos a la molécula de glicerina, recibiendo el nombre de triglicéridos o triacilglicéridos. Estos son sólidos a temperatura ambiente y son denominados grasas, mientras que los que son líquidos son conocidos como aceites.

14 La palabra "lípidos" es usada para referirse a ambos tipos, líquidos y sólidos. La palabra "aceites" es usada para cualquier sustancia que no se mezcla con el agua y es grasosa, tales como el petróleo y el aceite de cocina, sin importar su estructura química. Los lípidos o grasas son la reserva energética más importante del organismo en los animales ( al igual que en las plantas son los glúcidos). Esto es debido a que cada gramo de grasa produce más del doble de energía que los demás nutrientes, con lo que para acumular una determinada cantidad de calorías sólo es necesario la mitad de grasa de lo que sería necesario de glucógeno o proteínas. Esto porque los lípidos son hidrofóbicos. El glucógeno, al ser hidrofílico, se almacena hidratado, y esto hace que ocupe un mayor volumen.

15 Necesidades diarias de lípidos Se recomienda que las grasas de la dieta aporten entre un 20 y un 30 % de las necesidades energéticas diarias. Este 30 % deberá estar compuesto por un 10 % de grasas saturadas (grasa de origen animal), un 5 % de grasas insaturadas (aceite de oliva) y un 5 % de grasas poliinsaturadas (aceites de semillas y frutos secos). Además, hay ciertos lípidos que se consideran esenciales para el organismo, como el ácido linoleico o el linolénico, que si no están presentes en la dieta en pequeñas cantidades se producen enfermedades y deficiencias hormonales. Estos son los llamados ácidos grasos esenciales o vitamina F. controlve.blogspot.com/.../vitamina-f-acidos-grasos-esenciales

16 COMPOSICIÓN PORCENTUAL EN MASA DE ÁCIDOS GRASOS EN ALGUNOS LÍPIDOS COMUNES medicina.usac.edu.gt/quimica/biomol/lipid.htm

17 1.A pesar de que al grupo de los lípidos pertenece un grupo muy heterogéneo de compuestos, la mayor parte de los lípidos que consumimos proceden del grupo de los triglicéridos 2. Están formados por una molécula de glicerol, o glicerina, a la que están unidos tres ácidos grasos de cadena más o menos larga. 3. En los alimentos que normalmente consumimos siempre nos encontramos con una combinación de ácidos grasos saturados e insaturados. 4. Los ácidos grasos saturados son más difíciles de utilizar por el organismo, ya que sus posibilidades de combinarse con otras moléculas están limitadas por estar todos sus posibles puntos de enlace ya utilizados o "saturados".

18 Esta dificultad que tienen los ácidos grasos saturados para combinarse con otros compuestos hace que sea difícil romper sus moléculas en otras más pequeñas que atraviesen las paredes de los capilares sanguíneos y las membranas celulares. Por eso, en determinadas condiciones pueden acumularse y formar placas en el interior de las arterias (arteriosclerosis).

19 CERAS Las ceras son moléculas que se obtienen por esterificación de un ácido graso con un alcohol monovalente lineal de cadena larga. Por ejemplo la cera de abeja. Son sustancias altamente insolubles en medios acuosos y a temperatura ambiente se presentan sólidas y duras Funciones biológicas Sirven de cubierta protectora en la piel, pelos, plumas y estructuras delicadas como los oídos de los animales. En las plantas las encontramos recubriendo por ejemplo las hojas y los frutos. Las abejas utilizan ceras con fines estructurales, para fabricar los panales de las colmenas.

20 FOSFOGLICÉRIDOS Son conocidos con el nombre de fosfolípidos. Poseen una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y un ácido fosfórico. Además el grupo fosfato puede llevar unida una molécula de naturaleza variable a la que llamamos resto (R), por ejemplo un alcohol.

21 Los fosfoglicéridos poseen una cabeza polar o hidrofílica constituida por el ácido fosfórico y el resto (generalmente un alcohol o base nitrogenada) y dos colas no polares o hidrofóbicas que corresponden a las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos. Por este motivo se dice que son moléculas anfipáticas. En solución acuosa éstas se ordenan formando bicapas.

22 TIPOS DE GRASAS

23 GRASAS INSATURADAS Grasas monoinsaturadas. Son las que reducen los niveles plasmáticos de colesterol asociado a las lipoproteínas LDL3 (las que tienen efectos aterogénicos, por lo que popularmente se denominan "colesterol malo"). Se encuentran en el aceite de oliva, el aguacate, y algunos frutos secos. Elevan los niveles de lipoproteínas HDL (llamadas comúnmente colesterol "bueno"). Grasas poliinsaturadas (formadas por ácidos grasos de las series, Omega-3 y omega-6). Los efectos de estas grasas sobre los niveles de colesterol plasmático dependen de la serie a la que pertenezcan los ácidos grasos constituyentes. Así, por ejemplo, las grasas ricas en ácidos grasos de la serie omega-6 reducen los niveles de las lipoproteínas LDL y HDL, incluso más que las grasas ricas en ácidos grasos monoinsaturados. Por el contrario, las grasas ricas en ácidos grasos de la serie omega3 (acido docoasahexaenoico y acido eicosapentaenoico) tienen un efecto más reducido, si bien disminuyen los niveles de triacilglicéridos plasmáticos. Se encuentran en la mayoría de los pescados azules (bonito, atún, salmón, etc.), semillas oleaginosas y algunos frutos secos (nuez, almendra, avellana, etc.).

24 Funciones de las grasas Producción de energía: la metabolización de 1 g de cualquier grasa produce, por término medio, unas 9 kilocalorías de energía. Forman el panículo adiposo que protege a los mamiferos contra el frío. Sujetan y protegen órganos como el corazon y los riñones. En algunos animales, ayuda a hacerlos flotar en el agua.

25 En su estructura química, las grasas y los aceites se diferencian por la cantidad de insaturaciones que presenten. Las grasas son compuestos saturados en hidrógeno, esto quiere decir que en su estructura molecular existen sólo enlaces simples entre carbonos y, por lo tanto, hay una máxima cantidad de hidrógenos en su estructura. Esto hace que las grasas sean sólidas a temperatura ambiente. Los aceites, en cambio, son compuestos insaturados porque en su estructura presentan enlaces dobles entre carbonos lo que hace que hayan una menor cantidad de hidrógenos que en las grasas y, por eso, los aceites se presentan en forma líquida a temperatura ambiente.

26 Son ésteres de los ácidos grasos con alcoholes de peso molecular elevado. Son moléculas que se obtienen por esterificación de un ácido graso con un alcohol monovalente lineal de cadena larga. Son sustancias altamente insolubles en medios acuosos y a temperatura ambiente se presentan solidas y duras. Ceras Son lípidos sólidos a temperatura ambiente Grasas Son lípidos que son líquidos a temperatura ambiente Aceites

27 Es una reacción química entre un acido graso (o un lípido saponificable, portador de residuos de ácidos grasos) y una base o álcali, en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho ácido y de dicha base. Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipaticos, es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar), con lo cual pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares La saponificación

28 GrasaGrasa + sosa = jabón + glicerinasosajabónglicerina Por ejemplo, los jabones son sales de ácidos grasos y metales alcalinos que se obtienen mediante este proceso. El método de saponificación en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en grandes calderas, añadiendo lentamente soda caustica (NaOH), agitándose continuamente la mezcla hasta que comienza esta a ponerse pastosa. La reacción que tiene lugar es la saponificación y los productos son el jabón y la glicerina:

29 CLASIFIACION DE LOS LIPIDOS SAPONIFICABLES SIMPLES Céridos Acilglicéridos COMPLEJOS Fosfolípidos Glucolípidos INSAPONIFICABLES Terpenos ESTER OIDES PROSTAGL ANDINAS

30 Saponificables son las grasas que se pueden volver jabón, reaccionando con un álcali. Y toda grasa saponificable es un ácido graso, y al reaccionar con el álcali, se vuelve una sal de ácido graso. No saponificables son grasas que no forman jabón al reaccionar con alcalíes... Como las vitaminas, el colesterol, los terpenos, las ceras, etc...

31 Al mezclar los ácidos grasos (principales componentes de las grasas animales y de los aceites vegetales) con una solución alcalina (hecha a partir de una mezcla de agua y un álcali), se obtiene el jabón (que será realmente suave, porque además el otro subproducto que se obtiene de esta reacción es la glicerina). Para que la saponificación se produzca es necesario agitar la mezcla de la grasa con la sosa. Si la sosa es sódica (hidróxido de sodio) se obtiene un jabón sólido y duro, si es potásica (hidróxido potásico) el jabón que se obtiene es blando o líquido (cremas jabonosas como las de afeitar).

32 Los jabones son sales sódicas o potásicas de ácidos grasos superiores (que contienen 12 o más átomos de carbono). Sus moléculas están constituidas por dos partes, una apolar, formada por una cadena larga carbonada, como si fuera una cola, que es neutra y repele el agua (hidrófoba) pero atrae a la grasa (liposoluble). La otra parte, la cabeza, es polar y está formada por un extremo iónico cargado eléctricamente que es afín al agua (hidrófila).

33 El jabón desprende la suciedad (grasa y polvo) de los tejidos (o de la piel) debido precisamente a la estructura bipolar de su molécula

34 Pompas de jabón En el caso de las burbujas de jabón el agua fluye hacia la parte inferior; lo que modifica el espesor de la película produciéndose, diferentes colores por interferencia. Cuando la película se ha adelgazado mucho no soporta la presión interna del gas y la burbuja revienta.

35 El jabón actúa como un surfactante disminuyendo la tensión superficial del agua, su acción se debe a que las cadenas de hidrocarburo de las moléculas del jabón se disuelven en sustancias poco polares, tales como gotitas de aceite o grasa y la parte iónica de la molécula es atraída por el agua.

36 Aditivos y correctores. Los jabones son productos muy desengrasantes, por lo que producirán excesiva deslipidización de la piel, con su posible consiguiente resecamiento. Por eso, entre los aditivos, suelen incorporarse reengrasantes, que devuelvan parte de las grasas a la piel. Estos pueden ser de origen animal, vegetal, sintético o semisintético. Para mejorar su aspecto, suelen llevar opacificantes, sustancias que los hacen más opacos. Y colorantes y perfumes, para aportarles color y olor agradables. El perfume es especialmente importante, caracterizando la mayor parte de estos cosméticos y llegando a suponer un componente muy abundante.

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38 Los ácidos grasos más convenientes en los jabones son el láurico, el mirístico, el palmítico y el oleico, que contienen de 12 a 18 átomos de carbono. Es evidente que los carácteres de los jabones están directamente relacionados con los ácidos grasos de las materias primas utilizadas. Los ácidos mencionados anteriormente son saturados, excepto el oleico, forman la mayor parte de la materia del sebo y del aceite de coco. Este aceite y el sebo, en relaciones de 3:1 y 4:1, se utilizan en la mayoría de los jabones fabricados para lavanderías y para el tocador. Las fórmulas dependen de la calidad deseada sobre el producto terminado.

39 CLASIFICACIÓN DE LOS JABONES Jabones duros Compuestos por sales de sodio. Ejemplos: jabones para lavar y jabones industriales. Se elaboran a partir de materia prima de bajo costo. Si su elaboración no es cuidadosa, pueden contener restos de Hidróxido de sodio. Jabones blandos Compuestos por sales de potasio. Ejemplos: jabones de tocador y cremas de afeitar Se elaboran a partir de aceites vegetales; por ejemplo aceites de coco, palma y oliva. Se refinan para liberarlos de restos de hidróxido de potasio

40 El proceso de fabricación de jabón es, a grandes rasgos, el siguiente: 1.se coloca el aceite o grasa en un recipiente de acero inoxidable, llamado paila, que puede ser calentado mediante un serpentín perforado por el que se hace circular vapor. 2.Cuando la grasa se ha fundido ±8Oº, o el aceite se ha calentado, se agrega lentamente y con agitación una solución acuosa de sosa. La agitación se continúa hasta obtener la saponificación total. 3.Se agrega una solución de sal común (NaCl) para que el jabón se separe y quede flotando sobre la solución acuosa. 4.Se recoge el jabón y se le agregan colorantes, perfumes, medicinas u otros ingredientes, dependiendo del uso que se le quiera dar. 5.El jabón se enfría y se corta en porciones, las que enseguida se secan y prensan, dejando un material con un contenido de agua superior al 25%. FABRICACIÓN DE JABÓN

41 DETERGENTES Son sustitutivos del jabón y su costo es mucho menor que el de los jabones. No están hechos a partir de grasas animales ni vegetales sino de derivados del petróleo. Los primeros detergentes sintéticos fueron descubiertos en Alemania en 1936, en lugares donde el agua es muy dura y por lo tanto el jabón formaba natas y no daba espuma. Los primeros detergentes fueron sulfatos de alcoholes y después alquilbencenos sulfonados, más tarde sustituidos por una larga cadena alifática, generalmente muy ramificada.

42 bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/.../sec_10.html El uso de los detergentes en Alemania, en agua muy dura siguieron dando abundante espuma por no formar sales insolubles con calcio y otros constituyentes de las aguas duras. Dado que los detergentes han resultado ser tan útiles por emulsionar grasas con mayor eficiencia que los jabones, su uso se ha popularizado, pero, contradictoriamente, han creado un gran problema de contaminación, ya que muchos de ellos no son degradables.. Para evitar esto, se han hecho esfuerzos por sustituir la cadena lateral (R) ramificada por una cadena lineal, la que si sería biodegradable

43 Jabón R-COO - Na + Detergente R-OSO 3 - Na + Aunque los detergentes sintéticos varían considerablemente en cuanto a sus estructuras, sus moléculas tienen una característica común que comparten con el jabón ordinario: tienen una cadena apolar muy larga, soluble en grasas, y un extremo polar, soluble en agua.

44 Los detergentes son semejantes a los jabones porque tienen en su molécula un extremo iónico soluble en agua y otro extremo no polar que desplaza a los aceites. Los detergentes tienen la ventaja, sobre los jabones, de formar sulfatos de calcio y de magnesio solubles en agua, por lo que no forman coágulos al usarlos con aguas duras. Además como el ácido correspondiente de los sulfatos ácidos de alquilo es fuerte, sus sales (detergentes) son neutras en agua

45 Los detergentes actuales contienen diferentes aditivos: Agente tensioactivo o "surfactante": Es el componente que tiene una función similar al del jabón. Tiene propiedades humectantes, detergentes y emulsionantes. Facilita la tarea del agua al conseguir que esta moje mejor los tejidos, lo que a su vez incrementa la actividad de las enzimas. Además, tiene propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas y juegan un rol clave en la remoción de suciedad. Un buen surfactante reemplaza a las lipasas en la remoción de lípidos y grasas. Los detergentes actuales contienen diferentes aditivos: Agente tensioactivo o "surfactante": Es el componente que tiene una función similar al del jabón. Tiene propiedades humectantes, detergentes y emulsionantes. Facilita la tarea del agua al conseguir que esta moje mejor los tejidos, lo que a su vez incrementa la actividad de las enzimas. Además, tiene propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas y juegan un rol clave en la remoción de suciedad. Un buen surfactante reemplaza a las lipasas en la remoción de lípidos y grasas.

46 Agentes coadyuvantes: Ayudan al agente tensioactivo en su labor. Entre ellos se encuentran componentes que ablandan el agua y permiten lavar en aguas duras; otros que evitan la reposición de la suciedad manteniéndola en suspensión, y otros que blanquean manchas obstinadas.

47 Agentes auxiliares: Incluye componentes que evitan que el polvo se adhiera, sustancias que contrarrestan la tendencia de la ropa a ponerse amarilla; estabilizadores de espuma, colorantes, perfumes y enzimas que rompen las moléculas de proteínas, lípidos, almidones, eliminando manchas de restos orgánicos como leche, sangre, aceites, etc

48 Las enzimas forman parte de la formulación de los detergentes. Las enzimas usadas en los detergentes de lavado de ropa actúan sobre los materiales que constituyen las manchas, facilitando la remoción de estos materiales y de forma más efectiva que los detergentes convencionales. Simulación por ordenador: una enzima de detergente (roja) ataca la suciedad (amarilla) presente en la fibra de una tela (gris)

49 Una molécula de enzima puede actuar sobre muchas moléculas de sustrato (leche, sangre, barro), por lo cual una cantidad pequeña de enzima agregada a un detergente de lavado proporciona un beneficio grande en la limpieza. La concentración de enzimas en la formulación de un detergente es mínima (menos del 1 % del volumen total)

50 Una gran cantidad de detergentes son arilalquilsulfonatos de sodio que tienen como fórmula general, R-C 6 H 4 -SO 3 Na, es decir, son sales de ácidos sulfónicos aromáticos con una cadena alquílica larga. Si la cadena es ramificada no pueden ser degradados por los microorganismos, por lo que se dice que son persistentes, y causan grandes problemas de contaminación. Los arilalquilsulfonatos que tienen cadenas lineales son biodegradables.

51 Es la cantidad en miligramos de un alcali, específicamente de hidróxido de potasio, que se necesita para saponificar un gramo de determinado aceite o grasa. Sin embargo, habitualmente en la fabricación de jabones, el álcali que se utiliza es el hidróxido de sodio. Por otra parte, este índice de saponificación varía para cada grasa o aceite en particular. Para conocer estas cantidades habría que realizar complejos cálculos, que se simplifican con las tablas de saponificación existentes. ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN

52 Tabla de índice de saponificación: ( mg. de hidróxido de sodio por gr. de grasa ) 0,134 Aceite de oliva 0,135 Aceite de soja 0,190 Aceite de coco 0,136 aceite de maíz 0,141 Aceite de palma0,133 Aceite de Sésamo 0,134 Aceite de girasol0,069 Aceite de Jojoba 0,128 Aceite de ricino0.132 Aceite de germen de trigo 0,136 Aceite de almendras0,069 Cera de abejas 0,133 Aceite de aguacate0,137 Manteca de cacao

53 SAPONINAS Antes de que el hombre creara la gran industria del jabón se usaban jabones naturales llamados saponinas (nombre derivado del latín sapo, jabón). Muchas raíces y follaje de plantas tienen la propiedad de hacer espuma con el agua, por lo que se han utilizado desde la Antigüedad para lavar ropa. Las saponinas se han usado también como veneno de peces, macerando en agua un poco del órgano vegetal que lo contiene, con la ventaja de que los peces muertos por este procedimiento no son tóxicos.

54 SAPONINAS Camelia, semillas, hojas y flores. T. Saponina Polvo % T. saponina es la materia prima que se extrae de las semillas de camelia con procesos de tecnología. Es un excelente producto natural no iónico activo y con caracteres biológicos tensioactivos. Características: surfactantes. Reducción de la tensión superficial, formación de espuma persistente, emulsificación de grasas y aceites. ccbolgroup.com/home1.html

55 Saponaria officinalis es el nombre científico de la planta conocida popularmente, como hierba jabonera, por sus propiedades jabonosas. De hecho el nombre saponaria, alude a su capacidad para hacer jabón, debido a su alto contenido en glucósidos, que en contacto con el agua, producen espuma. Sin embargo, no es esta hierba, la única que contiene este tipo de sustancias, llamadas saponinas. También están presentes en otras plantas como el ginseng. la alfalfa, el aloe y la yuca, entre muchas más. Las propiedades detergentes de las saponinas han sido utilizadas para lavar, desde tiempos remotos. Obviamente, el jabón obtenido es un jabón líquido, lo que no afecta su poder limpiador.

56 Fórmula de jabón sin sosa cáustica de saponaria Ingredientes Raíz de saponaria, 50 grs Hojas de Salvia, 1 cda hojas de Romero, 1 cda hojas de Abrotano, 1 cda agua, 1 litro Preparación 1.Coloca las hierbas en un recipiente. 2.Hierve el agua y vierte sobre las hojas y la raíz de saponaria. 3.Tapa y deja reposar 45 minutos, antes de colar y envasar 4.Esta receta no sólo asegura la higiene de tu piel, sino que además la protege, porque es mucho más suave, que el jabón habitual.

57 Los compuestos orgánicos son en general sustancias de constitución simple, porque se forman por moléculas con un número muy reducido de átomos. La polimerización es una reacción química realizada mayormente en presencia de un catalizador que se combina para formar moléculas gigantes. Los Polímeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes

58 Son sustancias orgánicas de origen artificial de alto peso molecular que puede alcanzar millones de UMAs y están formadas por la suma de moléculas de bajo peso molecular, denominados MONÓMEROS unidos entre si por enlaces covalentes LOS POLIMEROS

59 Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes. Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman también polímeros, llamados polímeros inorgánicos

60 Las siliconas son compuestos que presentan la fortaleza e inercia del enlace silicio-oxígeno junto con alguna de las propiedades de los polímeros orgánicos. Las siliconas son polímeros de fórmula general (R 2 SiO). en donde R es un radical orgánico. Se pueden formar polímeros con cadenas entrecruzadas como polímeros cíclicos. Se representa la estructura típica de una silicona de cadena.

61 Estos compuestos poseen unas propiedades muy útiles. La presencia de los grupos hidrocarbonados en las siliconas hacen que sea una sustancia hidrófuga, siendo muy utilizadas en tejidos impermeables para evitar la humedad.

62 Las siliconas son también muy buenos aislantes eléctricos. En la construcción permiten aislar y restaurar edificios y monumentos. Las metilsiliconas se emplean en cirugía ya que son biológicamente inertes y, además, no provocan la coagulación de la sangre ni se adhieren sobre los tejidos corporales. El primer implante de silicona se hizo en 1955, colocando un bypass en un niño. En 1961 se empezó a estudiar su uso en implantes de mama. Se usan también en cosmética (cremas anti solares y de afeitar, dentífricos, lacas, etc.) y en imprenta (soporte etiquetas adhesivas)

63 El Metano (CH 4 ), propano (C 2 H 2 ) y etileno (C 2 H 4 ), son algunos ejemplos de moléculas monoméricas. No todos los monómeros son aptos para realizar el proceso de polimerización que permite enlazar en cadena diversos monómeros idénticos. Los termoplásticos para ser conformados precisan de la aplicación previa al enfriamiento que les confiere la forma definitiva

64 Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituídos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. En general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases.

65 La unión de esta gran cantidad de moléculas pequeñas origina enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, como las ramas de un árbol. Algunas se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales. Por la complejidad estructural de estos compuestos químicos, existen diferentes formas de clasificarlos. Los criterios comúnmente utilizados para esto son: (I) el origen, (II) la forma de obtención, (III) la estructura y (IV) las relaciones entre las macromoléculas que forman el polímero.

66 Los polímeros pueden ser cristalinos o amorfos. Los cristalinos son perfectamente ordenados Los amorfos por el contrario las cadenas poliméricas Forman una masa Completamente enredada

67 Suelen alinearse estando completamente extendidos, como si fueran una prolija pila de maderos. Pero no siempre pueden extenderse en línea recta. Pero qué tipo de ordenamiento suelen formar los polímeros? Muy pocos polímeros logran hacerlo, y esos son el Polietileno de peso molecular ultra alto, y las aramidas como el Kevlar y el Nomex. La mayoría de los polímeros se extienden sólo una corta distancia para luego plegarse sobre sí mismos.

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69 En el caso del polietileno, las cadenas se extienden alrededor de 100 ángstrom antes de plegarse. Los polímeros forman apilamientos a partir de esas cadenas plegadas. Aquí debajo hay una figura representando uno de esos apilamientos, llamado lamella.

70 Un polímero cristalino tiene en realidad dos componentes. La porción cristalina que está en la lamella y la porción amorfa, fuera de la lamella. Si observamos la figura ampliada de una lamella, veremos cómo están dispuestas las porciones cristalina y amorfa.

71 Como puede observarse, una lamella crece como los rayos de una rueda de bicicleta, desde un núcleo central como fibrillas lamellares En una porción de polímero cristalino, existen varios millones de esferulitas Como puede verse también en la figura, una única cadena polimérica puede formar parte tanto de una lamella cristalina como de una porción amorfa. Alguna cadenas incluso comienzan en una lamella, atraviesan la región amorfa y finalmente se unen a otra lamella. Dichas cadenas reciben el nombre de moléculas vínculo.

72 Por lo tanto, ningún polímero es completamente cristalino. La cristalinidad Hace Que los materiales sean resistentes pero también Quebradizos. Un polímero totalmente cristalino Seria demasiado quebradizo Como para ser empleado como plástico Las regiones amorfas le confieren dureza a un Polimero, es decir, la Habilidad de poder plegarse sin romperse

73 Pero para fabricar fibras, deseamos que nuestros polímeros sean lo más cristalinos posible. Esto es porque una fibra es en realidad un largo cristal

74 Muchos polímeros presentan una mezcla de regiones amorfas y cristalinas, pero algunos son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos. Aquí hay algunos de los polímeros que tienden hacia dichos extremos: Algunos Polímeros Altamente Cristalinos: Algunos Polímeros Altamente Amorfos: PolipropilenoPoli(metil metacrilato) Poliestireno sindiotácticoPoliestireno Atáctico NylonPolicarbonato Kevlar y NomexPoliisopreno PolicetonasPolibutadieno

75 Pero por qué algunos polímeros son altamente cristalinos y otros son altamente amorfos? Existen dos factores importantes, la estructura polimérica y las fuerzas intermoleculares.estructura polimérica fuerzas intermoleculares La estructura de un polímero afecta en gran medida a la cristalinidad. Si es regular y ordenada, el polímero se empaquetará fácilmente en forma de cristales. De lo contrario, no.

76 Por ejemplo el poliestireno que es de 2 clases:

77 Las fuerzas intermoleculares pueden ser de gran ayuda para un polímero que quiera formar cristales. Un buen ejemplo es el nylon. En la figura puede verse que los grupos polares amida de la cadena principal del nylon 6,6, se encuentran fuertemente unidos entre sí a través de sólidos enlaces por puente de hidrógeno. Esta unión tan fuerte mantiene juntos a los cristales.

78 Los grupos polares éster, forman cristales resistentes. A su vez, los anillos aromáticos tienden a apilarse de un modo ordenado, haciendo aún más resistente a los cristales.

79 De acuerdo al origen, existen tres tipos de polímeros: Naturales, Artificiales y Sintéticos. Los polímeros Naturales son aquéllos que se encuentran disponibles en la naturaleza. 1.La celulosa, que se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas y se emplea para hacer telas y papel. 2.La lana, proteína del pelo de las ovejas, es otro ejemplo. 3.El hule de los árboles de hevea (Brasil) y de los arbustos de Guayule (México), son también polímeros naturales importantes.

80 Tipos de polímeros Según su composición: –Homopolímeros Un sólo monómero –Copolímeros Dos o más monómeros Según su estructura: –Lineales –Ramificados Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios. Por su comportamiento ante el calor: –Termoplásticos Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. –Termoestables Se endurecen al ser enfriados de nuevo por formar nuevos enlaces.

81 Los polímeros artificiales son aquéllos naturales que han sido modificados por el ser humano, como es el caso de la nitrocelulosa y el caucho vulcanizado. Los polímeros sintéticos corresponden a polímeros producidos totalmente por el hombre; no presentan análogos naturales. Tal es el caso, por ejemplo, de polietileno, teflón y nylon, entre muchos otros. La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas.

82 POLIMEROS Frecuentemente reciben el nombre de plásticos por que pueden ser moldeados o remodelados Los que se obtienen industrialmente son los que se conocen como plásticos, éstos también pueden ser llamados homopolímeros, que se producen cuando el polímero formado por la polimerización de monómeros iguales.

83 Propiedades de los polímeros sintéticos Plásticos. –Termoplasticos: se moldean en caliente de forma repetida. –Termoestables: una vez moldeados en caliente, quedan rígidos y no pueden volver a ser moldeados. Fibras. –Se pueden tejer en hilos (seda). Elastómeros. –Tienen gran elasticidad por lo que pueden estirarse varias veces su longitud (caucho).

84 Los materiales termoplásticos pueden ser recalentados y reformados varias veces sin cambios significativos en sus propiedades. Deben su nombre a que se ablandan y plastifican. Su estructura molecular es mayoritariamente lineal, con o sin ramificaciones. Las moléculas están enlazadas unas con otras, pero sin reticulaciones El Metacrilato es un polímero termoplástico amorfo que se puede encontrar en dos formatos, extruido y en colada.

85 Los termoplásticos tienen la capacidad de convertirse en fluidos al alcanzar determinada temperatura, y mantener la forma adquirida una vez restituida la temperatura ambiente. Y es amorfo por que al enfriar su estructura molecular se agrupa de forma anárquica, con una contracción del material constante en las 3 dimensiones. Por contra, los termoplásticos cristalinos al enfriar cristalizan, por lo que tienden a ocupar el menor espacio posible y se contraen mas en el sentido del flujo que en transversal. El ser amorfo le confiere mayor transparencia. METACRILATO es una palabra que se compone de META y ACRILATO

86 Policarbonato Al igual que el metacrilato, el policarbonato tambien es un termoplástico amorfo con unas caracteristicas parecidas pero no iguales. Es mas resistente y se puede doblar en frio, pero es menos transparente y normalmente solo se encuentra en espesores de menos de 5 mm, ademas de que es mas caro. El Policarbonato se compone de monómeros formados por una molécula de Bisfenol A (la misma que se usa para fabricar resinas de epoxi) y un grupo de carbonato, sea lo que sea lo que eso significa.

87 El policarbonato se usa habitualmente en la fabricación de CDs, Claraboyas, lentes para gafas o en cristales antibalas y escudos para las fuerzas antidisturbios. Ojo, las cajas de los CDs NO son de policarbonato, son de otro tipo de plástico mucho mas débil y barato llamado Poliestileno (PS). Los disolventes que actúan sobre el policarbonato son el cloruro de metileno (diclorometano), el cloroformo (triclorometano), 1,2-dicloroetileno, tetracloroetano y clorobenceno. También disuelven en tetrahidrofuran como el metacrilato. El Bis fenol A se disuelve en Acetona y Benceno.

88 Los termoestables se fabrican de manera permanente por reacciones químicas, no se pueden refundir ni almacenar, y se degradan por calentamiento a elevadas temperaturas. En general son duros y rígidos aún a temperaturas elevadas. Existen numerosas reticulaciones entre cadenas

89 Los elastómeros o gomas reciben una mención especial dentro de los materiales conformados de forma permanente por las extraordinarias deformaciones elásticas que experimentan al aplicar una fuerza sobre ellos, pudiendo recuperar su forma original totalmente o casi totalmente cuando cesa la fuerza. Su estructura es reticulada pero en menor extensión que en los materiales termoestables.

90 Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados. Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente insolubles en los solventes más usuales.

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92 Polímeros de Adición Se genera esta polimerización cuando un catalizador inicia una reacción, rompiendo uniones dobles de carbono, en los monómeros, y luego estos se unen debido a otros electrones libres, formando así, nuevas uniones hasta que la reacción termina. Polímeros formados por etapas Ocurre a la medida de que se van agregando nuevos monómeros gradualmente, siempre y cuando haya espacio disponible para estos, algunos de estos no forman no liberan moléculas pequeñas pero si se llegan a formar gradualmente, como los poliuretanos.

93 Reacción de adición Iniciación: CH 2 =CHCl + catalizador ·CH 2 –CHCl· Propagación o crecimiento: 2 ·CH 2 –CHCl··CH 2 –CHCl–CH 2 –CHCl· Terminación: –Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

94 Polímeros de adición MONÓMEROS –Eteno –Propeno –cloroeteno –tetraflúoreteno –propenonitrilo –butadieno –fenileteno –2-clorobutadieno POLÍMEROS –Polietileno –Polipropileno –policloruro de vinilo –teflón –poliacrilonitrilo –polibutadieno –poliestireno –neopreno

95 Estructura y usos de algunos polímeros de adición MONÓMEROPOLÍMERO USOS PRINCIPALES CH 2 =CH 2 –CH 2 –CH 2 –CH 2 –CH 2 – Bolsas, botellas, juguetes... etileno polietileno CH 2 =CHCl –CH 2 –CHCl–CH 2 –CHCl– Ventanas, sillas, aislantes cloruro de vinilopolicloruro de vinilo CF 2 =CF 2 –CF 2 –CF 2 –CF 2 –CF 2 – Antiadherente, aislante. tetraflúoretileno PTFE (teflón)

96 Principales polímeros de condensación Homopolímeros: –Polietilenglicol –Siliconas Copolímeros: –Poliésteres –Poliamidas Los Polímeros de condensación forman polímeros con pérdida simultánea de una pequeña molécula, como la del agua, la del monóxido de carbono o del cloruro de hidrógenoaguacarbono

97 Los productos de descomposición de los polímeros de condensación no son idénticos a los de las unidades respectivas de polímero. Así la polimerización de glucosa la celulosa, un polímero natural, va acompañado por pérdida de agua y la celulosa es un polímero típico de condensación.

98 Polímeros de condensación: Polietilenglicol Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre 2 grupos (OH) formándose puentes de oxígeno. CH 2 OH–CH 2 OHetanodiol (etilenglicol) CH 2 OH–CH 2 –O–CH 2 –CH 2 OH + H 2 O...–O–CH 2 –CH 2 –O–CH 2 –CH 2 –O... (polietilenglicol)

99 Polímeros de condensación: Siliconas Proceden de monómeros del tipo R 2 Si(OH) 2 Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.

100 Copolímeros de condensación: Poliésteres Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido) Forman tejidos. El más conocido es el tergal formado por ácido tereftálico (ácido p-benceno dicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol).

101 Copolímeros de condensación: Poliamidas Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas. Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6 formado por la copolimerización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina

102 También se puede hacer la clasificación según su composición química. 1.- Polímeros orgánicos Estos poseen en la cadena principal átomos de carbono 2.- Polímeros vinílicos Únicamente y exclusivamente su cadena principal esta formada por átomos de carbono. 3.- Polímeros orgánicos no vinílicos En su cadena principal, además de carbono, presentan oxigeno o nitrógeno.

103 También se pueden clasificar según sus aplicaciones, dependiendo de su clasificación y usos finales. 1.- Elastómeros Tienen muy poca elasticidad, y mucha extensibilidad, lo que quiere decir que se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo, pero se recuperan rápidamente a lo que este termina. 2.- Plásticos Estos polímeros ante un esfuerzo mayor, se deforman irreversiblemente. Este concepto se usa muy erradamente, cuando las personas se refieren a los polímeros en su totalidad.

104 Y por ultimo se puede hacer una nueva clasificación según como se comportan al elevar su temperatura, dependiendo si fluyen o se funden al elevarlos a una temperatura muy elevada. 1.- Termoplásticos Son los que fluyen al ser expuestos a elevadas temperaturas, es decir se vuelven líquidos y luego se endurecen al enfriarlos. Entre los termoplásticos encontramos polietieno, polipropileno y PVC. 2.- Termoestables Estos son los que no fluyen al calentarlos, y cuando se calientan, se descomponen químicamente, en vez de fluir.al tener muchos entrecruzamientos entre sus moléculas, impiden que fluyan. La clasificación termoplásticos- termoestables es independiente de la clasificación elastómeros - plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables

105 3.- Fibras Son muy elásticos, pero muy poco extensibles. Básicamente los utilizan para confeccionar telas que mantienen su forma. 4.- Recubrimientos son líquidos generalmente que se adhieren a otra superficie de algún otro material para otorgarles una nueva propiedad. 5.- Adhesivos Combinan adhesión y cohesión, lo que permite que se una a otro cuerpo por contacto superficial.

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108 BIO- POLIMEROS Macromoléculas sintetizadas por un proceso biológico. Función: textura Naturales: exudados de plantas, extractos de algas, las semillas, cereales, los extractos de plantas, de origen animal y de origen microbiano Semi- sintéticos: Celulosas modificadas, almidones modificados, pectinas modificadas, alginato de propilenglicol Sintéticos: PVP (única aprobada para su empleo en alimentos)

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110 DEXTRANOS PRODUCCION Por fermentacion de la caña de azucar (Sacarosa) Son importantes como sustitutos del plasma sanguineo y tambien se usan en la produccion de alimentos. Tienen estructuras variadas y PM entre 15,000 y 500,000.

111 XANTANOS Polímero de alta viscosidad (PM aprox. 2,000,000) Estable en condiciones físicas y químicas extremas con propiedades físicas similares a un plástico. Sus propiedades físicas permiten su uso como agente estabilizante, emulsificante y espesante (bebidas, jugos de fruta y aderezos de ensaladas, pasta de dientes,etc )

112 GELANOS Son producidos por Pseudomonas eloidea. Tienen caracteristicas visco-elasticas. Produccion maxima: 12 g/L. UGP TGP

113 FACTORES QUE REGULAN LA BIOSINTESIS DE POLISACARIDOS 1- CONCENTRACION DE O2 * LA OXIDACION DE LOS ALCOHOLES Y AZUCARES * REOXIDACION DE NUCLEOTIDOS ( LOS MICROORGANISMOS SON AEROBIOS)

114 2- RELACION C/ N (10:1) La biosíntesis de los heteropolisacaridos es comparable a la de los componentes de la pared celular: 1- Fosforilación del azúcar 2- Formación del di nucleótido fosfato-azúcar vía glucosa fosfato +TNP 3-Transformación de la glucosa a otro azúcar (ácidos, etc.). 4- Secreción de los monómeros (acoplados a una unidad lipidica isoprenoide) 5-Polimerización en el exterior de la membrana celular para realizar el alargamiento y terminación de la síntesis. 6- Degradación de los polímeros por secreción de enzimas

115 Polímeros Semisintéticos Estos polímeros se obtiene a través de la transformación de los polímeros naturales, en esta clasificación encontramos la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc. Polímeros Naturales En la naturaleza hay muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas poliméricas, como son las proteínas, los ácidos nucleiclos, entre otros que existen Polímeros sintéticos Estos se obtiene a partir de los monómeros, en esta clasificación encontramos el nylon, el poliestireno, el cloruro de polivinilo, etc.


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