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- + 3H2O  ®    2AlCl4-  + 6OH-
AlCl4- + 4H2O  ® Al(OH)2Cl  + 3Cl- + 2H3O+

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

lunes, 23 de septiembre de 2013

CLUSTER cumple 5 años

Parece que han pasado cuatro días, pero el 18 de Agosto se cumplieron 5 años desde que un día CLUSTER salió a la luz. Una idea descabellada de mostrar experimentos científicos a través del vídeo. Influenciado por dos grandes canales que todavía siguen subiendo vídeos fantásticos, fqmanuel y depfisicayquimica, me propuse subir yo también experimentos a youtube y ver que comentaba la gente. También podría explicar en un blog el experimento, y así poder ampliar mucho mas el contenido del mismo.

Parece ser que el experimento ha funcionado, y aunque no soy de los canales mas vistos en youtube ni de lejos (hay que decir que hay canales realmente con una enorme afluencia), y tampoco de los blogs mas vistos, si que creo haberme hecho un huequecito en el mundo de la divulgación, y creo que el propósito del blog y del canal se han cumplido.

Durante este viaje he podido "conocer" a mucha gente, he podido leer historias preciosas vuestras, algunas de ellas que me han emocionado muchísimo, y me alegra mucho haber sido de ayuda, o haber contribuido a facilitaros las cosas. No obstante es a vosotros a quienes os he de agradecer, que hayáis utilizado parte de vuestro tiempo a leerme, y a ver mis vídeos. ¡¡Muchas gracias a todos!!



Este mismo pasado mes de agosto también llegábamos al millón de visitas en el blog. Nada menos que un millón de personas han entrado y leído algún artículo del blog. La verdad es que me siento alagado. Espero que os haya sido realmente útil.


Espero que aun le queden muchos años al blog y al canal de youtube, y que aunque ya no se actualice tan regularmente como antes (los que también intentéis mantener un blog desde hace ya mas de 5 años, me entenderéis), espero que los artículos que se vayan publicando sean de vuestro interés, y siga siendo útil su presencia en la web.

¡¡¡Nos vemos en el próximo experimento!!!

Un saludo

Sergio

martes, 20 de agosto de 2013

Migración de Iones (II)

Hace un par de semanas os retaba con una pregunta relacionada con un experimento. Ha llegado el momento de contestarla.
Si recordáis, el experimento consistía en realizar una disolución de permanganato de potasio y sulfato de cobre (II), introducirla en un tubo en U, y aplicar a éste una diferencia de potencial de 30 V. Al final de vídeo podemos ver como los colores se separan milagrosamente. Podéis ver el experimento en el siguiente vídeo:



Explicación del experimento

La explicación se puede realizar a partir de la química. Tanto el permanganato de potasio, como el sulfato de cobre (II) son sales, y por lo tanto compuestos iónicos. Cuando se encuentran en fase sólida los tenemos en forma cristalina, formando una red iónica, una estructura compacta perfectamente distribuida. No obstante al disolverse, la estructura compacta de pierde, el agua empieza a entrar en la estructura solvatando a los iones, y separándolos.




Al tener varios iones en disolución, nos encontraremos con una mezcla homogénea, una disolución con un montón de iones viajando libremente. En nuestro caso, al tener sulfato de cobre (II) y permanganato de potasio tendremos 4 iones diferentes: El Cu (II), que es azul, el sulfato, incoloro, el potasio incoloro, y el permanganato, de color violeta.




Al aplicar una diferencia de potencial en la disolución, los iones, al estar cargados, se moverán por la disolución. Los positivos irán donde está el polo negativo, y los negativos al polo positivo. A este proceso se le denomina migración de iones. Así pues, el polo negativo tendrá una disolución azulada, y el positivo de color violeta:



En el siguiente vídeo podréis ver toda la explicación, con animaciones:


Espero que os haya gustado todo el experimento, y la explicación. ¡¡Nos vemos en el próximo experimento!!

Sergio

PD: He de agradecer a Fina Guitart y a Josep Corominas la ayuda en la realización del experimento práctico

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