Práctica 9

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PRÁCTICA NO. 9

POLIMERIZACIÓN

INTRODUCCIÓN

Esta práctica consiste en la elaboración de diferentes polímeros que podemos encontrar en nuestra vida cotidiana para de esta forma identificar las diferentes polimerizaciones llevadas a cabo por adición y condensación a lo largo de la práctica. Para este objetivo se investigaron, en el marco teórico los conceptos y conocimientos esenciales para el desarrollo de la practica tal como la definición polímero, tomando en cuenta las diferentes características físicas y químicas que estos poseen, así también considerando las diferentes clases de reactivos y sus reacciones empleadas en la etapa de polimerización. También se obtuvo información de los reactivos a utilizar, sus cuidados y peligros, los materiales y el procedimiento destinado para el desarrollo adecuado de la práctica. La experimentación consiste en obtener tres diferentes polímeros. El primero se obtiene por la reacción de resina de poliéster con peróxido de benzoilo. El segundo se obtiene al hacer reaccionar alcohol polivinílico con solución de bórax. El tercer polímero se obtiene al hacer reaccionar alcohol bencílico con ácido sulfúrico concentrado en una disolución de agua con bicarbonato de sodio. Al obtener los polímeros se analizarán para diferenciar sus características y poder determinar de qué polímero se trata. A partir de los resultados observados se generan las discusiones y conclusiones correspondientes.

OBJETIVO GENERAL

Elaborar distintos polímeros de uso común y ejemplificar las polimerizaciones por adición y condensación

OBJETIVO ESPECIFICOS

Incorporar un poco de mezcla obtenida a partir de la reacción de resina de poliéster y peróxido de benzoilo en un molde agregándole algún material que se quiera encapsular dejando reposar para obtener el polímero # 1

Reaccionar el azul de metileno directamente con el alcohol polivinílico para darle un color azul al polímero # 2 llevándose a cabo gracias a la adición de solución de bórax al primer compuesto mencionado

Hacer reaccionar una disolución de agua y bicarbonato de sodio con una mezcla de ácido sulfúrico y alcohol bencílico para la obtención del polímero #3

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MARCO TEORICO

Existen moléculas enormes, conocidas como macromoléculas, que contienen cientos de miles de átomos. Algunas de ellas ocurren naturalmente y conforman clases de compuestos que son, literalmente, vitales: los polisacáridos almidón y celulosa, que proporcionan alimento, vestuario y techo. También hay macromoléculas hechas por el hombre. Las primeras síntesis se obtuvieron de sustitutos de las macromoléculas naturales, caucho y seda; sin embargo, se ha desarrollado una gran tecnología que, en la actualidad, producen centenares de sustancias que carecen de analogías naturales. Los compuestos macromoleculares sintéticos incluyen elastómeros, que tienen esa elasticidad particular tan característica del caucho; fibras alargadas y delgadas, en forma de hilos muy resistentes a lo largo de la fibra, características del algodón, la lana y la seda, y plásticos, que pueden moldearse por extrusión en láminas y tubos, transformar en pinturas para superficies o moldear para formar innumerables piezas y objetos.

Las macromoléculas, tanto las naturales, como las hechas por el hombre, deben su gran tamaño al hecho de que son polímeros (del griego «muchas partes»): es decir, cada una de ellas está formada por muchísimas unidades más simples —todas idénticas o, al menos químicamente, o unidas entre sí de un modo regular. Se generan por un proceso llamado polimerización, la unión de muchas moléculas pequeñas para dar origen a moléculas muy grandes. Los compuestos simples con los que se hacen los polímeros se conocen como monómeros. Los polímeros se forman según dos métodos generales. (Thornton Morrison & Neilson Boyd , 1998)

a) En la polimerización por reacción en cadena, ocurre una serie de reacciones, cada una de las cuales consume una partícula reactiva y produce otra similar, por lo que cada reacción individual depende de la anterior Dichas partículas reactiva* pueden ser radicales libres, cationes o aniones. Un ejemplo típico es la polimerización del etileno en este caso, las partículas propagadoras de la cadena son radicales libres y cada uno de ellos se une a una molécula del monómero para formar un nuevo radical libre de mayor tamaño.

b) La reacción de polimerización por etapas consta de una serie de reacciones que, esencialmente, son independientes entre sí; se forma un polímero simplemente porque el monómero tiene más de un grupo funcional. Por ejemplo, un diol reacciona con un ácido dicarboxílico para formar un éster, sin embargo, cada mitad del éster simple contiene un grupo capaz de reaccionar para generar otra unión éster, y por tanto, una

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Polimerización del eteno.

Recuperado el 14/04/2015:

(Thornton Morrison & Neilson Boyd ,1998)

molécula más grande, que, a su vez, puede continuar reaccionando, y así sucesivamente.

(McMurry, 5ta edicíon)

Estructura y propiedades de macromoléculas:

Lo más característico de las macromoléculas es su gran tamaño. Este tamaño no afecta mayormente a sus propiedades químicas. Un grupo funcional reacciona como es de esperar, independientemente de su tamaño; un éster se hidroliza; un epóxido sufre apertura del anillo; un hidrógeno alilico es susceptible de ser separado por radicales libres.

Las macromoléculas difieren de las ordinarias en sus propiedades físicas, que son las que determinan sus funciones especiales:

Generalmente, un polímero grande no existe totalmente en forma cristalina, ni aún un polímero cuya regularidad estructural molecular hiciera pensar que sería posible. El problema se encuentra en el tamaño de la molécula. Cuando comienza la solidificación, crece la viscosidad del material, lo que obstaculiza el movimiento de las moléculas polímeras y dificulta que encuentren el arreglo regular necesario para la formación del cristal Se enredan las cadenas; el cambio de la forma de una cadena debe implicar rotaciones en torno a enlaces simples, obstaculizado por un impedimento a las oscilaciones de grupos colgantes. En consecuencia, los polímeros forman sólidos constituidos por zonas de cristalinidad llamadas cristalitos, que están alojadas en material amorfo. Se habla del grado de cristalinidad de un polímero para expresar su composición de cristalitos. (Nueva Autodidácta Vol 4, 2005)

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Polimerización por etapas.

Recuperado el 14/04/2015:

(Thornton Morrison & NeilsonBoyd , 1998)

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Al examinar los diversos usos de los polímeros se verá cómo dependen de su estructura, tanto molecular como intermolecular. Dependiendo de esta estructura pueden diferenciarse dos tipos de polímeros:

Fibras Las fibras son trocitos de material alargado y delgado como hilos, que se caracterizan por una gran resistencia a la tensión (a la tracción) a lo largo de la fibra. Las fibras naturales algodón, lana, seda son típicas. Las fibras se tuercen para formar hitos que se entraman en telas, o bien se encajan en material plástico para conferirle resistencia. La resistencia a la tensión puede ser enorme: algunas fibras sintéticas compiten en peso con el acero. Las características generales de las fibras se reflejan también a nivel molecular las moléculas son alargadas, delgadas y filiformes. Además, y más importante, están estiradas, una al lado de la otra, alineadas en la dirección de la fibra. La resistencia de (a fibra se debe. en última instancia, a la fuerza de los enlaces químicos de las cadenas polímeras. El alineamiento se logra por un estiramiento del material polimerizado: una vez alineadas, las moléculas permanecen así; la tendencia a volver a doblarse y enrollarse es superada por atracciones intermoleculares fuertes. (McMurry, 5ta edicíon)

En una fibra, la entalpia vence a la entropía. Este alto grado de orientación molecular generalmente es acompasado por una cristalinidad apreciable, aunque no siempre es así. Los requisitos fundamentales para una fibra son, en consecuencia, una forma molecular —lineal-- que permita un alineamiento paralelo, y (a presencia de atracciones intermoleculares fuertes que mantengan esta alineación. Las fuerzas intermoleculares evitan, además, que las moléculas se «deslicen» entre sí. Las fibras sintéticas más importantes son poliamidas (los nailonesk), poliésteres (Dacrón, Terykne, Vycrón), poliacrilonitrilo («fibras acrilicas»,Orion, Acrilán), poliuretanos (Spandex, Vycrat y polipropileno isotáctico). En el nailon y los poliuretanos, las cadenas moleculares permanecen unidas entre si por medio de puentes de hidrógeno. En los poliésteres y poliacrilonitrilo, hay poderosas atracciones di polo-dipolo. Las cadenas estercorregulares del polipropileno isotáctico se ajustan tan bien unas con otras que las fuerzas de Van der Waals resultan suficientes para mantener la alineación. (Thornton Morrison & Neilson Boyd , 1998)

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Cadena larga de configuración desordenada y

extendida.

Recuperado el 14/04/2015:

Elastómero: Un elastómero posee el alto grado de elasticidad que es característico del caucho: puede ser deformado considerablemente —estirado hasta ocho veces su longitud original— para, sin embargo, volver a su forma original Como en el caso de las fibras, sus moléculas son alargadas y delgadas, y se alinean cuando se estira el material. La gran diferencia es ésta: cuando se elimina la Fuerza de estiramiento, las moléculas de un elastómero no permanecen extendidas y alineadas; vuelven a sus conformaciones desordenadas originales, favorecidas por la entropía. No permanecen alineadas, porque las fuerzas moleculares necesarias para sujetarlas en este ordenamiento son más débiles que en las fibras. En general los elastómeros no tienen grupos muy polares o lugares aptos para puentes de hidrogeno: las cadenas extendidas no se ajustan bien entre sí, por lo que no pueden operar eficientemente las fuerzas de Van der Waals- En un elastómero* la entropía derrota a la entalpia. Un requisito adicional: las cadenas largas de un elastómero se conectan entre sí, por enlaces cruzados ocasionales: deben ser suficientes para evitar el deslizamiento de moléculas, pero no privar a las cadenas de la flexibilidad necesaria para extenderse con facilidad y volver nuevamente al desorden. El caucho natural ilustra estos requisitos estructurales de un elastómero: cadenas largas y flexibles; fuerzas intermoleculares débiles y enlaces cruzados ocasionales. (Thornton Morrison & Neilson Boyd , 1998)

Aunque todos los años se producen cantidades enormes de fibras y elastómeros sintéticos, las mayores cantidades de polímeros artificiales se consumen en forma de plásticos; es decir, como materiales que se aplican en forma de planchas, tubos, películas y, lo más importante, como objetos moldeados: juguetes y botellas; asas, mangos, interruptores; platos, lapiceros, cepillos de dientes; válvulas, engranajes, cojinetes; cajas para radios y televisores; botes, carrocerías de automóviles e. incluso, casas. La estructura molecular de los plásticos es de dos tipos generales: moléculas largas, lineales o ramificadas; y moléculas de red espacial. Los polímeros lineales y ramificados pueden ser más o menos cristalinos, e incluyen algunos de los materiales que también se usan como fibras: nailon, por ejemplo. Comprenden los distintos polialquenos mencionados: polietileno, policloruro de vinilo, poliestireno, etcétera. Estos polímeros se ablandan por calentamiento, razón por la que se denominan termoplásticos: en este estado blando se puede moldear o extrudir. Los polímeros de red

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Caucho natural:

Recuperado el 14/04/2015:

(Thornton Morrison & NeilsonBoyd , 1998)

Puentes de hidrogeno en cristalitos de nailon6,6.

Recuperado el 14/04/2015:

(Thornton Morrison & Neilson

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espacial tienen muchos enlaces cruzados, formando estructuras tridimensionales, aunque irregulares y rígidas, como es el caso de las resinas fenol-formaldehído o urea-formaldehido. Una muestra de ese material es esencialmente una sola molécula gigantesca: el calentamiento no la ablanda, puesto que el ablandamiento requiere la ruptura de enlaces covalentes: el calentamiento, incluso, puede generar enlaces cruzados adicionales, lo que endurece el material aún más, razón por la que estos polímeros se llaman termoduros. Esta continuación del proceso de polimerización por calentamiento se relaciona a menudo con la necesidad de darle forma al producto.

Al igual que estos polímeros de red espacial hay ciertos termoplásticos lineales que son amorfos. Básicamente por la misma razón. Al enfriarse, sus moléculas forman una estructura tridimensional rígida, pero irregular, no por medio de enlaces cruzados covalentes, sino por fuerzas diputares poderosas que las fijan en sus ubicaciones antes de que puedan acomodarse en una disposición regulan requisito para la formación de un cristal. Estos materiales se llaman vidrios* el más común es el polimetacrilato de metilo): Plexiglás, Lucila. Al igual que el vidrio ordinario (inorgánico, carecen de planos cristalinos para reflejar la luz; por esta razón, son transparentes y quebradizos, característica de los polímeros de red espacial: a) recibir un impacto, estas moléculas no «ceden» por deslizamiento de planos cristalinos: resisten o se quiebran. (Thornton Morrison & Neilson Boyd , 1998)

MATERIALES Y REACTIVOS

+ MATERIALES

+REACTIVOS

REACTIVO ALCOHOL POLIVINÍLICO

AZUL DE METILENO

TETRABORATO DE SODIO

BICARBONATO DE SODIO

ALCOHOL BENCÍLICO

ÁCIDO SULFÚRICO

RESINA POLIÉSTER

PERÓXIDO DE BENZOILO

FÓRMULA CH2CHOH C16H18ClN3S

Na2B4O7 .

10H2O

NaHCO3 C6H5CH2OH

H2SO4 C14H10O4

INCENDIO Sólido Combustible. Las partículas de polvo finamente dispersas en suficiente concentración y en presencia de

Sin riesgo de inflamabilidad

Sin riesgo de inflamabilidad

Sin riesgo de inflamabilidad

Los recipientes cerrados pueden explotar (debido a la acumulación progresiva de presión) cuando se

No inflamable, ni combustible, Diluido y al contacto con metales produce

Fácilmente inflamable. Los vapores mezclados con aire son inflamables.

Puede ocasionar explosión por el calor intenso, la contaminación, el choque o fricción.

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fuentes de ignición representan un peligro potencial de explosión.

exponen al calor. Vapores tóxicos son liberados en las situaciones de incendio.

hidrogeno(altamente inflamable y explosivo)

REACTIVIDAD Incompatible con oxidantes fuertes.

El producto es químicamente estable bajo condiciones ambientales normales. Incompatible con agentes oxidantes.

Estable en condiciones normales. Incompatible con ácidos fuertes y sales metálicas

Evitar contacto con: Ácido sulfúrico concentrado. Aluminio. Metales alcalinotérreos en polvo. Compuestos orgánicos de nitrógeno. Flúor. Metales alcalinos, óxidos no metálicos y calor.

No exponer a ácidos, oxidantes fuertes, calor, chispa y llama abierta.Mantener alejado

Corrosivo e higroscópico. Reacciona con el agua.

Estable bajo condiciones normales de temperatura y presión. Sobre 25°C el producto puede comenzar a polimerizar. Evitar peróxidos, materiales oxidantes, altas temperaturas, chispas y fuego.

Se descompone al calentarla intensamente a 103°C. Oxidante fuerte. Reacciona violentamente con alcoholes, aminas, materiales combustibles y reductores.

EXPOSICIÓN Puede generar algunas alteraciones en el tracto digestivo. Puede producir irritación en la piel y los ojos.

Provoca una irritación del tracto respiratorio, de la piel y de los ojos. Nocivo por ingestión.

Ligeramente tóxico por ingestión. Es un irritante poco severo de la piel.

Causa irritación de los ojos.

Causa irritación de los ojos, las vías respiratorias, náuseas, dolor de cabeza y vértigo. El contacto prolongado puede ocasionar dermatitis

Peligro de cáncer. Puede ser fatal si se inhala. Ocasiona severas quemaduras e irritaciones y en los ojos, piel, tracto digestivo.

Provoca irritación de los ojos y la piel. Además de náuseas, dolores de cabeza, mareos y congestión respiratoria.

Puede causar tos, dolor de garganta, dolor abdominal y enrojecimiento de piel y ojos.

ELIMINACIÓN DE RESIDUOS

Disponer del envase y del contenido de

Residuos del product

Disponer del envase

Disponer del envase y del

Disponer del envase y del

Neutralizar la sustancia

Mezcle con un solvent

Quemar en un incinerador

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acuerdo con las regulaciones ambientales locales.

o pueden permanecer en el recipiente "vacío" pero con sus etiquetas para identificar el residuo.

y del contenido de acuerdo con las regulaciones ambientales locales.

contenido de acuerdo con las regulaciones ambientales locales.

contenido de acuerdo con las regulaciones ambientales locales.

con carbonato de sodio. Descargar los residuos de neutralización a la alcantarilla.

e inflamable e incinere en instalaciones especialmente diseñadas y autorizadas al efecto.

apto para productos químicos provisto de postquemador y lavador, procediendo con gran cuidado en la ignición ya que este producto es extremadamente inflamable.

CARACTERÍSTICAS

Sólido transparente con olor característico a alcohol

Sólido inodoro de color verde/azul oscuro

Sólido cristalino blanco

Sólido cristalino blanco

Líquido incoloro, de olor característico.

Líquido aceitoso incoloro.

Liquido opalescente o claro, viscoso

Sólido cristalino blanco e inodoro.

(TRANSMERQUIN, 2014)(Control Técnico y Representaciones S. D., CTR Scientific, 2005)(INSHT, Fichas Internacionales de Seguridad Química, 2010)(IQASA, 2012)

+ DIAGRAMA:

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CUESTIONARIO

1. Mencione diferentes usos de polímeros naturalesR= Seda: es usada para trajes, chaquetas y muebles, también es adecuada para ropa de muñecas y osos de peluche. Es muy ligera y adecuada para el arte del bordado y todo lo referente a la industria textil.

Proteínas: Son imprescindibles para el crecimiento del organismo y realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan: estructural, inmunológica, enzimática, contráctil, homeostática, protectora, etc.

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Todas las proteínas contienen los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas ellas contienen azufre. 

Algodón: es utilizado para fabricar ropa ligera, se utiliza la cáscara de la semilla para forraje de ganado,  el aceite extraído de la semilla para la preparación de margarinas, cosméticos, jabones y glicerina.

2. Mencione diferentes usos de polímeros sintéticos

R= Porcelana: Se utiliza para hacer tazas, platos, figuras u objetos de adorno. La porcelana dental, se utiliza para rehabilitar la función al colocar coronas o puentes. La porcelana es un excelente aislante para uso en alta tensión, especialmente en aplicaciones al aire libre. Se puede utilizar como material de construcción, por lo general en forma de grandes baldosas o paneles rectangulares.

Vidrio: Entre los usos más destacados del vidrio se encuentran vidrios de acristalamiento en construcciones (acristalamientos sencillos, vidrio aislante y vidrios con tratamientos de superficie para darles diferentes capacidades de absorción y reflexión de la luz.), vidrios para acristalamiento de vehículos, vidrio decorativo (mesas, espejos, etc.). También se pueden fabricar botellas, frascos, tarros, tazas, etc.

Nylon: entre los usos del nylon se encuentran: fibras de nylon, medias, cuerdas de guitarra, polainas, hilos de pescar, redes, piezas de autos (depósito de gasolina), paracaídas, chaquetas, cremalleras, tornillos, etc.

3. Mencione 3 polímeros naturales y 3 polímeros sintéticos diferentes a los ejemplos ya mencionados

R= POLÍMEROS NATURALES: POLÍMEROS SINTETICOS

CAUCHO NATURAL RAYON

QUITINA CAUCHO VULCANIZADO

CELULOSA POLIBUTADIENO

4. ANOTE LAS REACCIONES QUE SE LLEVAN A CABO EN LA PARTE EXPERIMENTAL EN LOS TRES POLÍMEROS

R= POLIMERO #1

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 Obtenida de: W A Smit, A F Bochkov, R Caple,. (28-May-1998). Organic Synthesis: The Science Behind Art.( Great Britain): Royal Society of Chemistry.

POLIMERO #2

Obtenida de: W A Smit, A F Bochkov, R Caple,. (28-May-1998). Organic Synthesis: The Science Behind Art.( Great Britain): Royal Society of Chemistry.

POLIMERO #3

REFERENCIAS BILBIOGRÁFICAS:

Control Técnico y Representaciones, C. S. (2005). CTR Scientific. Obtenido de Hoja de datos de seguridad de bicarbonato de sodio: http://www.ctr.com.mx/pdfcert/Bicarbonato%20de%20Sodio.pdf

Control Técnico y Representaciones, S. D. (2005). CTR Scientific. Obtenido de Hoja de datos de seguridad de tetraborato de sodio: http://www.ctr.com.mx/pdfcert/Tetraborato%20de%20Sodio%20Decahidratado.pdf

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Control Técnico y Representaciones, S. D. (2005). CTR Scientific. Obtenido de Hoja de datos de seguridad del azul de metileno: http://www.ctr.com.mx/pdfcert/Azul%20de%20Metileno.pdf

INSHT, I. N. (2010). Fichas Internacionales de Seguridad Química. Obtenido de Ácido sulfúrico: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros/301a400/nspn0362.pdf

INSHT, I. N. (2010). Fichas Internacionales de Seguridad Química. Obtenido de Alcohol bencílico: http://insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros/801a900/nspn0833.pdf

INSHT, I. N. (2010). Fichas Internacionales de Seguridad Química. Obtenido de Peróxido de Dibenzoilo: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Ficheros/201a300/nspn0225.pdf

IQASA. (2012). IQASA. Obtenido de Hoja de seguridad resina: http://www.iqasa.com.ar/pdf/HojaSegResina.pdf

McMurry, J. (5ta edicíon). Química Orgánica. SE.

Nueva Autodidácta Vol 4. (2005). ENCICLOPEDIA. Barcelona: Grupo Oceano.

Thornton Morrison , R., & Neilson Boyd , R. (1998). Química Orgánica. Boston: 5ta edicíon.

TRANSMERQUIN, G. (Agosto de 2014). Grupo TRANSMERQUIN. Obtenido de http://www.gtm.net/images/industrial/a/ALCOHOL%20POLIVINILICO.pdf

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