Esc. Sec. Téc. # 2

Ciencias III Química

3ro “C”

PROYECTO

¿Cómo se sintetiza un material elástico?

Alumna: Maria Fernanda Martínez González

Profesor: Primo Vairon Ruiz Acevedo

[pic]

INDICE

Portada…………………………………………………………………….1

Índice………………………………………………………………………2

Introducción……………………………………………………………….3

Hipótesis……………….......................................................................4

Información

Polímeros………………………………………………………………….5

Definición y clasificación…………………………………………………5

Síntesis de polímeros…………………………………………………….6

Peso molecular……………………………………………………………6

Cristalinidad……………………………………………………………….6

Factores que influyen en la cristalinidad de un polímero……………..7

Comportamiento térmico…………………………………………………8

Conclusión…………………………………………………………………9

Bibliografía ……………………………………………………………….10

INTRODUCCIÓN

En esté proyecto, se espera obtener los conocimientos acerca de las definiciones de palabras clave que conforman el titulo, así como los aspectos y características que tienen; las aplicaciones que existen y que se pueden llevar a cabo en ellos, etc.

Se pretende redactar la información de la forma más concreta, verídica y detallada posible para que los alumnos del tercer año de secundaria logren comprender de manera sencilla este tema, siempre usando las palabras adecuadas para su entendimiento.

[pic]

[pic]

HIPOTESIS

1.-¿Qué es un material elástico?

Es aquel con propiedades de elongación, es decir que se estira y se contrae.

Los materiales elásticos son conocidos como polímeros, y han existido en la naturaleza desde siempre, sin embargo, a pesar de que los polímeros pueden ser encontrados en el medio natural, el ser humano ha creado algunos sintéticos.

2.-¿Qué es elasticidad?

Capacidad de un material de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas se eliminan, o sea que vuelva a su estado original después de aplicarle algún esfuerzo.

3.-¿Cómo se clasifican los polímeros?

Una forma de clasificar los polímeros es según su respuesta mecánica frente a temperaturas elevadas. En esta clasificación existen dos subdivisiones: los polímeros termoplásticos y los polímeros termoestables.

4.-¿Qué son los polímeros termoplásticos?

Los termoplásticos se ablandan al calentarse (a veces funden) y se endurecen al enfriarse (procesos totalmente reversibles y que pueden repetirse). Estos materiales normalmente se fabrican con aplicación simultánea de calor y de presión. A medida que la temperatura aumenta, la fuerza de los enlaces secundarios se debilita y facilita el movimiento de las cadenas adyacentes al aplicar un esfuerzo. Los termoplásticos son relativamente blandos y dúctiles. La mayoría de los polímeros lineales y los que tienen estructuras ramificadas con cadenas flexibles son termoplásticos.

5.-¿Qué son los polímeros termoestables?

Los polímeros termoestables son los que se endurecen al calentarse y no se ablandan al continuar calentando.

Generalmente son mas duros, resistentes y mas frágiles que los termoplásticos y tienen mejor estabilidad dimensional. La mayoría de los polímero entrecruzados y reticulados, como el caucho vulcanizado, los epoxi y las resinas fenólicas y de poliéster, son termoestables.

6.-Cuantos Tipos de Polímeros Existen?

Los polímeros se clasifican en dos tipos: Naturales y Sintéticos.

Los cuales clasifican sus vástagos:

*Según su origen.

*Según su mecanismo de polimerización.

*Según su composición química.

*Según su aplicaciones.

*Según su comportamiento al elevar la temperatura.

7.- ¿De donde provienen los polímeros?

Los polímeros provienen mayoritariamente del petróleo (mezcla de hidrocarburos). Un 4 % de la producción mundial de petróleo se convierte en plástico.

INFORMACIÓN

Polímeros

El consumo medio de materiales plásticos en los países industrializados es de 70 Kg/habitante por año.

Dos características de los plásticos justifican este uso generalizado: su facilidad para moldearse a geometrías complicadas en tiempos muy cortos y su resistencia a la intemperie.

Definición y clasificación

Los plásticos son materiales que se pueden moldear fácilmente, en su mayoría sintética y orgánicamente, constituidos por macromoléculas.

Los polímeros son moléculas lineales o ramificadas, formadas por la repetición indefinida de grupos funcionales simples (monómeros) que se componen básicamente de C, H, O, N.

Se llama grado de polimerización (G.P.) al número de veces que se repite el monómero para formar la macromolécula, en valor promedio. Para grados de polimerización muy bajos, se obtienen líquidos a temperatura ambiente (aceites sintéticos y ceras); al aumentar el G.P. el producto será normalmente sólido a temperatura ambiente, aumentando progresivamente su temperatura de fusión, hasta llegar a tamaños donde se estabiliza este valor, característico para cada polímero. Por tratarse en muchos casos de sólidos amorfos, no se puede hablar de punto de fusión, con una transición brusca de sólido a líquido, sino de un reblandecimiento progresivo con la temperatura.

Para conseguir estabilidad térmica y evitar que la agitación cinética provocada por la temperatura rompa ésta macromolécula, los enlaces que forman el esqueleto de la molécula deben ser de muy alta energía, como por ejemplo -C-C-C-, o anillos bencénicos, o -Si-O-Si-O-.

No todas las propiedades de los polímeros se derivan de la fuerza de esos enlaces primarios; las fuerzas de atracción intermoleculares, mucho más débiles, pero reversibles, justifican la mayor parte de las propiedades de los polímeros, justifican la mayor parte de las propiedades de los polímeros; al calentar el material estos enlaces se debilitan, permitiendo a las macromoléculas deslizarse unas sobre otras, dando lugar a fenómenos de fluencia y de flujo en fundido.

Este esquema estructural de largas moléculas lineales o ramificadas, unidas entre sí sólo por enlaces secundarios, corresponde al grupo de polímeros que se conocen como termoplásticos. El procesado de estos materiales se realiza calentando el material hasta que se licúe, y dejándolo enfriar en un molde con la forma deseada. Dado el bajo salto de temperaturas requerido, el proceso de fabricación se realiza muy rápidamente, en tiempos inferiores a un minuto.

En ocasiones, interesará bloquear el deslizamiento de unas macromoléculas sobre otras para limitar la fluencia. Una forma de hacerlo será establecer anclajes químicos mediante enlaces primarios puntuales entre moléculas. Con ello, se anula para siempre la posibilidad de reprocesar ese material. Cuando el número de puntos de anclaje es pequeño, la molécula puede todavía cambiar apreciablemente su geometría al someterla a deformación mecánica, recuperando la geometría original al eliminar la tensión. Se tiene el grupo de los elastómeros, caracterizados por ésta propiedad.

A los plásticos caracterizados por su bajo alargamiento a rotura y por su infusibilidad, se les llama termoestables. El procesado de estos materiales será permitir que la masa líquida de prepolímero se adapte a la geometría deseada, y esperar que se complete la reacción química.

Síntesis de polímeros

Los polímeros provienen mayoritariamente del petróleo (mezcla de hidrocarburos). Un 4 % de la producción mundial de petróleo se convierte en plástico. Después de un proceso de "cracking" y "reforming", se tienen las moléculas simples, como etileno, benceno, etc., a partir de las que comenzará la síntesis del polímero.

Se distinguen dos métodos de polimerización:

Polimerización por adición: el polímero es sintetizado por la adición de monómero insaturado a una cadena de crecimiento. Por este procedimiento se sintetizan el polietileno (PE) y las distintas poliolefinas, polímeros vinílicos y acrílicos.

La polimerización vía radical se inicia debido a la presencia de moléculas distintas del monómero, llamadas iniciador, que con facilidad se descomponen formando radicales (moléculas con electrones desapareados) (reacción 1). Aunque mantienen neutralidad eléctrica, tratan de capturar electrones compartidos, para lo que fijan un monómero, transfiriendo su inestabilidad al extremo siguiente de la cadena (reacción 2). Esta etapa de crecimiento se repite sucesivamente (reacción 3). Hasta que, por recombinación de dos extremos de radical en crecimiento (reacción 4), o por un fenómeno de transferencia al iniciador, el radical se desactiva.

La concentración de iniciador y su velocidad de descomposición, dependiente de la temperatura, controlan la velocidad global de polimerización, y afectan inversamente la longitud promedio de cadena.

La polimerización por condensación exige moléculas distintas, bifuncionales y reactantes, en proporción estequiométrica, con/sin eliminación de subproducto, normalmente agua, durante la polimerización.

El Nylon 6-6 (nombre comercial de la poliamida de condensación de la hexametilendiamina con el ácido adípico), ya sintetizado en 1929, es todavía uno de los plásticos más apreciados.

Al comparar con la polimerización por adición, hay que señalar la ausencia de iniciador, la práctica desaparición de monómeros al iniciarse la polimerización, generándose dímeros, trímeros, etc., y que el final del crecimiento se consigue al añadir moléculas monofuncionales.

Peso molecular

El peso molecular del polímero influye en sus propiedades mecánicas en estado sólido, creciendo éstas de forma asintótica: la parafina y el polietileno tienen similar estructura química, diferenciándose en su peso molecular promedio. En sentido negativo, muy altos pesos moleculares van asociados a muy alta viscosidad del polímero fundido, y por tanto a dificultades en el procesado.

Cristalinidad

En algunos polímeros ocurre que, debido a la atracción química que unas partes de la cadena ejercen sobre otras, la macromolécula se pliega sobre sí misma en zigzag, produciéndose dentro de la masa del polímero sólido regiones cristalinas en forma de láminas, intrínsecamente mezcladas con zonas amorfas.

La cristalinidad se manifiesta como:

• Ligero aumento de densidad respecto del mismo polímero en estado completamente amorfo; la mejor ordenación hace que para la misma masa ocupe menor volumen. Esta propiedad sirve para evaluar el porcentaje de cristalinidad, que se define como la fracción en peso de parte cristalina.

• Los polímeros policristalinos no son transparentes. Al igual que la nieve, los cristales se orientan en todas direcciones, con un índice de refracción diferente en las zonas amorfas adyacentes. Se producen reflexiones múltiples de la radiación luminosa incidente hacia cualquier dirección, lo que hace que el sólido parezca blanco; salvo que se produzca absorción preferencial de una frecuencia luminosa.

Sólo tendrían transparencia en el caso singular de cristales de pequeño tamaño, inferior a la longitud de onda luminosa.

• Resistencia química a los disolventes, incluso a aquellos que presentan similar parámetro de solubilidad. Las moléculas de disolvente, que penetraban por los huecos de las zonas amorfas, no encuentran acceso en las zonas cristalinas. Gracias a esta propiedad, es posible hacer depósitos de gasolina en PE, dado su carácter cristalino, a pesar de la proximidad de sus parámetros de solubilidad.

• Temperatura de fusión definida. La red cristalina impone distancias uniformes entre cadenas, que se desmoronan por agitación cinética a la misma temperatura; a diferencia del estado amorfo, en el que se experimenta un reblandecimiento progresivo. Esta transición brusca de sólido a líquido es buena desde el punto de vista del procesado. La solidificación irá acompañada de una alta contracción volumétrica, aspecto negativo para el acabado superficial de la pieza.

• Aumento espectacular de las propiedades mecánicas tras estiramiento. Si la masa de polímero fundido se hace pasar por unas hileras, y en estado semi-sólido (a temperatura inferior a la de fusión, para que se hayan formado los cristales, pero superior a la de transición vítrea, para permitir movimientos conformacionales en las zonas amorfas), se ve sometido a tensión, se produce un estiramiento de la fibra, forzando una orientación preferente en los cristales de la misma. El módulo elástico en sentido axial se ve inmediatamente mejorado.

Debido a la existencia de zonas cristalinas entremezcladas con zonas amorfas, los polímeros semicristalinos se comportan como un micro material compuesto, lo que le confiere una alta tenacidad y resistencia mecánica.

Factores que influyen en la cristalinidad de un polímero

• Simetría de la cadena. El polietileno y el PTFE (Teflón) son ejemplos de polímeros altamente cristalinos. Los grupos laterales voluminosos dificultan la ordenación.

• Intensidad de la atracción entre cadenas. Fuertes enlaces secundarios, regularmente distanciados, favorecen la cristalinidad.

• Flexibilidad de la cadena principal. A menor flexibilidad, como por ejemplo, con anillos bencénicos en la cadena principal, se aumenta extraordinariamente la tendencia a la cristalinidad.

• La velocidad de enfriamiento influye en el porcentaje de cristalinidad alcanzado por el sólido.

En 1956 se descubrió la síntesis por adición con catalizadores Zieggler-Natta; el polímero crece como un pelo, anclado en la superficie del catalizador, a donde llega el monómero por difusión. De esta forma, el monómero se coloca de una forma precisa respecto del anterior en la cadena; y esta regularidad posicional permitirá que polímeros no simétricos puedan cristalizar.

Buscando fuertes enlaces secundarios, como los puentes de hidrógeno, se refuerza la tendencia a la cristalización. El mismo concepto opera en las fibras de Nylon, o poliamidas alifáticas. Espaciando regularmente grupos amida se consigue mayor cristalinidad que con el polietileno simple.

Para conseguir una mayor ordenación todavía, se puede buscar una estructura rígida para la cadena principal, eliminando la posibilidad de rotación en el espacio del enlace C-C.

Las fibras de Kevlar presentan una de las relaciones resistencia mecánica/peso más altas, entre todos los materiales conocidos. Este material se descompone antes de fundir, lo que hace que no pueda procesarse como un termoplástico convencional.

Comportamiento térmico

Todos los polímeros termoplásticos y termoestables, experimentan, a una cierta temperatura Tg (temperatura de transición vítrea), una notable disminución de su módulo elástico. Este cambio va asociado a una transformación interna en estado sólido, que se manifiesta como un cambio en su capacidad calorífica; igualmente, esta temperatura marca un cambio marca en el coeficiente de expansión térmica. El fenómeno anterior está asociado a movimientos colectivos en las zonas amorfas del polímero.

A bajas temperaturas, la energía cinética de los átomos es insuficiente para provocar movimientos colectivos (cambios conformacionales), estando el polímero rígido, inmovilizado. Al alcanzarse la temperatura vítrea, el polímero puede moverse entre varias geometrías posibles, lo que le hace ser más elástico, y ocupar un mayor volumen. Estos cambios conformacionales sólo pueden producirse en la zona amorfa del polímero, ya que en la zona cristalina, si existiera, los segmentos de cadena adoptan una posición precisa unos respecto de otros, impidiendo cualquier cambio conformacional. La disgregación de estas zonas cristalinas, cuando existen, se produce a la temperatura de fusión Tf.

CONCLUSIÓN

En conclusión, después de analizar la providencia de los materiales elásticos, se deduce que estos vienen de plásticos que debido a su composición son fáciles y rápidos de moldear y tienen propiedades elásticas y flexibles; y también de polímeros los cuales son moléculas lineales o ramificadas, formadas por la repetición indefinida de grupos funcionales simples (monómeros) que se componen básicamente de C, H, O, N.

También logramos explicar los diferentes fenómenos que pueden ocurrir en ellos, como la cristalinidad, su comportamiento térmico, entre otras, que ocurren en ellos dependiendo de distintos factores.

[pic] [pic]

[pic] [pic]

BIBLIOGRAFIA

http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090528142247AAPpakD

http://html.rincondelvago.com/polimeros-sinteticos-y-naturales.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Material-Elastico/409312.html

http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110427084953AAGyM6f

http://www.buenastareas.com/ensayos/Como-Se-Sintetiza-Un-Material-Elastico/373273.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico

http://www.buenastareas.com/ensayos/Como-Se-Sintetiza-Un-Material-Elastico/2468823.html