Química Peso Molecular

Química
Peso Molecular
¿Una página entera dedicada al peso molecular? Podría parecer un poco extraño
tener una página sobre peso molecular, pero para los polímeros, el peso molecular
es distinto que para las moléculas pequeñas. Y estamos hablando de algo más del
hecho de que los polímeros tengan elevados pesos moleculares. Vamos a
explicarlo:
Consistencia
Pensemos en una molécula pequeña, por ejemplo, hexano. El hexano tiene un peso
molecular de 86. Cada molécula de hexano tiene un peso molecular de 86. Si
agregamos otro carbono y los correspondientes hidrógenos a nuestra cadena,
habremos incrementado el peso molecular a 100.
¡Pero la molécula ya no es hexano, sino heptano! Si tenemos una mezcla de
algunas moléculas de hexano con otras de heptano, la misma no se comportará
como si fuera de hexano o heptano puros. Las propiedades de la mezcla, como por
ejemplo su punto de ebullición, presión de vapor, etc., no serán las mismas a la del
hexano puro ni el heptano puro.
Pero los polímeros son distintos. Consideremos al polietileno. Si tenemos una
muestra de polietileno y algunas de las cadenas tienen 50.000 átomos de carbono y
otras tienen 50.002 átomos de carbono, esta pequeña diferencia no tendrá ningún
efecto. Para ser sinceros, uno casi nunca encuentra una muestra de un polímero
sintético en el cual todas las cadenas tengan el mismo peso molecular. En lugar de
eso, generalmente tenemos una curva en forma de campana, una distribución de
pesos moleculares. Algunas de las cadenas poliméricas serán mucho más grandes
que otras, en la parte elevada de la curva. Otras serán mucho más pequeñas, en la
parte achatada de la curva. El número más grande quedará agrupado alrededor de
un punto central, es decir, el punto más alto de la curva.
Por lo tanto, cuando nos referimos a los polímeros, debemos hablar de pesos
moleculares promedio. Y la cosa no termina aquí. El promedio puede ser calculado
de diferentes maneras, y cada una tiene su propio valor. Así que hablemos un poco
de estos promedios, ¿por qué no?
El Peso Molecular Promedio en Número, Mn
El peso molecular promedio en número no es muy difícil de entender. Es solamente
el peso total de todas las moléculas poliméricas contenidas en una muestra,
dividido por el número total de moléculas poliméricas en dicha muestra.
El Peso Molecular Promedio en Peso, Mw
El peso promedio es un poco más complicado. Está basado en el hecho de que una
molécula más grande contiene más de la masa total de la muestra polimérica que
las moléculas pequeñas.
Demografía
Una buena manera de comprender la diferencia entre el peso molecular promedio
en número y el peso molecular promedio en peso, es comparando algunas ciudades
norteamericanas.
Consideremos cuatro ciudades, por ejemplo, Memphis, Tennessee; Montrose,
Colorado; Effingham, Illinois; y Freeman, South Dakota. Observemos su población.
Ahora calculemos la población promedio en las cuatro ciudades:
Vemos que la población promedio de estas cuatro ciudades es 180.875.
Pero podríamos verlo de otra forma. Hasta ahora nos hemos preocupado por "la
ciudad promedio". ¿Qué población tiene "la ciudad promedio"? Pero dejemos de
lado las ciudades por un momento y pensemos en los habitantes. ¿Cuál sería la
población de la ciudad donde viviera el promedio de habitantes de las cuatro
ciudades?
Si usted observa los números, podrá ver que el promedio de habitantes no vive en
una ciudad que tenga una población de 180.000. La mayoría de la gente de las
poblaciones combinadas de las cuatro ciudades vive en Memphis, ciudad que tiene
mucho más de 180.000 personas. Entonces, ¿por qué calculamos la población de la
ciudad en la que vive el promedio de habitantes, si eso no funciona?
Lo que necesitamos es un promedio en peso. Es decir, un promedio que tenga en
cuenta el hecho de que una gran ciudad como Memphis tendrá mayor porcentaje
del total de la población de las cuatro ciudades, que por ejemplo, Montrose,
Colorado. Hacer ésto implica desarrollar un poco de matemática, que parece
temible, pero no es para tanto. Todo lo que tenemos que hacer es tomar la
población total de cada ciudad y luego multiplicar ese número por la fracción de la
población total de esa ciudad. Tomemos todos los resultados que obtenemos para
cada ciudad y sumémoslos. Así obtendremos un resultado que llamaremos la
población promedio en peso de las cuatro ciudades.
Avancemos un poco sobre esto para mostrar lo que queremos decir. Consideremos
Memphis, que tiene una población de 700.000. La población total de nuestras
cuatro ciudades es 723.500. De modo que la fracción de habitantes que viven en
Memphis es...
...0,9675, o bien podríamos decir que el 96,75% de los habitantes viven en
Memphis. Ahora tomemos nuestra fracción, 0,9675 y multipliquémosla por la
población de Memphis:
Y obtenemos un resultado de 677.273,3. Ahora hagamos lo mismo con las demás
ciudades y sumemos los resultados:
Así, nuestra población promedio en peso de las cuatro ciudades es de alrededor de
677.600. Con este cálculo, podemos decir que el promedio de habitantes vive en
una ciudad de aproximadamente 677.600. Esto es más creíble que decir que el
promedio de habitantes vive en una ciudad de 180.000.
Con los polímeros hacemos exactamente lo mismo. Calculamos, por medio de la
misma fórmula que empleamos para la población promedio en peso de nuestras
cuatro ciudades, el peso molecular promedio en peso.
El Gráfico Se Complica: Peso Molecular Promedio en Viscosidad,Mv
El peso molecular también puede calcularse a partir de la viscosidad de una
solución polimérica. El principio es muy simple: las moléculas poliméricas más
grandes forman una solución más viscosa que las moléculas pequeñas.
Obviamente, el peso molecular obtenido por medición de la viscosidad, es distinto
al peso molecular promedio en número o en peso. Pero se acerca más al promedio
en peso que al promedio en número. Para leer algo más sobre cómo medimos el
peso molecular promedio en viscosidad, visite la página de viscosimetría de una
solución diluida.
Distribución
Teniendo todos estos tipos distintos de pesos moleculares, las cosas pueden
confundirse un poco. Ninguno de ellos nos dice toda la verdad. De modo que
generalmente es más conveniente conocer la distribución de pesos moleculares. La
distribución es un gráfico como el de la figura. Tenemos peso molecular en el eje x,
versus cantidad de polímero a un peso molecular dado en el eje y. Para
comprenderlo mejor, le mostramos sobre la curva de distribución, dónde aparecen
generalmente los promedios de peso molecular en número, en viscosidad y en
peso.
Distribuciones Caprichosas
Si viviéramos en un mundo perfecto, donde las distribuciones moleculares formaran
siempre una bonita campana, con sólo conocer los promedios sería suficiente. Pero
no siempre es así. A veces las distribuciones moleculares se presentan de este
modo:
Este tipo de distribución puede resultar de algo llamado efecto Tromsdorff, que
encontramos en una polimerización vinílica por radicales libres. A veces la
distribución es aún más extraña, como ésta:
¡Aquí nuestro peso molecular promedio en número es una total mentira! ¡No existe
una sola molécula de ese peso en toda la muestra! Los casos como estos, ilustran
la necesidad de conocer la distribución completa. Dicha distribución puede
obtenerse por una técnica llamada cromatografía por exclusión de tamaño, y
también por un nuevo método denominado espectrometría de masas MALDI.
http://www.loseskakeados.com