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domingo, 10 de noviembre de 2013

Síntesis de poliuretano

Nuevo vídeo y nuevo experimento en esta nueva etapa de CLUSTER. Se trata de la síntesis de uno de los polímeros mas utilizados en la industria: el poliuretano. 
De hecho nosotros realizaremos una de las variantes, que es la de espuma de poliuretano, que quedará rígida finalmente. El poliuretano tiene muchísimos usos industriales, tanto como aislante, en paqueteria como reforzante anti golpes, así como para realización rápida de objetos imitación de madera. También podemos tener poliuretanos en diferentes estados y formas: poliuretanos flexibles (como algunas esponjas), poliuretanos rígidos, poliuretanos líquidos (para algunas pinturas), etc...Las diferentes variantes se pueden realizar variando el tipo de reativos utilizados. En toda polimerización para obtener poliuretano hemos de tener 3 elementos:

1. Isocianato. Es la substancia mas reactiva y que generará la reacción en cadena. En general consta de hecho de dos grupos isocianato, que pueden reaccionar con casi todo. En el siguiente dibujo vemos un esquema de su reactividad:



Al reaccionar con alcoholes, como vemos, formará el famoso grupo uretano, generalmente bastante estable a temperatura ambiente. El tipo de isocianato utilizado influirá decisivamente en las propiedades mecánicas del poliuretano final. Uno de los mas utilizados es el diisocianto de hexametileno.

2. Alcohol. Utilizaremos, para dar mayor consistencia al polimero final, otro polimero (el poliol), generalmente con dos o mas grupos hidroxilo, para dar mayor reticulación al producto final. Hay que decir que variando las longitudes del poliol podemos obtener diferentes propiedades del producto final.

3. Agua. Si vemos el cuadro anterior podemos ver que el isocianato con agua reacciona dando la amina correspondiente y desprendimiento de dióxido de carbono. Esta reacción es la muy conocida transposición de Hoffmann, realmente muy utilizada para poder eliminar un carbono cuando se realizan síntesis de productos orgánicos.


Está reacción es muy importante para obtener los poliuretanos espumados, pues es el desprendimiento de este gas, el CO2 el que permite la realización de la espuma. 

EL EXPERIMENTO

Nosotros realizaremos espuma de poliuretano, que finalmente quedará de forma rígida. Para ello hemos utilizado productos formulados con las longitudes de poliol e isocianatos concretas y estudiadas, así como las proporciones de agua definidas para obtener el producto de manera eficaz. También se añaden aceleradores para que la cinética de la reacción sea mas elevada. Hemos comprado los productos en Servei Estació en Barcelona.


Si miramos la botella detenidamente podremos encontrar las frase R y S y la peligrosidad de los reactivos. Mientras que el poliol es bastante inofensivo, el isocianato, debido a su elevada reactividad es mas peligroso. Es recomendable utilizar gafas de seguridad, guantes, y realizar el experimento al aire libre o en una campana de extracción para no respirar los gases. La reacción es fuertemente exotérmica, y aunque la mayoría de gases liberados son dióxido de carbono y agua, también se arrastran otros productos orgánicos volátiles irritantes.


La reacción es 100:110 en peso de poliol e isocianato respectivamente, no obstante se puede realizar perfectamente como 1:1 en volumen, para realizar pruebas. En el siguiente vídeo veremos todo el proceso:



Al igual que James Cameron, que aprovecha cada película para realizar su Director's Cut o su versión extendida, inflándose los bolsillos, yo me he permitido esta vez realizar otra versión del vídeo, mas ampliada, con una pequeña explicación de las reacciones de polimerización.



Es cierto que no voy a forrarme como el señor Cameron, pero, que demonios, me apetecía hacerlo...



En este caso, los monómeros de los que habla el vídeo son el poliol y el isocianato, que reaccionan dando el polímero final, de gran tamaño.


Existen otras muchas versiones de esta reacción para obtener poliuretanos con otro tipo de propiedades mecanicas. En el siguiente vídeo de Oscar Condori podemos ver una reacción similar para obtener poliuretano flexible, como el que se utiliza para los colchones, llamado comunmente colchon de viscoelástica. La diferencia radica en el uso del isocianato y poliol. Para este tipo de productos el poliol utilizado suele ser polietilenglicol.



¡¡Espero que os haya gustado y que lo proveéis de hacer vosotros mismos!!

Hasta la próxima,

Sergio

domingo, 27 de octubre de 2013

17 maneras de hacer química con cosas de casa

En esta nueva etapa de Cluster no solamente hemos cambiado el formato del blog y de los vídeos, sino que hemos incorporado a varios estupendos colaboradores. Desde profesores de física y química, hasta periodistas y divulgadores participaran en este nuevo Cluster, aportando su experiencia y su sabiduría.

Es para mi un placer que el primero que colabore sea un amigo y compañero en muchos de los vídeos que se han realizado para Cluster y para el proyecto química en context en el CDEC, Josep Corominas, profesor de l'Escola Pia de Sitges. Nos deja nada mas y nada menos que 17 experimentos de química recopilados en un vídeo, que posteriormente nos describe para que podamos realizarlos en nuestra casa o laboratorio.


Aquí os dejo el vídeo y las explicaciones de Josep, que los disfrutéis:




1. Jabón instantáneo

Introducir una decena de lentejas de NaOH sólido en el fondo de un tubo de ensayo. Añadir agua, justo para que queden sumergidas. Agitar. El NaOH se disuelve y la disolución se calienta. La solución permanece turbia debido a las impurezas insolubles originadas por el Na2CO3 que recubre las lentejas de NaOH en el frasco.
Se añade aceite vegetal (oliva, girasol...) en un volumen igual al doble del de la disolución de NaOH. El aceite flota por encima sin reaccionar. Explicar que la saponificación sólo tiene lugar en la interfase. En la industria, la mezcla se agita violentamente durante varias horas.
Añadir lentamente y si agitar un volumen de etanol, igual al volumen de la disolución de NaOH. Observar las tres capas superpuestas. Tapar el tubo con un tapón y agitar violentamente, volteando el tubo varias veces. Las tres fases se homogenizan rápidamente y el conjunto se convierte en un sólido en unos segundos: el tubo queda lleno de jabón.
Para extraerlo, se destapa, se acerca  el fondo del tubo a la llama de un Bunsen. El etanol hierve, empujando suavemente el bloque de jabón que sale del tubo. Moldearlo en forma de pastilla. 



2. Limpieza de objetos de plata

El objeto a limpiar se espolvorea con un poco de bicarbonato, un detergente de carácter básico o NaOH y unas gotas de agua  y se envuelve en papel de aluminio, de manera que entre bien en contacto el aluminio con el objeto a limpiar.
Pasados unos minutos se desenvuelve  y se lava.
El papel de aluminio reduce los iones Ag+ a Ag.  Los objetos a limpiar deben estar ennegrecidos por formación de un compuesto de plata, por ejemplo el sulfuro de plata Ag2S
Explicación: en medio básico, el aluminio es un reductor de los iones Ag+  presentes en la superficie de la plata ennegrecida. El aluminio pasa a Al3+, primero en forma de Al(OH)3 y después como aluminato: Al(OH)4-

3. Decolorar con vitamina C

Se mancha con unas gotas de Betadine un  paño de algodón. Para limpiar se pone un poco de ácido ascórbico sólido y se frota. El ácido ascórbico reduce el yodo a yoduro
Las reacciones son:


Esta molécula se hidroliza a continuación:


4. Superbola

Material
Solución comercial de silicato de sodio. El silicato de sodio comercial se vende en disolución concentrada de densidad aproximada 1,3 g/cm3
Etanol
Una bolsa de plástico
Probeta de 10 ml

Procedimiento
Mezclar 20 ml de solución de silicato de sodio con 10 ml de etanol dentro de la bolsa de plástico.
Dejar que la mezcla quede en una esquina de la bolsa y con las manos, mezclar bien, dándole forma de bola al sólido que se forma.
Sacar la bola de la bolsa, lavarla y acabar de dar la forma de bola.
Comprobar que bota muy bien, pero que al dejarla sobre una superficie plana, se aplana y acaba en un pequeño charco

Explicación:
Se forma un polímero de silicona, con propiedades de elastómero.
El silicato de sodio se considera que tiene la formula: Na2Si3O7 En general los silicatos de los grupos 1 y 2 tienen la fórmula:   M2O.nSiO2     MO.nSiO2     (M un metal)
Al mezclar con el etanol, se forman enlaces entre las cadenas de silicato soluble y los grupos etilo.
En realidad, no es un sólido auténtico, si no un líquido de elevada viscosidad

Para guardarla: siempre dentro de una bolsa de plástico herméticamente cerrada.


5. Figuras que cambian de color  con CoCl2(aq) en etanol

Una figura con CoCl2 se moja con etanol: la figura cambia a color rosa por la acción deshidratante del etanol. Ahora se acerca a un foco de calor  y recupera el color rosa
Explicación:
El cloruro de cobalto CoCl2.6H2O es un sólido de color rosa soluble  en agua formando  una solución de color rosa que contiene el ion [Co(H2O)6]2+ de color rosa pálido.
CoCl2.6H2O ® [Co(H2O)6]2+ + 2 Cl-
                                                                             rosa pálido   
         
En alcohol, el   CoCl2.6H2O forma una solución azul, según la ecuación:

2 CoCl2.6H2O ® [Co(H2O)6]2+ + [CoCl4]2- + 6 H2O
                                                                       rosa pálido              azul

Al añadir agua se generará el color rosa del complejo de cobalto, según la ecuación:

[CoCl4]2- + 6 H2O [Co(H2O)6]2+ + 4 Cl-
                                                   azul                               rosa

Esta reacción es un equilibrio

6. Acetona por un tubo

Material
Tubo ancho, transparente entre 1,5 y 2 m de largo (PVC). Diámetro entre 3 y 4 cm.
Cuentagotas
Propanona (“acetona”)
Vela

Procedimiento:
Situar el tubo vertical, pero con una cierta inclinación. Cerca de la boca inferior se deja una vela encendida.
Con el cuentagotas se dejan caer unas gotas de propanona en la boca superior del tubo, procurando que deslicen por las paredes del tubo.
Esperar unos instantes. Se generar una llama azul que recorre el tubo desde la vela hasta la boca superior, poniendo en evidencia:
- que la acetona es muy volátil, las gotas que se ha derramado a la parte superior del tubo, “desaparecen”
- que el vapor de acetona es más denso que el aire: va bajando por el tubo hasta salir por la boca inferior y encontrar la llama de la vela
- que es muy inflamable
- Los gases de combustión están bastante calientes y son menos densos que el aire por qué ascienden por el tubo hasta la boca superior


Advertencias de seguridad:

Acetona - Inflamable









7. El drama del Titánic

El polímero poliestireno expandido (porexpan) es muy poco soluble en acetona. Si un trozo recortado con la forma del Titanic, se coloca en un recipiente con acetona, el barco desaprace lentamente. En realidad no es un verdadero cambio químico. El aire atrapado en la estructura escapa y se va compactando la estructura que era esponjosa.

Se añade un efecto adicional para que las chimeneas humeen: se mojan los bastoncitos de algodón con ácido clorhídrico concentrado y amoníaco. La reacción produce humos blancos de cloruro de amonio. 

NH3(g)  + HCl(g) ®  NH4Cl(s)





8. Refresco de bicarbonato

La reacción del “bicarbonato” NaHCO3 con un ácido es endotérmica y  produce  efervescencia.
Se pone una cucharada de café de “bicarbonato” en un vaso, se añade un poco de agua fresca y el zumo de un limón.

9. Tenis con pompas de jabón

Receta para las pompas de jabón:


5% azúcar; 10% glicerina; 20% detergente líquido. Las mejores marcas: DAWN (EE.UU. y Centroamérica);   DREFT Bleu; APTA, incolor; JOY( Francia, Bélgica); FAIRY  (España); 65% agua.

La “raqueta”  es un aro de plástico. 



10. Superficies superhidrofóbicas

Se recubre un vidrio de reloj de hollín de la llama de una vela. Se obtiene una superficie superhidrofóbica.

11. Pinacoteca química

Papel impregnado con zumo de col (mezcla de antocianinas  y flavonas) actúa como indicador ácido-base. Se pinta con diferentes  líquidos: zumo de limón, vinagre (tonos rojizos), agua (verdes), Bicarbonato ( verde-azulados), hidróxido de sodio (azulados), lejía (blanco porque decolora)

12. “Mandalas”  químicos

Se basa en la cromatografía de pigmentos de rotuladores.


13. Electricidad con latas

Una lata de aluminio, cortada por la parte superior i lijada por dentro para eliminar la capa protectora de polímero, se llena de agua con sal. Un lápiz de grafito hace de electrodo.
¿Cuál es el papel de la sal?
Los iones Cl- forman un complejo muy estable con los iones Al3+ que forman la capa de óxido sobre el metal aluminio:
Al2O3 + 8Cl- + 3H2®    2AlCl4-  + 6OH-
AlCl4- + 4H2® Al(OH)2Cl  + 3Cl- + 2H3O+

Reacciones de  oxidación y de reducción en la pila:
Al  ® Al3+ + 3e-    = +1,68 V
O2(aq) + 2H2O + 4 e-  ® 4 OH-   = + 0,40 V


14. Licores combustibles

Licor del Polo y la versión de “el billete incombustible”
Contienen entre el 50% y el 60% de etanol
La entalpía de combustión del etanol es de –1376 kJ/mol. Este valor es más que suficiente para quemar el papel.
En el caso de etanol + agua,  este valor no es suficiente para quemar el papel. Parte del calor de la combustión lo absorbe el agua, la cual se calienta e incluso hierve y se vaporiza. En el proceso se absorben 65 kJ ( 8,5 kJ para aumentar la temperatura de unos 25 g de agua de 25ºC a 100ºC + 56,5 kJ para la conversión agua(l) ® agua (g) ). En ningún momento el papel alcanza la temperatura de ignición que es de 230ºC   (451  Fahrenheit, para los aficionados a la ciencia-ficción)



15. Como separar polímeros

Se  seleccionan tres o cuatro polímeros distintos, cada uno en trozos pequeños (alrededor de 4 cm2).
Por ejemplo:  Polipropileno r = 0,90 g·cm-3;  Polietileno r = 0,95 g·cm-3; Poliestireno r =1,04 g·cm-3; PVC r =1,30 g·cm-3;
Cada uno de los polímeros debe tener un color diferente.
Se necesitan los líquidos siguientes:  agua (r = 1,0 g·cm-3);  solución agua y etanol (r = 0,87 g·cm-3  Concentración 50% en volumen);  agua y azúcar (r = 1,2  g·cm-3 Concentración entre el 50% y el 60% en masa) 
El esquema de separación es el siguiente:



16. Azúcar luminoso

Las pantallas LCD emiten luz polarizada. Se puede eliminar esta luz con una lámina polarizadora. Cuando se intercala  una solución de azúcar en agua, se ve luz de nuevo. Las moléculas de sacarosa rotan  el plano de polarización de la luz


17. ¡Cómete una vela!

La vela está hecha de manzana y almendra. El aceite de la almendra es un buen combustible.



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Josep Corominas es profesor de la Escola Pia de Sitges, colabora en el CDEC y en el CRECIM. Es licenciado en químicas por la UB y ha realizado numerosos artículos divulgativos sobre experimentos, tanto de física como de química. Ha impartido numerosos cursos de formación para el profesorado y recibido varios premios por su labor divulgativa.

viernes, 2 de diciembre de 2011

Polimerizaciones-Sferificaciones

En el artículo de hoy nos sumergiremos en una de las químicas mas creativas de los últimos años, hablaremos de nuevo de Ferran Adrià y de la famosa cocina molecular, y de un experimento sencillo, sin peligro alguno y muy divertido tanto para los adultos como para los mas peques: la sferificación.

En los últimos años se ha desarrollado una nueva ciencia, o mas bien una ramificación de la bien conocida química, la química gastronómica, o como se denomina en Francia la Molecular Cuisine. Anteriormente llamada Molecular Gastronomy, esta cocina molecular empezó a realizar sus primeros pasos a partir de los estudios de Hervè This y de Nicholas Kurti, sobre los procesos físicos y químicos que se producen en la cocina.



No obstante, la cocina molecular dio un salto de gigante con la llegada de Ferran Adrià, que aunque el nunca se ha querido vincular con la cocina molecular, fue el primero en aplicar técnicas habituales de la química al mundo de la cocina, gracias al trabajo durante varios años en el Bulli del químico Pere Castells, director en estos momentos de la Fundación Alicia. Desde rotavapores (utilizados en química para destilar disolventes), llamados ahora rotavales según la cocina Adriá (pero en realidad es el mismo aparato), hasta liofilizaciones, utilización de nitrógeno líquido y las famosas texturas (utilización de gran diversidad de polímeros naturales para obtener texturas diferentes a las conocidas por el paladar), utilizadas tanto en platos calientes, fríos y postres.





Hoy os enseñaremos una de sus mejores creaciones, fruto de la unión de la creatividad, de la química y de la belleza en los platos, la sferificación. Para poder hablar de ella hemos de empezar por sus ingredientes (o sus reactivos como queramos decirlo), el alginato sódico y el cloruro cálcico.

El alginato sódico (E-401) es, tal y como dice la Fundación Alicia en su Léxico científico gastronómico, una sal orgánica derivada de hidratos de carbono tipo fibra, utilizada como aditivo gelificante, espesante y estabilizante. Por sus propiedades es un hidrocoloide. Desde el punto de vista biológico se trata de un polímero natural que se extrae de algas pardas tales como Macrocystis, Fucus y Laminaria ascophillum, que se encuentran mares y océanos de aguas frías. A nivel químico diremos que se trata de un polímero natural formado a partir de dos tipos de azúcares simples: el ácido beta-D-Manurónico y el alfa-L-Gulurónico:

alfa-L-Gulurónico.



beta-D-Manurónico:



Cadena alginato sódico




El cloruro cálcico E-509 es una sal inorgánica soluble en agua y en este caso especial se utiliza como agente polimerizante.



La química es muy simple. Cada uno de los ácidos manurónico y gulurónico posee un grupo ácido carboxílico que puede desprotonarse en medio básico y formar los correspondientes carboxilatos, que en presencia de sodio precipitan en forma de sal. Éste producto polimerizado es el alginato sódico. Como el grupo carboxilato posee una carga negativa (es monovalente) necesitará un catión sodio para realizar la sal y quedarse neutro el compuesto.

¿Que sucederá si intercambiamos el sodio por el calcio? El calcio al ser divalente (posee dos cargas positivas) podrá asumir dos carboxilatos y no uno solo como el sodio. De esta manera al poder coger el doble de grupos carboxilatos podrá asumir dos alginatos de forma paralela y multiplicar de esta manera el peso molecular del polímero provocando su precipitación.





El Experimento

En este vídeo podréis ver paso a paso la polimerización del alginato, con las cantidades a utilizar y el procedimiento. En este caso se ha pensado en una realización práctica para las escuelas e institutos, con agua y colorantes alimenticios y en forma de gusano y no de esferas.



En este otro vídeo tenéis la explicación de la sferificación por parte del creador, de Ferran Adriá:



Un vídeo mas pensado para la elaboración en la cocina, de mano de Gastronomy molecular, Surprise Bubbles:



He de decir que yo mismo he intentado realizar algún plato utilizando esta reacción química, en concreto jamón con sferificacion de melón, y creo que gustó...Encontrareis toda la información para poder realizar platos al estilo Adriá en su pagina, donde hay vídeos y recetas descargables en pdf. Concretamente aquí tenéis la sferificación de melón.



El distribuidor oficial de los productos de Albert y Ferran Adriá es Soler i Graells, donde podréis encontrar todos los productos comercializados por estos dos hermanos.

Curiosidades

Nuestro amigo Steve Spangler también utiliza polimerizaciones de alginato para amenizar las clases, el producto se llama Insta-Worm y los vende en disolución ya realizada




Mas información:

Si te has quedado corto con esta explicación puedo recomendarte diferentes artículos y libros:

1- Investigación y ciencia. Con motivo del año de la química 2011, la revista Investigación y ciencia ha publicado diferentes artículos relacionados con la química, pudiéndose bajar de forma gratuita algunos de ellos. En concreto te recomiendo éste realizado por Pere castells y Claudi Mans en el que hablan de la nueva cocina y de la sferificación.

2- Léxico Científico gastronómico. Libro editado por la editorial planeta y realizado por Alicia y el Bullitaller donde quedan clasificados en forma de diccionario claro y concreto la gran mayoría de productos alimenticios, aditivos y primeras materias utilizadas en la cocina tanto moderna como actual.

3-El cocinero científico. Diego Golombek y Pablo Schwarzbaum. Libro editado por RBA en el que se explica de manera amena los fenómenos físicos y químicos básicos que observamos diariamente en la cocina.

4- Sferificaciones y macarrones. Claudi Mans. Libro editado por la editorial Ariel. En su platoniana manera de explicarnos los fenómenos físicos y químicos cotidianos Claudi Mans nos ofrece de manera atractiva un dialogo entre la cocina tradicional y la nueva cocina molecular, sin perder la rigurosidad científica.






¡¡Saludos y hasta la próxima!!

Sergio

martes, 26 de abril de 2011

Fabricando Blandi Blub

Estoy seguro que a mas de uno le suena este juguete, e incluso lo tuvo en su casa cuando era pequeño, o no tan pequeño, explorando todas las posibilidades al aplastarlo, machacarlo, estirarlo o acometer sobre él cualquier tipo de agresión. Pues bien, hoy os explicaremos una de las maneras para fabricarte uno en casa, y la verdad es que se realiza en un instante...



Fabricaremos un polímero entrecruzado (si tienes dudas sobre polimerización te recomiendo el artículo en el que realizamos el Nylon 6,6). Para ello utilizaremos agua, dos botellas, balanzas, cucharillas o espátulas, y lo mas importante: dos reactivos. Existen muchas maneras de realizar el polímero entrecruzado, aquí tan solo os explicaremos una de ellas, la que utiliza PVA (Alcohol Polivinílico) y Bórax.



PVA: Alcohol Polivinílico es un excelente creador de películas. Es un buen emulsificante y posee propiedades adhesivas y no es tóxico. Se usa como materia prima para fabricar los acetatos de polivinilo. Se utiliza también como espesante en cosmética y para muchísimos otros usos.



El Bórax (Na2B4O7·10 H2O), también denominado tetraborato sódico, es una sal blanca y suave fácilmente soluble en agua. Se utiliza como detergente, desinfectantes, jabones e incluso pesticida para ratas. Se utiliza también como materia prima para la fabricación de vidrios y cerámicas.



La reacción es sumamente sencilla. El PVA es ya por si mismo un polímero, pero soluble en agua. Al mezclase con Bórax, éste será capaz de unir dos cadenas de PVA, como si fuese un puente, creando un polímero entrecruzado de mayor tamaño que el PVA original. El aumento del tamaño del polímero provocará a la disolución, un aumento en su viscosidad.



¿Como se realiza el experimento?

Toda la explicación de como realizarlo la encontraras en el siguiente vídeo. El verdadero truco del experimento se encuentra en la cantidad de solución de Bórax a añadir a la solución de PVA. Demasiada solución de Bórax provocará disoluciones poco viscosas, y muy poca cantidad de Bórax mayor viscosidad. Todo depende de tus preferencias. ¡¡Adelante!!



Para poder poner color podemos utilizar colorante alimenticios líquidos de diferentes colores, así podemos crear todo tipo de Blandi Blub (o Slimes en ingles). Aquí os dejo unas cuantas fotos del experimento, en diferentes colores:







Las tres maneras de realizar Slime o Blandi Blup

Os he enseñado, a mi entender, la mejor manera de realizar Slime. El polímero creado es muy estable. No obstante existen otras muchas maneras de fabricar Slime. Science Bob nos enseña las tres maneras posibles de realizar este juguete.

El primer método es con cola blanca, agua y solución saturada de almidón. Crea un slime muy compacto:



El segundo método es con cola blanca, agua y bórax:



Y el tercero es con PVA y Bórax, el método clásico según Science Bob, y el explicado en el blog:



¿Quieres realizar un Slime o Blandi Blub mágico?

Una alternativa muy atractiva consiste en, como no, realizar Slime fluorescente. Para ello en lugar de utilizar como colorante, uno alimenticio, se puede utilizar fluoresceína. La fluoresceína es un colorante muy utilizado en oftalmología. ¡¡El resultado es espectacular!!



Steve Spangler lo utiliza en su "Atomic Slime" o "Halloween Slime" para niños. Aquí tenéis el vídeo con el experimento:



¡Espero que os haya gustado!

Sergio

domingo, 30 de enero de 2011

Nylon 6,6

Hablaremos en este artículo de uno de las reacciones químicas más importantes en la industria y que todavía no había salido en el blog: LAS POLIMERIZACIONES. Y empezaremos por una de las reacciones de polimerización más conocidas, la polimerización por excelencia, incluida en muchísimos libros de texto, la obtención de Nylon.

Introducción

Una reacción de polimerización se podría explicar como la unión repetida de montones y montones de unidades pequeñas (generalmente iguales) denominadas monómeros, generando una macromolécula, una molécula de dimensiones extraordinariamente grandes. Existen polímeros artificiales, creados en los laboratorios como los plásticos (PET, PVC, etc) tejidos textiles como el nylon o poliésteres, etc. Pero también existen polímeros naturales, como la celulosa, el almidón, las proteínas o el ADN. Los polímeros son de gran utilidad en nuestra vida moderna, y eso ha conllevado el incremento de materiales artificiales poliméricos, debido a sus grandes prestaciones.



En cuanto a la química, el Dr W.H. Carothers clasificó las reacciones de polimerización en dos existen dos tipos básicos:

1. Por Adición: Son reacciones que suelen involucrar iones o radicales libres. Son extremadamente rápidas y son comunes en compuestos con dobles enlaces. No existen subproductos de reacción
2. Por Condensación: Tiene lugar con moléculas polifuncionales, con más de un grupo reactivo, para dar una macromolécula polifuncional. Generalmente en las reacciones se acaba eliminando una pequeña molécula como por ejemplo agua.

Experiencia

Nuestra reacción será por Condensación y además una copolimerización, ya que las unidades a unirse y polimerizar, los monómeros, serán de dos tipos diferentes. De esta manera, si uno de los monómeros es A y el otro B, nuestro copolimero final será una repetición sucesiva de cadenas AB. Es decir: ABABABABABABABABABABABABAB….

Estructura del Nylon 6,6 (tan solo ABABABAB)



Utilizaremos dos reactivos como monómeros: Hexanmetilediamina (1,6 hexanodiamina), en una solución acuosa al 5% y Cloruro de adipoilo, en solución en ciclohexano al 5%. Además deberemos utilizar Hidróxido sódico al 20%.



El cloruro de adipoilo es un cloruro de ácido, una especie muy reactiva, derivado funcional del ácido carbóxilico, y la hexanmetilendiamina, una amina secundária. La reacción irá con un mecanismo de adición eliminación, la amina atacará el cloruro de ácido, formándose una amida y liberándose cloruro de hidrógeno. Por ello, y para neutralizar el ácido que se irá formando necesitaremos en la mezcla unas gotas de hidróxido sódico.

Grabación de la práctica:



En el vaso de precipitados habrá dos fases, una de agua con la amina y el NaOH y otra superior con ciclohexano y el cloruro de adipoilo. El polímero se formará en la interfase. Su nombre Nylon 6,6 proviene de que cada uno de los monómeros contiene 6 carbonos.



Es necesario indicar que en la industria no se realiza de esta manera, posiblemente por la formación de cloruro de hidrógeno y la vía mas utilizada es por reacción directa con el ácido carboxílico correspondiente.




Más información sobre el Nylon en textos científicos o en este proyecto terminal.
Otra alternativa es la de fabricación de Nylon 6,10. Aqui tienes la práctica directamente de Panreac.

Mucha información sobre polimerización en la página en castellano de pslc.ws:

Todo sobre el Nylon.
Obtención de Nylon.

Aquí podéis entrar a la página original en inglés...

Espero que haya sido interesante,

Sergio

PD: Quiero agradecer profundamente la ayuda de Fina Guitart del CDEC en la realización y grabación de la práctica. Moltes gràcies Fina!!

miércoles, 5 de enero de 2011

Fabricación de un gel exfoliante

NUEVOS PROPÓSITOS.

Uno de los propósitos de año nuevo, que siempre se suelen hacer bastantes que luego no se cumplen, es el de realizar un blog con artículos algo diferentes a los propuestos hasta ahora. Con esto no quiero decir que vaya a dejar de proponer experimentos clásicos, pero si proponer algunas práctica no convencionales para la ESO (Enseñanza secundaria obligatoria) o Bachillerato.

Uno de los problemas que estamos viviendo actualmente en los laboratorios de secundaria, y cada vez mas, es el de la seguridad. Los laboratorios de secundaria rara vez se encuentran en condiciones de efectuar reacciones con productos peligrosos y menos con gases, que pueden ser tóxicos, ya que faltan vitrinas suficientes y que funcionen bien. Y aunque nos advierten del uso de guantes y gafas protectoras, así como bata (obviamente) o mascarilla, cada vez encuentro más prácticas que dejo de realizar por su peligrosidad intrínseca...



¿Pero hay ramas donde los productos químicos utilizados son siempre seguros?

La química está por todas partes asi que solo he de buscar, y ya he encontrado dos muy claras donde todos los productos químicos utilizados son seguros y sin problemas: Alimentación y Farmacia, en concreto Dermofarmacia.

Y es justo en dermofarmacia donde empezaremos, realizando un gel exfoliante.

INTRODUCCIÓN A LA PRÁCTICA

La exfoliación es uno de los elementos importantes dentro de la higiene corporal, pues elimina por medio del rascado células muertas situadas en el estrato córneo (la última capa de la epidermis) o corneocitos. Los corneocitos derivan de las células epiteliales de las capas mas internas de la epidermis (basal, espinosa, granulosa y lúcida), a medida que avanzan por las diferentes capas se van aplanando y muriendo, a la vez que llenándose de queratina. Nosotros ya realizamos de forma automática la regeneración de las capas mas externas de la piel, pero exfoliandolas podemos acelerar el proceso.





Gracias a la exfoliación podemos obtener una piel mas tersa y brillante, pero también facilitaremos la entrada de productos cosméticos útiles como hidratantes, humectantes, antioxidantes, antienvejecimiento, etc...

PRÁCTICA

Para poder realizar el producto cosmético necesitaremos básicamente tres cosas: Un principio activo cosmético, un vehículo y uno o varios correctivos.

El principio activo es el que actúa sobre la piel y el que define el producto (en este caso el que produce la exfoliación). El vehículo es el agua (aunque en otros casos pueden ser aceites) y el correctivo serían aromatizantes (perfumes), así como conservantes antimicrobianos, etc...

En nuestro gel exfoliante no introduciremos correctivos para mejorar el olor (perfume) o conservantes (con lo cual no puede utilizarse durante mucho tiempo), pero si utilizaremos un agente gelificante.

Ingredientes:

1- Polímero espesante catiónico.
En esta ocasión utilizaremos Polyquaternium PQ-37. Se trata de uno de los mas utilizados en la industria cosmética. Consta de cadenas poliméricas con grupos de amina cuaternaria, en concreto poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride), CAS:26161-33-1. De hecho la nomenclatura polyquaternium es una nomenclatura típica en cosmética que indica la presencia de un grupo amina cuaternaria.

Polyquaternium PQ-37:



¿No os ha pasado alguna vez que tras cepillaros el pelo, éste ha quedado encrespado, y cada pelo parece elevarse y separarse del resto? Este efecto es debido a la electricidad estática generada por el rozamiento. Al frotarse dos cuerpos los electrones pueden saltar creándose electricidad estática. Este grupo cargado positivamente sirve como acondicionador, vuelve a establecer el balance electrónico del pelo o de la piel, al igualar las cargas.

Aspecto tras añadir el espesante:



2- Agua, que servirá como vehículo.

3- Polímero para exfoliación.
En esta ocasión hemos utilizado el Lipobead Blue AE. Se trata de polímeros de encapsulación con vitamina A y E. La vitamina A es retinol y produce beta-carotenos de acción antioxidante y la vitamina E es tocoferol, protege de los radicales libres y evita el envejecimiento. Interviene también el tocoferol en la formación del grupo prostético hemo (pigmento de la sangre transportador de oxigeno junto con hierro). Estas dos vitaminas estan encapsuladas en una matriz de lactosa, celulosa microcristalina e hidroxipropil metilcelulosa y se liberan al romperse el encapsulado por el rozamiento.



La práctica se realiza en 15 minutos.



Quizás es complicado obtener estos productos. Una alternativa mas barata y viable sería utilizar goma xantana para espesante en el agua (sería únicamente un espesante y no poseería todas las propiedades citadas).

Como podéis ver es muy sencillo de realizar y en una sola práctica hemos tratado temas tan diferentes como piel, polímeros, electricidad estática y cosmética (biología, química, física y farmacia)...

Espero que os haya gustado

Sergio

INFORMACIÓN EXTRA

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PD: Quiero dar las gracias a Patricia Espuig por toda la información que me ha facilitado, su paciencia y su amistad. Un beso.

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