Charla 4. Experimentos de Polímeros

EIP-2003 Cuarta Sesión
Yris Martinez, William Velásquez
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Yris Martínez
William Velásquez
Erich Salazar
ymartin@ula.ve
velwill@ula.ve
erichs@ula.ve
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INDICE
Exp #
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1b
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3
4
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5b
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8
8a
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10
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12
12b
Pag
Síntesis De Poli-anilina Y Efecto Electrocrómico
Síntesis De Poli-anilina. Vía Química
Síntesis Del Nylon 6,6
¿Cómo Identificar 6 Tipos De Plásticos De Uso Común?
Síntesis Del Polimetilmetacrilato
Síntesis Del Polimetilmetacrilato (parte b)
Síntesis Del Poliestireno
Síntesis Del Poliestireno (parte b)
Entrecruzamiento Del Alcohol Polivinilico
Síntesis De Poliacrilamida
Síntesis De Polímeros Caseros
Síntesis De Polímeros Caseros (parte b)
Pañales Desechables
Jugando A Hacer Ciencia Con Goma Blanca
Haciendo Nieve Con Goma Blanca
Trabajando Con Urea Y Formaldehído
Trabajando Con Fenol Y Formaldehído
Bibliografía
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En esta monografía se presenta una variedad de experimentos que en algunos casos
son muy sencillos y pueden ser realizados con materiales que se obtienen con mucha
facilidad en el comercio, los mas “complicados” fueron seleccionados para
proporcionarles otros tipos de polímeros que podrían ser realizados en caso de contar con
los materiales apropiados. Cada uno de ellos ha sido probado con anterioridad para lo cual
hemos contado con la valiosa colaboración de las Estudiantes de Pre-grado de la
licenciatura en Química, Angélica Andrade y Johanna Dávila. Cualquier duda, sugerencia
o contrariedad que tenga al respecto le agradecemos que se comunique con alguno de los
autores vía e-mail.
Yris Martínez
William Velásquez
Erich Salazar
ymartin@ula.ve
velwill@ula.ve
erichs@ula.ve
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Experimento # 1
SÍNTESIS DE POLIANILINA Y EFECTO ELECTROCRÓMICO
Introducción
Polímeros Conductores.
Los polímeros han sido tradicionalmente considerados como materiales aislantes y
esta característica inherente ha sido utilizada en la aplicación de recubrimiento de cables
eléctricos para prevenir corto circuitos. Esta visión cambio en 1977 con el descubrimiento
por Heeger y colaboradores, Quienes encontraron que dopando el poliacetileno con iodo,
resulta un polímero con propiedades metálicas, con incrementos en la conductividad de
casi diez veces (conductividades en el orden de 100 Ω-1 cm-1). De hecho, luego de un año,
debido a mejoras en los métodos de preparación, la conductividad del poliacetileno
comenzó a acercarse a valores muy cercanos al cobre
Las propiedades de los polímeros conductores ha estimulado el interés en muchos
campos de la investigación, química, física, electroquímica y ciencia de los materiales
entre otras, contribuyendo al trabajo interdisciplinario.
Aparte de la preparación de nuevos polímeros conductores, se ha puesto mucho
empeño en dirigir la investigación hacia la modificación de los polímeros ya existentes;
para mejorar propiedades tales como solubilidad, estabilidad térmica, propiedades
mecánicas y conductividad. Estas propiedades y otras hacen que la mayoría de estos
estudios dejen de ser curiosidad científica y pasen a ser una realidad comercial.
Electrocromismo.
El electrocromismo es un fenómeno basado en cambios de color en materiales
específicos inducidos por procesos electroquímicos reversibles. En otras palabras, el
electrocromismo puede ser definido como un cambio persistente pero reversible
producido electroquímicamente. En efecto, el fenómeno de electrocromismo, puede se
explotado para la fabricación de dispositivos con diversas aplicaciones. Por ejemplo, los
dispositivos electrocrómicos son considerados apropiados en importantes objetivos
tecnológicos tales como pantallas ópticas, ventanas para control de energía, espejos antiresplandor y lentes de sol entre otros.
Parte Experimental
Materiales
1 Celda Electroquímica (un vaso de precipitado)
2 electrodos de Platino
1 electrodo de referencia (Ag/AgCl)
1 potenciostato
Reactivos
Anilina 0.01M (25 ml)
Ácido sulfúrico 1M (50 ml)
Agua ultra pura.
Procedimiento
Prepare la solución de anilina 0.01M utilizando como electrolito la solución de
ácido sulfúrico 1M (previamente preparada) y añada 10 ml aproximadamente de esa
solución a la celda electroquímica coloque los electrodos y conecte los cables. La síntesis
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será realizada con ayuda de un equipo denominado potenciostato que nos permite en este
caso en particular realizar un barrido de potenciales de manera cíclica con el objeto de
inducir la polimerización del compuesto.
Las condiciones que se fijan en el programa del equipo son las siguientes:
30 Barridos cíclicos en un intervalo de potenciales entre -0.2 y 0.8 voltios a una
velocidad de 100mV/s
A medida que se va incrementando el número de ciclos se puede observar que las
corrientes registradas en el voltagrama, se incrementan, esto es indicativo que la
polimerización se esta realizando y la película que se esta formando es conductora.
Observa la solución y describe lo que pasa.
Efecto Electrocrómico de la Película
Una ves finalizada la síntesis, se retira el electrodo y se lava cuidadosamente con
agua pura, se retira la solución de la celda, se lava junto con los demás electrodos y se
llena nuevamente pero en este caso solo se agrega la solución de ácido sulfúrico, y se
sumergen los electrodos. Al realizar las conexiones, se procede a la aplicación de los
potenciales de la misma forma anterior. Observe lo que ocurre con el voltagrama, observe
el electrodo. ¿Qué proceso esta ocurriendo?
Químicamente también puede formarse este polímero tal como lo vamos a
describir
Experimento # 1b
SÍNTESIS DE POLIANILINA. Vía química
Parte Experimental
Materiales
Tubos de ensayo grandes
Matraces de 25 y 50ml
Hielo
1 agitador magnético + una plancha con agitación
Reactivos
Anilina 0.1M (25 ml)
Ácido sulfúrico 1M (50 ml)
Agua ultra pura.
Persulfato de amonio (50ml en H2SO4)
Procedimiento
Prepare 25ml de la solución de Anilina 0.1M utilizando como electrolito soporte la
solución de ácido sulfúrico 1M (previamente preparada) y colóquela en el baño de agua
fría prepare aparte otra solución de Persulfato de amonio (1,20 gr disueltos en 50 ml de
ácido sulfúrico 1M. Una vez que la solución con la anilina este fría agregue lentamente
10ml de la solución con Persulfato de amonio agitando constantemente. Luego de cierto
tiempo, un precipitado verde le indicara que la polimerización se ha llevado a cabo. Filtre
el precipitado y obtendrá la polianilina
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Experimento # 2
SÍNTESIS DEL NYLON 6,6
Introducción
El nylon 6,6 es uno de los polímeros de condensación más típicos, se obtiene mejor
por una reacción llamada polimerización interfacial. La reacción es realizada entre un
cloruro de un diácido, disuelto en un solvente no miscible con agua, y una solución
acuosa de una diamina.
La reacción que ocurre en la interfase de las dos soluciones (ver figura )
En cuanto a su nomenclatura, cuando la poliamida se expresa con un solo número
(ej. Nylon 6), el nylon procede de una lactama o de un w-aminoácido, si se expresa con
dos números separados por una coma, se relaciona con el número de carbonos de los
monómeros.
Parte Experimental
Materiales
1 Vaso de precipitado de 250 ml.
1 agitador de vidrio
Alambre
Pipeta de 10 ml
Reactivos
Cloruro de adipoilo
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Hexametilendiamina 10 ml
Ciclohexano (debe destilarse y mantenerse sobre MgSO4)
Procedimiento
En prepare una solución al 10% de cloruro de adipoilo (10 ml de cloruro de
adipoilo disueltos en 90ml de ciclohexano).
Coloque 10 ml de una solución acuosa al 10% de Hexametilendiamina con 10
gotas de NaOH al 20% (Nota: si quiere que el nylon sea coloreado agregue a esta
solución 1 ml de verde de bromocresol). Y a esta solución agregue cuidadosamente 10 ml
de la solución de cloruro de adipoilo al 10%. Al agregar la solución, hágalo lentamente,
de ser posible con un embudo colocado justo encima de la superficie de la solución del
ácido o con ayuda de una varilla de vidrio. La película de polímero se forma en la
interfase coloque un dispositivo o con ayuda del alambre retire el nylon que se forma
puede ir enrollando hasta que se consuma uno de los reactivos. Lave con suficiente agua y
finalmente con una mezcla acetona/agua al 50%.
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Experimento # 3
¿CÓMO IDENTIFICAR 6 TIPOS DE PLASTICOS DE USO COMUN?
Introducción
La identificación o caracterización de plásticos es un proceso que involucra en la
mayoría de los casos experiencias complejas, sin embargo a groso modo aquí podemos
realizar algunas designaciones con solo observar, la forma, color, la flexibilidad y algunas
otras características propias del material que pueden ser aprendidas con años de
experiencia de trabajo con estos materiales. Por supuesto que esto no es muy científico
pero funciona. Los plásticos más comunes son
1. Polietilentereftalato (PETE) comúnmente llamado poliéster (densidad 1,29 a 1,4
gr./cm3) Es el mas común de los plásticos reciclables. Usado para realizar botellas
de dos litros de refrescos y botellas de licor.
2. Polietileno de alta densidad (HDPE) (densidad 0,952 a 0,965 gr./cm3) comúnmente
utilizado para envases de leche y jugo
3. Polietileno de baja densidad ( LDPE) (densidad 0,917 a 0,940 gr./cm3) usado para
hacer papel celofán, cobertura de pañales desechables y algunas botellas
4. Policloruro de vinilo (PVC) (densidad 1,30 a 1,58 el rígido el flexible va de 1,16 a
1,35 gr./cm3) utilizado para hacer pisos, cortinas de baño, tabiques para edificios,
mangueras para jardines.
5. Polipropileno (PP) (densidad 0,980 a 0,910 gr./cm3) usada para hacer ropa
deportiva, carpas, tubos etc.
6. Poliestireno (PS) (densidad 1,04 a 1,05 gr./cm3) usado para hacer tazas de café,
cajas para colocar huevos, en la cobertura de lápices.
Parte Experimental
Materiales
1 muestra de cada uno de los 6 plásticos identificados anteriormente
1 espátula
1 agitador de vidrio
1 mechero
Papel tornasol
1 alambre de cobre
1 tapón de corcho
10 tubos de ensayo
Muestras de plásticos desconocidos
Reactivos
Mezcla etano /agua 1:1 (densidad 0,94 gr./cm3)
Agua (densidad 1,00 gr./cm3)
Solución de NaCl al 10 % (densidad 1,08 gr./cm3)
Solución de etanol al 52 % (densidad 0,911 gr./cm3)
Solución de etanol al 38 % (densidad 0,9408 gr./cm3)
Solución de CaCl2 al 32 % (densidad 1,3059 gr./cm3)
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Solución de CaCl2 al 40 % (densidad 1,3982 gr./cm3)
Procedimiento
PRUEBA DE LA DENSIDAD
En un tubo de ensayo coloque 5ml de la mezcla etanol/agua colóquele la etiqueta.
Repita lo mismo para cada una de las soluciones indicadas anteriormente y no olvide
colocar la etiqueta a cada una de ellas para no confundirse. Corte muestras de cada uno de
los plásticos que vamos a tener de referencia (los 6 mencionados anteriormente) y realice
la prueba a cada uno de ellos, con ayuda del la varilla de vidrio sumerja hasta el fondo
del tubo cada una de las muestra y observa el comportamiento al sacarla varilla, recuerde
que luego va a comparar el mismo con las muestra desconocidas. Nota es necesario que
retire cada muestra una ves realizada la prueba, antes de proceder a realizar la siguiente.
PRUEBA DE FUSION
Debe ser realizado en una campana ya que se generan vapores tóxicos. Usando una
pieza de plástico # 1 colóquela muestra en la espátula e introdúzcala en la llama azul del
mechero, caliente lentamente y anote sus observaciones, a medida que el plástico se
funde. Si es calentado rápidamente se va a encender. Deje enfriar la muestra y observe su
apariencia, pruebe la flexibilidad del plástico tratando de doblarlo y escriba sus
observaciones. Repita esta prueba para cada una de las muestras de plástico (2-6) y para
las muestras desconocidas.
PRUEBA DE INFLAMABILIDAD
Sostenga una muestra de plástico con una pinza, colóquelo
directamente a la llama y anote sus observaciones, tales como color de
la llama, el vapor o humo. Observe si el plástico continua quemándose
al retirarlo de la llama. Pruebe también la acidez de los vapores
utilizando el papel indicador. Repita esta prueba para cada una de las
muestras de plástico (2-6) y para las muestras desconocidas.
PRUEBA DEL ALAMBRE DE COBRE
Caliente el alambre de cobre (Coloque antes el corcho en uno de los extremos para
evitar quemaduras) hasta que la llama deje de verse verde. Toque con el
alambre caliente una muestra del plástico # 1 y coloque de nuevo el
alambre a la llama observe atentamente si ve una luz ligera que nos
indique la presencia de cloro en el plástico (chequee con la muestra # 4, el
color de la llama) Repita esta prueba para cada una de las muestras de
plástico (2-6) y para las muestras desconocidas.
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Experimento # 4
SÍNTESIS DEL POLIMETILMETACRILATO
Introducción
El polimetilmetacrilato en un polímero por adición. La reacción puede ser
representada de la siguiente forma:
Debido a que se hace necesario trabajar a temperaturas muy altas en el proceso de
polimerización para tener un mejor control, una alternativa es prepararlo por el método de
emulsión. Donde el agua va a servir de moderador del calor y como solvente para la
catálisis del sistema. La catálisis es producida por la reacción de los iones bromato y los
iones sulfito los que forman radicales OH • y los radicales HSO3•
El objetivo de este experimento es demostrar que se forma un polímero al usar un
iniciador.
Parte Experimental
Materiales
1mechero o una plancha de calentamiento
1 Vaso de precipitado de 250 ml.
3 Tubos de ensayo.
Reactivos
Metilmetacrilato
Peroxido de benzoilo
Procedimiento
Prepare un baño de María en el vaso de precipitado (60 °C). En el tubo de ensayo
agregue 5 ml de Metilmetacrilato y añada 25mg del catalizador que en este caso hemos
seleccionado al peróxido de benzoilo. Coloque el tubo de ensayo con el contenido, en el
baño de María y observe los cambios que ocurren, las propiedades del compuesto
formado a medida que se deja enfriar.
Nota: a) Cuando prepares el poli-metil metacrilato, utiliza una pipeta y mides el
espacio necesario para ocupar el volumen deseado con agua, ya que el metil metacrilato
es muy agresivo y deteriora el vidrio. (los tubos de ensayo deben ser desechados).
b) Si añade mucho iniciador, muchas moléculas son activadas al mismo tiempo, lo
que hace las cadenas que se formen sean cortas.
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Experimento # 4b
SÍNTESIS DEL Polimetilmetacrilato (parte b)
En esta parte el metilmetacrilato se hace polimerizar en una emulsión acuosa en
presencia de una catálisis con radical libre. El polímero es coagulado en una solución
concentrada de cloruro de sodio. Para generar películas se debe utilizar acetona.
Parte Experimental
Materiales
Matraces de 25,250, 10 ml
1 Vaso de precipitado de 50 y de 500 1000ml
Agitador magnético.
Guantes
Barrilla de plástico y otra de vidrio
Reactivos
Metilmetacrilato
NaBrO3
NaHSO3
NaCl
Acetona (10ml)
Procedimiento:
Colóquese los guantes y use la campana para preparar las soluciones y realizar todo el
trabajo recuerde que el metilmetacrilato es altamente irritante
Prepare de 100 ml de una solución 0.6M de metilmetacrilato (5,3 ml de
metilmetacrilato con 94,6 ml de agua).
25 ml de una solución 0.1M de NaBrO3 (disuelva 0.4g NaBrO3 en agua y diluya a
25ml)
Prepare 10 ml de una solución de 0.45M de NaHSO3 (0.47g de NaHSO3 en 10ml
de agua)
100ml de una solución 5M de NaCl (30g de NaCl en agua)
Coloque los 100ml de metilmetacrilato en el vaso de precipitado de 500ml y añada
2ml de la solucion 0.1Mde NaBrO3 y 2ml de la solución 0.45M de NaHSO3 el proceso
puede ocurrir en 15 minutos, eventualmente agite y el contenido del vaso coloque la
solucion de NaCl (100ml) para coagular el polímero y remueva la masa que se forma con
unas pinzas y lave con agua fresca para eliminar restos de monómero y sal. Para formar
películas disuelva el polímero formado con acetona, extienda y deje secar.
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Experimento # 5
SÍNTESIS DEL POLIESTIRENO
Introducción
El poliestireno es un polímero vinílico. Estructuralmente, es una larga cadena
hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por
una polimerización vinílica por radicales libres a partir del monómero estireno.
A escala industrial, el poliestireno se prepara calentando el etilbenceno (C6 H5 –
CH2 - CH3) en presencia de un catalizador para dar lugar al estireno (C6 H5 – CH =
CH2). La polimerización del estireno requiere la presencia de una pequeña cantidad de un
iniciador, entre los que se encuentran los peróxidos, que opera rompiéndose para generar
un radical libre. Este se une a una molécula de monómero, formando así otro radical libre
más grande, que a su vez se une a otra molécula de monómero y así sucesivamente.
Finalmente se termina la cadena por reacciones tales como la unión de dos radicales, las
cuales consumen pero no generan radicales.
Parte Experimental
Materiales
1 Mechero o plancha de calentamiento
1 Vaso de precipitado de 250 ml.
1 vaso de precipitado de 500 ml
1 Tubo de ensayo grande.
Reactivos
Tolueno
Estireno
Peróxido de benzoilo
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Procedimiento
Prepare un baño de María en el vaso de precipitado (90 °C). En el tubo de ensayo
agregue 20 ml de tolueno y 5 ml de estireno (puede usar el que tiene poco inhibidor) y se
añade 0.3 gr de peróxido de benzoilo. Coloque el tubo de ensayo con el contenido, en el
baño de María y observe los cambios que ocurren. Luego de 30 minutos se retira y se deja
enfriar durante 5 minutos. Observe las propiedades, la viscosidad entre otras. Luego se
vierte sobre un vaso de precipitado de 400 ml que contenga 200 ml de alcohol metílico,
el precipitado blanco es el Poliestireno. Filtre y deje secar.
Experimento # 5b
SÍNTESIS DEL POLIESTIRENO (parte b)
Parte Experimental
Materiales
1mechero o plancha de calentamiento
1 Vaso de precipitado de 150 ml.
1 Tubo de ensayo grande.
Reactivos
Estireno sin inhibidor
Peróxido de benzoilo
Procedimiento
Prepare un baño de María en el vaso de precipitado (70 °C). En el tubo de ensayo
agregue 15 ml de estireno y se añade 0.1 gr. de peróxido de benzoilo. Tape el tubo de
ensayo con un corcho e introdúzcalo en el baño de María. A medida que la reacción
progresa puede observar cambios, si eso no ocurre caliente de nuevo y deje enfriar.
Cuando el líquido este viscoso se puede introducir monedas, figuras o insectos que
puedan quedar empotrados en el polímero, déjelo secar.
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Experimento # 6
ENTRECRUZAMIENTO DEL ALCOHOL POLIVINÍLICO
Introducción
El borato de sodio es añadido a la solución de alcohol polivinílico y los iones
borato reaccionan con los grupos hidroxilos del alcohol para generar el entrecruzamiento,
esto hace que se forme un gel viscoso. El alcohol polivinilico reacciona con el borato en
una relación de 10 a 1 convirtiéndose en un material viscoso, que a medida que transcurre
el tiempo se va tornando cada vez más denso
Para sintetizarlo es necesario calentar el agua previamente, lo que hace que pueda
ser disuelto con mayor facilidad sin embargo la temperatura no debe ser mayor de 80 °C
ya que el alcohol polivinilico se descompone.
El borato de sodio (Na3BO3 )se disuelve para formar ácido bórico, (H3BO3 ) esta
solución de ácido bórico tiene un pH de aproximadamente 9 . El ácido bórico-borato,
acepta los OH del agua tal como se muestra en la reacción
Esta molécula hidrolizada reacciona con el alcohol polivinilico mediante una
reacción de condensación tal como:
Esta reacción es reversible ya que en medio ácido puede el borato ser expulsado
del polímero y en medio básico puede regresar a el. Por lo tanto observe como cambian
las propiedades del gel agregando unas gotas de HCL 3 M o gotas de NaOH 3M.
Parte Experimental
Materiales
5 Tubos de ensayo plásticos grandes
1 agitador de madera
1 vidrio reloj
1 pipeta de 20 ml y otra de 2 ml
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Reactivos
Alcohol polivinílico (PVA) al 8% (80 gr de PVA en 960 ml de agua)
Solución de borato de sodio al 8%
Nota. El PVA no se disuelve fácilmente en agua por lo que es necesario preparar la
solución con anterioridad.
Procedimiento
Coloque 20 ml de la solución al 8% del alcohol polivinílico en un tubo de ensayo,
ponga dentro del tubo el agitador y agregue 2 ml de la solución de borato de sodio, agite y
observe el proceso. Agregue una pequeña cantidad en un vidrio reloj, hágalo lentamente,
y en otro caso repita el procedimiento pero vacíelo rápidamente. Pruebe que ocurre al
variar la cantidad de borato de sodio o calentando el PVA a 70°C. Para hacerlo más
agradable a la vista agrega colorante a la solución de borato de sodio.
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Experimento # 7
SÍNTESIS DE POLIACRILAMIDA
Parte Experimental
Materiales
Tubos de ensayo
Reactivos
Diclorometilsilano
1,1,1-tricloroetileno
Agua destilada
Acrilamida (1,5grs)
Disolvente: Agua
Iniciador: Persulfato potásico y bisulfito sódico
Procedimiento
Antes de preparar el gel es necesario asegurarse que pueda ser extraído con
facilidad de los tubos de ensayo sin necesidad de romperlos para lo cual utilizaremos un
desmoldante que en este caso será una solución al 2%w/v de Diclorometilsilano en 1,1,1tricloroetileno que luego de impregnar los tubos con esta solución se introducen en una
estufa a 80°C hasta que sequen, posteriormente son lavados con agua destilada y
nuevamente secados, estando listos de esta manera para su utilización.
Para la preparación de la poliacrilamida se disuelven 1,5 de acrilamida en agua y se
le agrega 0,24 grs. de cada uno de los iniciadores, se agita hasta homogeneizar la
solución. El gel resultante es completamente transparente.
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Experimento # 8
SÍNTESIS DE POLÍMEROS CASEROS
Introducción
En esta parte vamos a tratar de realizar algunas experiencias muy sencillas y
económicas ya que los reactivos involucrados son de uso común.
El cambio observado en esta experiencia es debido a que la mayoría de las colas
de pegar son de acetato de polivinilo el cual esta formado por moléculas largas y flexibles
al mezclar la cola con el borato, al igual que en el caso del alcohol polivinilico ser
entrecruza el material lo que hace que las moléculas no puedan fluir con la misma
facilidad.
Parte Experimental
Materiales
Papel absorbente
Cucharas de medir
Vasos plásticos transparentes
Pitillos
Reactivos
Goma Blanca
Agua
Almidón líquido
Jabón
Procedimiento
En un vaso plástico agregue una cucharada de goma blanca y una cucharada de
agua, agite bien para mezclar completamente. En otro vaso agregue una cucharada de
jabón en polvo y una cucharada de agua, agite bien y mantente agitando la mezcla
goma/agua con un pitillo y con ayuda de un compañero debe agregar lentamente la
solución con jabón hasta que se forme un globo blanco en el vaso (más o menos la mitad
de la solución es necesaria). Remueva el globo y colóquelo entre dos toallas de papel
absorbente, presione para eliminar el exceso de líquido, tome el globo entre sus manos y
chequee sus propiedades, ¿se estira?, ¿rebota? ¿puede ser moldeado?
Experimento # 8b
Procedimiento
En otro vaso plástico agregue una cucharada de goma blanca y mantenga la
agitación con un pitillo, un compañero puede ir agregando lentamente almidón hasta que
se forme el globo blanco (más o menos 3 cucharadas de almidón es necesaria). Remueva
el globo y colóquelo entre dos toallas de papel absorbente, presione para eliminar el
exceso de líquido, tome el globo entre sus manos y chequee sus propiedades, compare las
propiedades de ambos polímeros.
Realice otro experimento mezclando goma blanca detergente y almidón compare.
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Experimento # 9
PAÑALES DESECHABLES
Introducción
Todos conocemos de la extraordinaria capacidad de absorción de agua que tiene el
polímero (hidrogel) que sirve de relleno a los pañales de los bebés pueden retener "kilos"
de orina y seguir pareciendo perfectamente secos. Esto
se explica ya que el pañal esta conformado por de
sustancias químicas, casi todas sintéticas, distribuidas
de diferentes formas. La capa interna está hecha de
polipropileno, un plástico de tacto suave. La parte
central está hecha de un polvo "súper absorbente"
(poliacrilato de sodio, un polímero hidrófilo)
combinado con celulosa, además de una capa de fibra
que evita que el fluido se remanse en un punto y le
obliga a distribuirse por toda la superficie. La capa
externa es de polietileno micro poroso, retiene el fluido y deja pasar el vapor. El conjunto
se une con puños de polipropileno hidrófobo, con una banda elástica en torno a los muslos
para impedir la salida del fluido. El pañal se sujeta al bebé mediante bandas adhesivas.
Los poliacrilatos son polímeros súper absorbentes
debido a su estructura. En el caso del poliacrilato
de sodio, los grupos carboxilato de sodio (COONa) cuelgan de la cadena principal. Al
contacto con el agua se desprenden iones sodio
(Na+) dejando libres grupos negativos (-COO-).
Estos, al estar cargados negativamente, se repelen
entre sí, por lo que el polímero se "desenrolla" y absorbe agua. El poliacrilato de sodio es
un polímero de masa molecular muy elevada, por lo que no se disuelve sino que gelifica.
En este experimento estudiaremos la capacidad de absorción en gramos de agua
por cada gramo de polímero.
Parte Experimental
Materiales
1 Pañal de buena calidad
1 bolsa plástica con cierre
Vasos plásticos
Colorante de comida
Gotero
Cucharas de medida
Tijeras
Nota. El polvo que hay en los pañales generalmente es poliacrilato de sodio y es
altamente irritante a las membranas nasales y ojos.
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Procedimiento
Use las tijeras para cortar el papel o plástico que esta alrededor del pañal. Coloque
la parte acolchada del medio del pañal dentro de la bolsa plástica y dentro de ella trate de
separar con las dos manos el algodón, el papel, y las capas de plástico que lo conforman.
Agite la bolsa durante 1 minuto y observe el fondo de la bolsa chequee si hay gránulos
blancos y trate de separar ese material del resto de los componentes realmente esos
gránulos son los que usaremos. En un vaso de plástico añada agua y 3 gotas de colorante
de cocina, agite la mezcla. Coloque unos pocos gránulos pesados (con ayuda de un peso
de cocina) en una toalla de papel absorbente y agregue una gota del agua coloreada. Y
observe. Continué agregando gota por gota sobre los gránulos y observe que parece que
sucede. Cuantas gotas le puede agregar a los gránulos antes de que el agua se extienda
sobre el papel absorbente.
Ahora conociendo más o menos la cantidad de agua necesaria para que se saturen
los gránulos, pese un vaso de plástico y cierta cantidad de gránulos y haga una predicción
del número de cucharitas con agua, necesarias para llegar al límite de la saturación.
Con esta prueba usted podría estar en la capacidad de seleccionar un pañal con
mejores propiedades absorbentes. Prueba agregando aparte unos granos del gel y agrégale
NaCl. El NaCl colapsa el gel Las cargas positivas de los metales son atraídas por las
cargas negativas del polímero desalojando el agua.
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Experimento # 10
JUGANDO A HACER CIENCIA CON GOMA BLANCA
Introducción
Generalmente la goma blanca (en algunos casos tiene colorante incluido) son de
polivinilacetato (En unos casos contiene alcohol polivinílico y en otros acetato de
polivinilo) En ambos casos se trata de un polímero de cadena muy larga y muy flexible
esta molécula al mezclarse con borato de sodio (mejor conocido como bórax) sufre un
proceso de entrecruzamiento, sus moléculas forman enlaces que sirven de puente entre
dos cadenas polivinílicas, ya que los átomos de boro ayudan a que las cadenas del
polivinil se entrecrucen y no puedan fluir con la misma facilidad. Formando así un
polímero entrecruzado que tiene unas propiedades diferentes al polímero inicial.
Parte Experimental
Materiales
1 vaso transparente de plástico
1 agitador de madera
1 pipeta de 5 ml
Papel periódico
Reactivos
Goma blanca (utilizada en manualidades)
Solución de borato de sodio al 8%
Nota: Recuerde que el borato de sodio o bórax en solución acuosa pasa a ácido bórico
por lo tanto podría suplirlo directamente si logra un balance respecto al la concentración.
Procedimiento
Coloque el papel periódico en su lugar de trabajo y agregue 50 ml de la goma
blanca en un vaso a esa goma agréguele 5 ml de la solución de borato de sodio, agite la
mezcla del vaso y observe el proceso inmediatamente al mezclar los componentes. Retire
la mezcla del vaso y tómela en sus manos amásela analice su textura, estírelo suave o
bruscamente. Déle color a la solución de borato de sodio de moldee su muestra como
usted quiera. Pruebe que ocurre al variar la cantidad de borato de sodio.
Puedes probar con distintas clases y proporciones de cola blanca y agua y observar que se
obtienen sustancias con distintas consistencias y aspecto (unas veces en hilos, otras más
pulverulentas, etc.), Prueba a dejar secar durante unos días la bola que habías fabricado.
¿Qué propiedades tiene ahora? También puedes ver qué ocurre cuando sumergimos el
polímero obtenido en vinagre. Con algunas marcas de cola se obtiene una sustancia con
aspecto de gel muy suave que fluye lentamente. Muy parecido a algunas sustancias que se
venden como juguetes de aspecto "asqueroso."
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Experimento # 11
HACIENDO NIEVE CON GOMA BLANCA
Introducción
Trate de hacer la nieve, aprovechando que la navidad esta muy cerca y esto le
ayudaría a darle un toque más creativo a sus arreglos. Utilizando solo bicarbonato de
sodio y cola blanca (materiales baratos y fáciles de conseguir)
Parte Experimental
Materiales
Material al cual vas a colocar la nieve.
Papel periódico
Reactivos
Goma blanca (utilizada en manualidades)
Bicarbonato de sodio
Procedimiento
La forma de aplicarla es esparciendo con un colador, la cola o goma blanca al
material seleccionado y espolvoreando el bicarbonato, también se puede realizar la
mezcla de cola blanca diluida ligeramente con agua y bicarbonato de forma que se forme
una pasta que luego pueda ser aplicada de la forma deseada. Este último método es
preferible si se quiere hacer una capa de nieve gruesa, mientras que el método de
espolvorear se puede utilizar cuando se quiera representar una nevada incipiente (aunque
sucesivas aplicaciones darán un resultado similar al de la pasta de cola y bicarbonato). No
olvides poner nieve en la parte superior del árbol.
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Experimento # 12a
TRABAJANDO CON UREA Y FORMALDEHIDO
Introducción
Hay polímeros muy sencillos que pueden ser realizados mezclando por ejemplo
urea y formaldehído,
fenol y formaldehído,
En el caso del la
urea y el formaldehído
la reacción involucra
condensación entre el
nitrógeno nucleofílico
de la urea con el
carbono carbonílico del
formaldehído.
Formando el
copolímero:
Parte Experimental
Materiales
Vaso de precipitado de
50 ml
Agitador magnético
Plancha para agitar
Reactivos
Formaldehído
H2SO4
Urea
Procedimiento
Prepare 20 ml de una solución acuosa de formaldehído (10ml de
formaldehído) y añada 3 g de urea agite la mezcla y añada unas pocas gotas de H2SO4
concentrado. Un sólido blanco se forma inmediatamente y la reacción es exotérmica.
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Experimento # 12b
TRABAJANDO CON FENOL Y FORMALDEHIDO
Introducción
En el caso del fenol y el formaldehído la polimerización ocurre por la sustitución
aromática electrofilica entre las posiciones orto y para del fenol y el formaldehído
protonado. El polímero resultante se forma por los puentes metilenos entre las moléculas
de fenol y la reacción es:
Parte Experimental
Materiales
Vaso de precipitado de 50 ml
Agitador magnético
Plancha para agitar
Reactivos
Formaldehído
HCl
Fenol
Ácido acético glacial
Procedimiento
Prepare 20 ml de una solución acuosa de formaldehído (10ml de formaldehído) y
añada 4 g de fenol sólido agite la mezcla y añada 2ml de ácido acético glacial
manténgase agitando, añada 10 pocas gotas de HCl concentrado. Un sólido rojo se forma
a los pocos minutos.
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BIBLIOGRAFIA
1.- A. Heeger, H Shirakawa, E. Louis, A. MacDiarmid y C. Chiang, J. Chem. Commun.,
578, (1977)
2.- C. Chiang, Y. Park , A. Heeger, H. Shirakawa, E. Louis y A. MacDiarmid, J. Chem.
Phys. 69, 5098 (1978).
3.- J Heinz, Ed by Steckhan. “Topics in current chemistry”,Vol 152, Springer Verlag,
Heidelberg, 1 (1990).
5.- B. Scrosati “Applications of Electroactive polymers”, Chapman & Hall. London
(1993)
6.- Búsqueda en Internet con Google.com
7.- Nuevos enfoques a la experimentación en química dentro de los centros de enseñanza
secundaria. Una aproximación a la universidad. Universidad de Castilla la Mancha. María
de Alarcos (2002)
8.-Prácticas de química para educación secundaria José Garde (2001)
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