Existen sustancias cuyas moléculas son auténticas moléculas gigantes, formadas por miles e incluso millones de átomos. Tales moléculas no forman nunca una unidad, sino que son el resultado de la unión de muchísimas unidades simples, siendo esta unión fácil de romper, a veces, por un simple calentamiento de la sustancia.

El primer caso de síntesis de moléculas gigantes ocurrió de forma accidental en un experimento realizado por el químico germano-suizo Christian Friedrich Schönbein (1799-1868). Este químico, trabajando con una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico, observó que al intentar secar en la estufa el tejido con el que limpió parte de la mezcla que se había derramado, se producía una detonación, al mismo tiempo que la tela desaparecía. Había descubierto un explosivo.

Analizando el proceso, llegó a la conclusión de que los grupos nitro del ácido nítrico habían actuado como una fuente interna de oxígeno que, con el calor, habían oxidado completamente la celulosa del tejido. A la sustancia explosiva formada la llamó nitrocelulosa.

Unos años después se descubrieron dos nuevos explosivos: la nitroglicerina, en 1847, y la dinamita, en 1866, sustancias ambas que, a diferencia de la nitrocelulosa, no están formadas por moléculas gigantes.

Por otra parte, todas las sustancias formadas por moléculas gigantes o macromoléculas no son siempre explosivas. Incluso la misma celulosa parcialmente nitrada o piroxilina resulta ser una sustancia de manejo mucho más seguro y con importantes aplicaciones industriales.

El americano John Weshley Hyatt trabajó con la piroxilina en un intento de ganar el concurso para sustituir el marfil en la construcción de las bolas de billar. Ganó el concurso, hacia 1869, al obtener el celuloide disolviendo piroxilina en una mezcla de alcohol y éter y añadiéndole alcanfor. El celuloide fue el primer plástico sintético, es decir, el primer material sintético capaz de ser moldeado.

Quince años más tarde, Ghardonnet patentó el rayón, hilo sacado de la piroxilina, que podía tejerse dando un material que tenía la textura de la seda. Al mismo tiempo, George Eastman utilizó el celuloide, en forma de película, para sustituir el vidrio plano que se utilizaba en las máquinas fotográficas. Este mismo inventor llegó, más tarde, en 1924, al descubrimiento de la película de acetato de celulosa, producto que, siendo plástico, es mucho menos inflamable que la piroxilina que venía utilizándose.

Polímeros sintéticos

Desde el descubrimiento del primer material plástico, obtenido a partir de la celulosa, los químicos abordaron la tarea de obtener por síntesis otras moléculas gigantes como las que existían en la naturaleza. Partían de moléculas pequeñas, a las que llamaban monómeros, y por un proceso de polimerización llegaban a una molécula gigante o polímero. Actualmente se ha llegado a tal perfección que los polímeros pueden producirse casi por encargo, cumpliendo propiedades especificadas de antemano.

La producción industrial de polímeros sintéticos se ha incrementado enormemente en los últimos decenios, y productos como plásticos, resinas, elastoplásticos y fibras han invadido los campos donde antes se utilizaban productos naturales como metales, madera, algodón o seda. Frente a éstos, los polímeros presentan las siguientes ventajas:

• Tienen una gran inercia química y, en consecuencia, no son atacados ni por los ácidos ni por las bases ni por los agentes atmosféricos.
• Son muy resistentes a la rotura y al desgaste.
• Tienen una gran elasticidad.
• Se tiñen fácilmente en todos los colores.
• Son poco densos.
• Se obtienen fácilmente y son relativamente baratos.

La siguiente tabla muestra distintos tipos de enlace que se presentan en monómeros que, por un proceso de polimerización, dan lugar a macromoléculas naturales o sintéticas:
 

Enlaces en la molécula fundamental (monómero)		Ejemplos
Clase de enlace	Símbolo	Sintéticos	Naturales
Enlace C—C		Polietileno Caucho	Caucho
Enlace de éster		Fibras de poliéster	Ácidos nucleicos
Enlace de amida		Fibras de poliamida (nilón, perlón)	--
Enlace de uretano		Poliuretanos	--
Enlace de éter		Polímeros de formaldehído	Celulosa, almidón

 

Formación de polímeros

La síntesis de polímeros a partir de moléculas más sencillas o monómeros (polimerización) puede ocurrir de dos formas: por policondensación y por poliadición.

Policondensación

En la policondensación, al unirse los monómeros se elimina una molécula sencilla, como puede ser el agua o el amoniaco.

Ejemplo: condensación entre moléculas de glicol (etano-diol) para formar polietilenglicol.

La policondensación se produce entre monómeros con cadenas saturadas y que contienen por lo menos dos grupos activos, uno en cada extremo (bifuncionales). Entonces se obtienen macromoléculas en forma de fibras, como el naylon. Los monómeros también pueden tener tres grupos activos (trifuncionales), obteniéndose en este caso macromoléculas en forma de red tridimensional, como las que se encuentran en las resinas sintéticas.

Poliadición

La poliadición se produce entre monómeros con enlaces dobles o triples. Al igual que en el caso anterior, en el monómero debe haber, como mínimo, dos enlaces no saturados, pues si sólo hay uno, no se produce polimerización. Cuanto mayor es el grado de insaturación del monómero, más fácilmente se polimeriza. El mecanismo de la polimerización por adición comprende dos etapas:

1.) Apertura del enlace no saturado y formación de un radical mediante la absorción de energía.

2.) Reacción de adición del radical con otro monómero, formándose un nuevo radical y repitiéndose el proceso.

Al unirse dos moléculas de isopreno se rompe uno de los dobles enlaces de la primera y se reorganizan los átomos dando la siguiente molécula:

De la misma manera, a partir de n moléculas de isopreno se forma el caucho:

Las sustancias con macromoléculas de cadena lineal son, generalmente, fáciles de moldear cuando se calientan. Se llaman, por esta razón, termoplásticas. Por el contrario, las sustancias con macromoléculas tridimensionales tienen gran resistencia a reblandecerse por el calor. Se dice que son sustancias termoestables.

Algunos polímeros importantes

La siguiente tabla muestra algunos otros polímeros importantes de gran trascendencia en la industria actual:
 

Nombre científico	Fórmula de la molécula fundamental	Propiedades y aplicaciones
Polietileno		Aisladores eléctricos. Muy resistentes a los productos químicos; se usa en la fabricación de envases.
Poliestireno		Transparente como el vidrio. Artículos de consumo: electrotecnia,   lentes ópticas, lacas.  Soluble en benceno
Cloruro de polivinilo		Polvo blanco muy duro. Artículos prensados, masillas, aislamientos de cables, tubos, mangueras. Recubrimientos sobre  tejidos y papel.
Politetrafluoreteno		Masa blanca y dura difícil de trabajar y muy resistente a los reactivos químicos. Tubos, masillas, recubrimientos antiadherentes.
Ésteres del ácido poliacrílico		Transparente como el vidrio y parecido a la goma. Blando, pastoso. Impregnaciones, pegamentos.
Ésteres del ácido polimetacrílico		Transparente como el vidrio,  duro y frágil. Varillas, tubos, ventanas laterales y posteriores de los coches, lentes de gafas.
Poliacrilonitrilo		Fibras artificiales análogas a la lana. Muy estables y resistentes.