1.- INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta práctica es sintetizar polímeros
empleando para ello reacciones químicas de diferentes tipos.
Para ello, llevaremos a cabo un proceso de polimerización.
También observaremos polímeros ya sintetizados y anotaremos
sus propiedades.
2.- MATERIALES
Durante la realización de la práctica se han empleado los
siguientes materiales:
- Gradilla
- Tubos de ensayo
- Mechero Büchner
- Varilla de Vidrio
- Solutos y Disolventes
3.- FUNDAMENTO
TEÓRICO
El poliestireno es un plástico denominado como un polímero de
adición, es decir, que se obtiene a partir de moléculas sencillas insaturadas a
través de un mecanismo de reacción en cadena iniciado por radicales libres,
ácidos o bases. En este caso se obtiene de la polimerización del estireno.
Además es termoplástico, por lo que está constituido por macromoléculas
lineales unidas por fuerzas de Van der Waals.
Las moléculas de poliestireno formadas en los procesos
industriales actuales son muy lineales. En laboratorio es posible generar
ramificación añadiendo al reactor sustancias como el divinilbenceno o peróxidos tetrafuncionales pero el poliestireno así obtenido es más
caro y apenas presenta ventajas frente a sus equivalentes lineales.
Existen cuatro tipos principales: el poliestireno
cristal, que es
transparente, rígido y quebradizo; el poliestireno de
alto impacto,
resistente y opaco; el poliestireno
expandido, muy
ligero; y el poliestireno
extrusionado,
similar al expandido pero más denso e impermeable.
Las aplicaciones principales del poliestireno choque y el
poliestireno cristal son la fabricación de envases y de objetos diversos
mediante moldeo por inyección. Las formas expandida y extruida se emplean
principalmente como aislantes térmicos en construcción.
La estructura química del poliestireno es la siguiente:
El monómero utilizado como base en la obtención del
poliestireno es el estireno (vinilbenceno):
C6 H5 – CH = CH2
La Baquelita es un polímero plástico descubierto por el
químico belga Leo Baekeland en 1907. Se sintetiza a partir de fenol y
formaldehido, siguiendo la reacción:
Una de las ventajas que presenta es que es un material que
resulta fácil de moldear mientras se está formando y duro una vez que ya ha
solidificado.
Como todos los plásticos, resulta ser un mal conductor de la
electricidad. Es estable a altas temperaturas debido a su estructura, con
numerosos entrecruzamientos. Además es resistente al agua y a los ácidos.
Debido a sus propiedades, se empleó como sustituyente del
vidrio, de metales y de la madera, llegando a ser muy empleada tras su
descubrimiento.
4.- DESARROLLO DE
LA PRÁCTICA
4.1.- Síntesis
del Poliestireno
Para
realizar la síntesis del poliestireno se echa una punta de espátula de peróxido
de benzoílo y 1ml de estireno en un tubo de ensayo que taparemos con un tapón
de corcho. Una vez introducidos todos los compuestos, se mete en un vaso con
agua en ebullición durante una hora. Tras este tiempo se mete en la estufa a 80
ºC durante un tiempo mínimo de 48 horas.
Una vez
que tenemos la probeta de poliestireno, vamos a realizar una serie de ensayos
para conocer ciertas cualidades de este polímero:
- Observar su aspecto y color.
- Observar su fusibilidad tomando un pequeño trozo de polímero. Lo introducimos en el borde de un tubo, lo calentamos y con un capilar vemos si se forman fibras. Si se forman, es termoplástico, si no, es termoestable.
- Observar su solubilidad en agua, etanol y tolueno metiendo pequeños trozos de polímeros en tubos de ensayo con estos disolventes. Con el agua se hará tanto en frío como en caliente. Con el etanol y con el tolueno solo en frío ya que son inflamables.
4.2.- Síntesis de
la Baquelita
Para obtener la baquelita en el laboratorio debemos seguir la
reacción ya mencionada en el fundamento teórico.
Para ello, tomamos un dedo de fenol en un tubo de ensayo y le
añadimos el formaldehido. Para aumentar la presencia de cationes H+
y de aniones OH-, se añade una disolución de NH4OH. El
tubo de ensayo se cierra con un tapón de corcho (es importante que no sea de
plástico porque si no se quedan pegados) del que sale un tubo de vidrio para
mejorar la refrigeración.
Calentamos la mezcla hasta que aparezca un líquido
blanquecino, momento en el que habrá que seguir aplicando calor otros 10
minutos. Enfriamos la mezcla con agua del grifo y con lo que obtenemos una
mezcla semisólida en el fondo de color naranja fuerte.
Por último, añadimos ácido acético hasta que conseguimos
disolver el elemento viscoso de antes. Calentamos a 60°C durante 30 minutos y,
finalmente, lo tenemos dos días en una estufa a 80°C para completar la
reacción.
5.- RESULTADOS
EXPERIMENTALES
5.1.- Síntesis
del Poliestireno
En la
primera parte de la síntesis del poliestireno, hemos realizado todos los pasos
y hemos dejado todo preparado para meter el tubo de ensayo en la estufa. Como
el tiempo mínimo en la estufa es de 48 horas, nosotros hemos preparado el
polímero para el grupo del año que viene y hemos trabajado los ensayos con el
polímero que prepararon el año pasado.
Los
resultados de los ensayos han sido:
- Hemos podido observar que el poliestireno es transparente e incoloro que se presenta en cristales.
- Al calentarlo, se funde y estirando obtenemos fibras, por lo que podemos afirmar que el poliestireno es termoplástico.
Ensayos de solubilidad:
§ En agua fría: no se disuelve. Flota.
§ En agua caliente: tampoco se disuelve. Flota.
§ En etanol: no se disuelve. Se deposita en el fondo.
§ En tolueno: se queda en el fondo y se disuelve aunque
no inmediatamente.
5.2.- Síntesis de
la Baquelita
Una vez obtenida la baquelita, procedemos a aplicarle diferentes ensayos para determinar diferentes
propiedades físicas.
El aspecto exterior de la baquelita es el de un sólido de
color naranja intenso. Duro por fuera.
Al calentarlo directamente a la llama, no funde, lo cual
quiere decir que es un material termoestable. Esto es así debido a su
estructura, que contiene muchos entrecruzamientos en las tres direcciones del
espacio.
Introducimos pequeñas muestras en diferentes tubos de ensayo
y observamos si solubiliza o no:
AGUA
|
Ni
en frio ni en caliente
|
ETANOL
|
No
|
TOLUENO
|
No
|
De nuevo, la insolubilidad en los tres disolventes se explica
por la estructura que adopta la baquelita.
6.- CUESTIONES
1.- El procedimiento
para eliminar la 4-tercbutilpirocatequina del estireno es el siguiente: agitar
en un embudo de decantación el estireno (con el inhibidor) y una disolución
acuosa de NaOH al 10%. Desechar la fase acuosa y lavar la fase orgánica dos
veces con agua. Separar el estireno y dejarlo secar sobre el CaCl2.
Por último, decantar el estireno seco. Indicar el fundamento de dichas
operaciones para separar el inhibidor del poliestireno.
El
procedimiento que se lleva a cabo es un proceso de separación, una extracción.
La
agitación en un tubo de decantación del estireno y la disolución acuosa se
realiza para obtener la separación de las dos fases: la fase orgánica y la fase
acuosa.
Desechamos
la fase acuosa, ya que no nos aporta información y trabajamos con la fase
orgánica, la cual lavamos dos veces con agua para conseguir la completa
separación de ésta con la fase acuosa, por la diferencia de densidad entre
ambas.
Tras la
separación de la fase acuosa, obtenemos el estireno dejándolo secar sobre
cloruro cálcico para evitar la evaporación del estireno, ya que éste se evapora
muy fácilmente.
Finalmente
se decanta el estireno obteniéndolo sin su inhibidor.
2.- Escribir el mecanismo
de polimerización del estireno e indicar cuál es la función del peróxido de
benzoilo.
A nivel industrial, el estireno se obtiene calentando
etilbenceno, con lo que se elimina una molécula de H2.
Para que comience la polimerización, es necesario añadir
peróxidos que se rompen para generar radicales libres. Se une a una molécula de
monómero, lo cual forma un radical más grande, que se unirá a otro monómero y
así hasta completar la molécula. Se puede resumir en:
La función del peróxido de benzoilo es actuar como iniciador
de la reacción y así también podemos llevarla a cabo sin tener que quitar el
inhibidor.
3.- Indicar el aspecto,
color, fusibilidad y solubilidad en agua, etanol y tolueno del poliestireno y
la baquelita explicando el por qué de su comportamiento frente al calor y los
disolventes antes indicados.
Esta pregunta ya ha
sido respondida en el apartado de Resultados Experimentales.
7.- BIBLIOGRAFíA
http://es.wikipedia.org/wiki/Baquelita
http://www.textoscientificos.com/polimeros/poliestireno
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