¿Quién dijo frio

Polímeros: los gigantes de la ciencia
Desarrollo teórico de los contenidos
1.- ¿Qué es un polímero?
El consumo de polímeros ha aumentado muchísimo en los últimos años. Desde que nacemos
estamos en contacto con ellos: desde los pañales, hasta la ropa, pasando por todo tipo de envases y
embalajes. La lista es interminable, por ello intentaremos comentar en que consisten estos materiales, como
se obtienen y sus usos.
La palabra polímero proviene del griego poly, muchos; meros, segmentos. Por tanto, un polímetro se
obtiene de la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman
enormes cadenas de las formas más diversas.
Si atendemos a su composición podemos clasificarlos en:
- Homopolímeros: consisten en largas cadenas constituidas por un sólo tipo de monómeros. Ejemplos
típicos son el polietileno, el alcohol polivinílico y el policloruro de vinilo (PVC).
- Copolímeros: están constituidos por dos o más monómeros. Pueden ser alternados, en bloque, al
azar o ramificados.
Si por el contrario nos fijamos en su estructura los podemos clasificar en:
- Lineales: los monómeros se unen por dos sitios, cabeza y cola.
- Ramificados: si algún monómero se une por tres o más sitios.
Si los clasificamos según su origen:
- Polímeros naturales o biopolímeros: provenientes directamente del reino vegetal o animal.
Distinguimos 4 grupos principales; ácidos nucleicos, polisacáridos, látex y proteínas.
- Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos
polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc.
- Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el
hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de
polivinilo, polimetano, etc.
2.- Propiedades de algunos polímeros
-
Existen diversos factores moleculares que gobiernan las propiedades mecánicas de un polímero:
la naturaleza química del las unidades monoméricas
la longitud de la cadena, la cual es proporcional al número de monómeros n, y por tanto
proporcional al tamaño molecular, o masa molecular relativa
el grado de ramificación
el grado de entrecruzamiento
y las interacciones o fuerzas intermoleculares que mantienen juntas las cadenas poliméricas.
Por ejemplo, los elastómeros son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar mucho si son
sometidos a esfuerzos, volviendo a sus dimensiones originales (o casi) cuando el esfuerzo cesa. Esta
propiedad es debida a que sus largas cadenas se conectan entre si por enlaces cruzados ocasionales, que
son suficientes para evitar el deslizamiento de las moléculas, pero no privan a las cadenas de la flexibilidad
necesaria para extenderse con facilidad y volver nuevamente al desorden.
3.- Reacciones de polimerización y síntesis
Las reacciones de obtención de polímeros se llaman reacciones de polimerización. Existen dos tipos
fundamentales de polimerización, pueden ser reacciones de adición (polímeros de adición) o de
condensación (polímeros de condensación).
a) Polimerización por adición: consiste en la adición sucesiva de moléculas de monómero produciendo un
único producto (el polímero), sin liberación de ninguna otra molécula pequeña (agua, amoniaco, alcohol...).
Pueden obtenerse homopolímeros como el polietileno, por adición de moléculas de etileno, pero también es
posible obtener copolímeros como las resinas vinílicas en las que se adicionan el cloruro de vinilo y el
acetato de vinilo. Las reacciones de adición requieren la activación del monómero, lo que puede
conseguirse por medio de energía (luz, calor...) o utilizando catalizadores. La masa molecular del polímero
es un múltiplo entero de la masa el monómero.
Suelen seguir un mecanismo en tres fases: iniciación, propagación o crecimiento y terminación
b) Polimerización por condensación: La unión de monómeros produce dos tipos de productos, el polímero y
alguna molécula de pequeño tamaño como agua, amoniaco o alcohol. Un ejemplo de este tipo de
reacciones es la formación de polietilenglicol que tiene lugar cuando se unen moléculas de etanodiol
eliminando una molécula de agua por cada dos de alcohol.
4.- ¿Qué es un plástico?
La producción industrial de polímeros sintéticos se ha incrementado enormemente en las últimas
décadas, y productos como plásticos, resinas, elastómeros y fibras han invadido los campos donde antes se
utilizaban materiales como metales, madera, algodón o seda. Los materiales poliméricos más importantes a
nivel industrial son los plásticos.
Son los materiales que resultan de mezclar uno o más polímeros con varios aditivos que mejoran sus
propiedades. Pero el componente principal de un plástico, el que le da nombre y determina sus propiedades
es el polímero. Todos los plásticos son polímeros, pero no todos los polímeros son plásticos.
Según su comportamiento frete al calor los clasificamos en:
a) Termoplásticos; se ablandan o funden por efecto del calor, recuperando sus propiedades originales
cuando se enfrían. Son solubles en disolventes orgánicos.
b) Termoestables; Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados y no pueden volver a ser
moldeados. Esta característica se debe a la formación de un mayor número de enlaces cruzados cuando
son calentados, lo que produce un mayor endurecimiento. Estos materiales resisten a la fusión y se
descomponen a altas temperaturas. Suelen ser insolubles en disolventes orgánicos.
5.- Plásticos y medioambiente ¿Por qué reciclar?
El gran uso de los polímeros ha contribuido al problema de la contaminación. La mayoría de los
polímeros sintéticos no pueden ser degradados por el entorno, no se oxidan ni se descomponen con el
tiempo. En definitiva, la degradación de los plásticos presenta un problema medioambiental.
La mayoría de los plásticos son reciclables. Como los procesos por los que se puede reciclar un plástico
dependen de qué plástico sea, es importante contar con algún medio de identificarlos, por lo menos, a los
que se usan más habitualmente en la vida diaria.
Surgió así la necesidad de tener un código que permitiera diferenciar los plásticos para que pudieran ser
usados, desechados, separados, reprocesados y vueltos a usar. El logo, signo o pictograma adoptado por la
SPI (Sociedad de la industria plástica) es un triángulo de flechas finas con un número de identificación, este
signo no implica reciclabilidad, sólo sirve para identificar el plástico. El código numérico es internacional, ya
que los artículos no sólo se venden en su país de origen.
Experiencias sencillas para el aula
1.- Construimos polímeros
Materiales:
Clips de distintos colores y tamaños
Tapones de plástico
Procedimiento:
Utilizar los clips para formar distintas cadenas de polímeros. Haciendo uso de los distintos colores y
tamaños podemos jugar a crear todo tipo de polímeros: homopolímeros, copolimeros, lineales, ramificados,
entrecruzados... Con los tapones de plástico crear un pequeño circuito por donde hacer pasar los polímeros
construidos. Observar como afectan los distintos factores moleculares a las propiedades mecánicas del
polímero.
2.- Identificación de plásticos por flotación
Materiales:
Trozos de PET, PEAD, PVC, PEBD, PP, PS ...
Alcohol
Jabón líquido
Sal
Vasos
Procedimiento:
Preparar las siguientes disoluciones;
a) Agua
d=1 g/ml
b) Alcohol – agua (1:1)
d=0,94 g/ml
c) Agua salada al 10 % d=1,07 g/ml
Añadir una gota de detergente para romper la tensión superficial del agua. Introducir las muestras de los
distintos plásticos y observar la flotabilidad.
Densidades de los distintos plásticos,
a) Polietileno tereftalato (PET)
d=1,38 – 1,39 g/ml
b) Polietileno de alta densidad (PEAD)
d=0,95 – 0,97 g/ml
c) Policloruro de vinilo rígido (PVC)
d=1,38 – 1,41 g/ml
d) Polietileno de baja densidad (PEBD)
d=0.89 – 0.93 g/ml
e) Polipropileno (PP)
d=0,90 – 0,91 g/ml
f) Poliestireno (PS)
d=1,04 – 1,08 g/ml
3.- Un polímero escondido en los pañales
Materiales:
Pañales
Lupa
Balanza
Agua
Tijeras
Bolsa de zip
Vasos
Sal
Procedimiento:
Pesar el pañal seco y limpio. Anotar la medida. Añadir lentamente y con cuidado agua, de forma que el
pañal vaya absorbiendo agua y aumentando de volumen. Llegará un momento en que la superficie del
pañal estará muy tensa y será difícil que absorba más agua. Volver a pesar el pañal y anotar el resultado.
¿Cuánto agua ha retenido el pañal?
Romper con unas tijeras otro pañal. Al tocar la celulosa que queda al descubierto si aprecian unos cristales
similares ala sal. ¡No respirar el polvo! Para separar el poliacrilato de sodio de la celulosa, meter la mezcla
de celulosa y polímero en una bolsa de zip, inflarla, cerrarla y agitar. Se necesita al menos media cucharada
del polímero, o en su caso un tercio de vaso con la mezcla de celulosa y polímero. Repartir el polímero en 2
vasos. Agregar con cuidado, a cada uno de los vasos, agua. Una vez que el polímero haya absorbido el
agua, añadir al vaso 1 una cucharada de sal a una de azúcar al vaso 2. Observar los resultados.
3.- Superpelota de silicona
Materiales:
Solución de silicato de sodio
Etanol
Vaso de papel o plástico
Probeta
Palito de madera
Guantes de látex
Procedimiento:
Colocar 20 mL de solución de silicato de sodio en un vaso de cartón. Evitar el contacto con la piel. Adicionar
5 mL de etanol y mezclar la solución de etanol con la solución de silicato de sodio. Agitar con el palillo de
madera, con movimientos circulares, hasta obtener un sólido blando. Tomar el sólido en la palma de la
mano y darle la forma de una esfera teniendo cuidado de que no se desmigaje. Se puede humedecer
ocasionalmente la mezcla con un poco de agua. Se puede guardar la superbola en una bolsa plástica.