PRACTICA # 5

FACULTAD DE INGENIERIA

E.A.P DE INGENIERIA AMBIENTAL

QUIMICA ORGÁNICA Y AMBIENTAL

DOCENTE

Ing. Walter Núñez

ESTUDIANTE:

Evosiem Luz Tarazona Moreno

AULA TURNO Ciclo

414 A Tarde 2014 - I

FECHA DE PRÁCTICA

25 de junio del 2014

FECHA DE ENTREGA

02 de julio del 2014

POLIMÉROS: POLIMERIZACIÓN DEL ESTIRENO

POLIMEROS: POLIMERIZACIÓN

DEL ESTIRENO

I.- RESUMEN

Los objetivos son: reconocer la obtención del polímero de adición (poliestireno), reconocer y entender de que forma contaminan los polímeros sintéticos y reconocer el uso de un catalizador en la velocidad de reacción de la polimerización realizada.

Para ello en un la mitad de una botella limpia se mezcla la resina con el estireno se le añade el octonoato de cobalto, el catalizador y mezcla bien, luego se añade trozos de fibra de vidrio y se le va moldeando al a botella base, se hace secar y se desmolda.

Las conclusiones que se obtienen son: El estireno al combinarse con la resina de poliéster actúa como un diluyente de éste, es decir reduce su viscosidad permitiendo un mejor su mejor manejo. El octonoato de cobalto actúa en la mezcla como un acelerador de secado.

El catalizador de MEK en la mezcla provoca una reacción exotérmica con liberación de radicales que permite que los elementos químicos de la resina se enlacen, formando una red que en una primera fase hace que se gelifique y finalmente se endurezca.

II.- MARCO TEORICO

2.1.- Definición de Monómeros y Polímeros

2.1.1. Monómeros.- Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular que pueden unirse a otras moléculas pequeñas (ya sea iguales o diferentes) para formar macromoléculas de cadenas largas comúnmente conocidas como polímeros.

2.1.2. Polímeros.- Los polímeros son mezclas de macromoléculas de distintos pesos moleculares. Por lo tanto no son especies químicas puras y tampoco tienen un punto de fusión definido.

Cada una de las especies que forman a un polímero sí tiene un peso molecular determinado (Mi) y por lo tanto, para caracterizar una muestra de polímero se busca caracterizar la distribución de pesos moleculares de las moléculas de las especies que lo conforman: la proporción (generalmente en peso, wi) de cadenas de cada Mi que forma la mezcla

2.2.- Propiedades de los Polímeros Sintéticos

En función de la composición química, los polímeros pueden ser inorgánicos como por ejemplo el vidrio, o pueden ser orgánicos como por ejemplo los adhesivos de resina epoxi, los polímeros orgánicos se pueden clasificar a su vez en polímeros naturales como las proteínas y en polímeros sintéticos como los materiales termoestables.

Existen diferentes parámetros que miden las propiedades de los polímeros como el radio de giro, la densidad del polímero, la distancia media entre las cadenas poliméricas, la longitud del segmento cuasi-estático dentro de las cadenas poliméricas, etc...

Entre las propiedades que definen las propiedades de los polímeros, las más importantes son:

La temperatura de transición vítrea del polímero

El peso medio molecular del polímero

La temperatura de transición vítrea determina la temperatura en la cual el polímero cambia radicalmente sus propiedades mecánicas, cuando la temperatura de transición vitrea es ligeramente inferior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material elástico (elastómero), cuando la temperatura de transición vitrea es superior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material rígido (termoestable).

El peso molecular medio determina de manera directa tanto el tamaño del polímero así como sus propiedades tanto químicas como mecánicas (viscosidad, mojado, resistencia a la fluencia, resistencia a la abrasión …), polímeros con alto peso molecular medio corresponden a materiales muy viscosos.

Existen un gran abanico de materiales cuya composición se basan en polímeros, todos los plásticos, los recubrimientos de pintura, los adhesivos, los materiales compuestos, etc... son ejemplos de materiales basados en polímeros que utilizamos en nuestro día a día.

2.3.- Clasificación de los Polímeros

Por su Origen

Naturales: Existen en la naturaleza formando parte de la vida vegetal y animal, ejemplo las proteínas, carbohidratos, etc.

Artificiales: Son los polímeros naturalmente modificados, ejemplo derivados del caucho, carboximetilcelulosa (CMC), etc.

Sintéticos: Son los sintetizados por el hombre, ejemplo el nylon, el PVC, etc.

III.- DATOS EXPERIMENTALES

3.1.- Materiales y Metodología

Materiales

espátula resina de poliéster 1 piceta de agua destilada Bagueta de vidrio Octonoata de Cobalto Peroxido de metil acetona MEK-

catalizador.

Envases descartables estireno Alcohol acetona.

Metodología

La metodología empleada fue experimental y observacional, ya que todos los datos obtenidos productos de la observaciones de reacciones y fueron clasificadas en tablas.

3.2.- Procedimiento Experimental:

Concluida la teoría, se procede a realizar los experimentos para poder identificar y diferenciar los compuestos orgánicos de los grupos funcionales carbonilo y carboxilo a través de siguiendo los pasos

a.- Polímeros de adición (Polimerización del Estireno)

Usar una botella de plástico que esté limpia y seca, cortarlo por la mitad. Preparar la siguiente mezcla en la mitad de la botella:

a) Colocar en el frasco de tapa azul la resina de poliéster, observe el color, olor apariencia anote. Ver figura 1

Fig. 1: la resina de poliéster.

b) En el frasco de tapa blanca está el monómero (estireno) el cual es un líquido inodoro, anotar su color, apariencia, olor. Ver figura 2

Fig.2: el estireno

c) Mezclar la resina con el monómero en la proporción de 1:1 se agita con la bagueta por un minuto. Anotar las observaciones. Ver figura 3

Fig. 3: mezcla de la resina

con el estireno.

d) A la mezcla anterior añadir octonoato de cobalto (el cual es de color morado), anotar las observaciones. Ver figura 4

Fig. 4: mezcla con el octonoato de Cobalto

e) Se agrega también una gota del catalizador MEK (peróxido de metil etil Cetona), donde la mezcla pasa de un color morado a uno verde, a mas adición de MEK,, más rápido será el secado. Anotar observaciones. Ver figura 5.

Fig. 5: el catalizador

Agregar fibra de vidrio y modelar según el envase rápidamente entes que se solidifique. Ver figura 6 y 7.

Fig. 6: fibra de vidrio Fig. 7: Adición de la fibra de vidrio

Desmoldar el contenido. Ver figura 8.

F

Fig. 8; El molde del frasco

V.- RESULTADO EXPERIMENTALES

Los datos experimentales fueron los siguientes:

Observación #1 : Características de la resina de poliéster

OLOR COLOR APARIENCIA

fuerte Marrón oscuro viscosa

Observación #2 : Características del estireno

OLOR COLOR APARIENCIA

dulce Transparente viscosa

Observación #3 : Mezcla de resina + estireno

OLORCOLOR DE LA

MEZCLAAPARIENCIA

Marrón miel Marrón claro Casi liquida

Observación #4 : Mezcla de resina + estireno + octonoato de cobalto

OLORCOLOR DE LA

MEZCLAAPARIENCIA

fétido violáceo Casi liquida

Observación #3 : Mezcla de resina + estireno + MEK

OLORCOLOR DE LA

MEZCLAAPARIENCIA

fétido Morado - verdoso Gel / rigido

V.- CONCLUSION

El estireno al combinarse con la resina de poliéster actúa como un diluyente de éste, es decir reduce su viscosidad permitiendo un mejor su mejor manejo.

El octonoato de cobalto actúa en la mezcla como un acelerador de secado.

El catalizador de MEK en la mezcla provoca una reacción exotérmica con liberación de radicales que permite que los elementos químicos de la resina se enlacen, formando una red que en una primera fase hace que se gelifique y finalmente se endurezca.

La fibra de vidrio permite que la resina adopte una forma, dureza y resistencia.

VI.- RECOMENDACIONES

Manipular cuidadosamente los compuestos que son muy irritantes en la piel. Controlar la cantidad d octonoato de cobalto a emplearse en la mezcla para

evitar que seque rápidamente. Observar muy minuciosamente la reacción de la resina con el estireno. Manipular los químicos con el menor tiempo de exposición por su toxicidad.

VII.- BIBLIOGRAFÍA

http://www.quiminet.com/articulos/monomeros-y-polimeros-303.htm http://ciencia.glosario.net/biotecnologia/mon%F3mero-10145.html http://www.losadhesivos.com/definicion-de-polimero.html http://www.slideshare.net/nano0018/exposicin-no-metalicos http://www.ecured.cu/index.php/Estireno http://usuaris.tinet.cat/jaranda/Poliester_archivos/Page396.htm

http://www.tecnicaindustrial.es/tiadmin/numeros/23/35/a35.pdf http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/Biodegrada.htm http://unamcidi.blogspot.com/p/resinas-poliester.html http://www.pslc.ws/spanish/natupoly.htm http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=548 http://corquiven.com.ve/PDF/MSDS-OCTOATO-DE-COBALTO.pdf V V V V V V

VIII.- CUESTIONARIO:

1. Indicar las aplicaciones de los Polímeros en la industria en general (naturales y sintéticos). Explique.

Durante la Segunda Guerra Mundial surgió la industria de los polímeros sintéticos y plásticos. Algunos de los polímeros sintéticos usados en las industrias son:

El polibutadieno, un elastómero sintético, se fabrica a partir del monómero butadieno, que no posee un metil en el carbono número dos, siendo esta la diferencia con el isopreno.

CH2 = CH – CH = CH2 1,3 -butadieno

El polibutadieno tiene regular resistencia a la tensión y muy poca frente a la gasolina y a los aceites. Estas propiedades limitan las posibilidades de fabricar con ellos los neumáticos.

Policloropreno o neopreno, se fabrica a partir del 2-cloro-1,3-butadieno. El neopreno presenta mejor resistencia a la gasolina y los aceites y se utiliza en la fabricación de mangueras para gasolinas y otros artículos usados en las estaciones de servicio.

Un copolímero es el producto que se forma por la mezcla de dos monómeros, y en cuya cadena existen las dos unidades. El caucho estireno-butadieno (SBR) es un copolímero que contiene un 25% de estireno y un 75% de butadieno. Un segmento de este copolímero es el siguiente:

Este polímero sintético es más resistente a la oxidación y a la abrasión que el caucho natural, pero sus propiedades mecánicas no son tan óptimas. Al igual que el caucho natural, el caucho estireno-butadieno contiene dobles enlaces capaces de formar enlaces cruzados. Este material se usa, entre otras cosas, para la fabricación de neumáticos.

Se ha logrado sintetizar el poliisopreno, un compuesto idéntico en todos los sentidos al caucho natural, solo que no se extrae del árbol del caucho.Las aplicaciones de estos polímetros son:

El Poloetileno y el polipropileno, utilizados para la elaboración de bolsas de plástico;

El poliestireno, o corcho blanco, para embalajes; El PVC, o policloruro de vinilo, para envases y tuberías; El PET (polietilentereftalato), también para envases; El TEFLÓN, como aislante, Las poliamidas (nailon) y los poliésteres (terga), como fibras sintéticas; El metacrilato, como sustitutivo del vidrio; El caucho sintético, para neumáticos.

También existen polímeros artificiales de naturaleza inorgánica, como las SILICONAS, donde el carbono ha sido sustituido por átomos de silicio encadenados con átomos de oxígeno

Por el contrario, entre los polímeros naturales se hallan los hidratos de carbono o polisacáridos, como el almidón o la celulosa; la lana, la seda y otras proteínas, constituidas por aminoácidos; los ácidos nucleicos (el ADN y el ARN), responsables de la información genética, cuyos monómeros constituyentes son un azúcar (ribosa o desoxirribosa), ácido fosfórico y las bases nitrogenadas que constituyen las letras del código genético, y otras sustancias tales como el caucho, derivadas de pequeñas moléculas de hidrocarburos hidrógeno.

Entre sus usos tenemos: El almidón un polisacárido de alto peso molecular se encuentra en

alimentos como el pan, el maíz y las papas. La celulosa, principal polímero constituyente de las plantas y los árboles.

La madera es principalmente celulosa. Este polímero es distinto al almidón. (Haga clic aquí para descubrir más.) El almidón es soluble en agua caliente y con él pueden hacerse útiles objetos. La celulosa, por otra parte, es altamente cristalina y prácticamente no se disuelve en nada. El algodón es una forma de celulosa que empleamos en casi toda nuestra ropa. El hecho de que sea insoluble en agua caliente es importante. De lo contrario, nuestra ropa se disolvería al lavarla. La celulosa posee también otra fantástica propiedad que hace posible que se vuelva lisa y achatada cuando la humedecemos y le pasamos una plancha caliente por encima. Esto hace que nuestra ropa de algodón se vea elegante (al menos por un tiempo) pero no obstante permite una fácil limpieza cada vez que la lavamos. 

¡Quitina: El Polímero de los Amantes de los Mariscos Dentro Suyo! Otro miembro de los polisacáridos es la quitina. Constituye el caparazón de los langostinos, camarones, cangrejos, langostas de mar y otros crustáceos. Es rígida, insoluble... y en cierto modo flexible. Hasta ahora no

hemos logrado hacer polímeros sintéticos que posean esta maravillosa combinación de propiedades. Tampoco hemos descubierto qué hacer con la quitina, si bien empleamos la celulosa para un montón de aplicaciones químicas y para fabricar papel, casas de madera, calzado de madera, etc. Existe un gran campo de investigación acerca de los usos de la quitina para diferentes cosas y quizás algún día podamos hacer ropas o plásticos a partir de ella. Es un área de investigación sumamente importante desde el momento en que se emplean polímeros naturales que provienen de deshechos o recursos renovables. (¿Usted sabe cuántos camarones pierden anualmente sus caparazones para nosotros?) 

Químicamente la quitina es poli(N-acetilglucosamina). Aquí está su estructura: 

2. Explicar e investigar propiedades, usos, interacción con el medio ambiente y precauciones de peligrosidad o toxicidad con el ser humano de los siguientes compuestos:

a. Resina de Poliéster:

Propiedades físicas y químicas:

Usos y aplicaciones:

b. Estireno.-

Propiedades físicas:

Líquido incoloro de aroma dulce que se evapora fácilmente. Nombre sistemático etenilbenceno Fórmula molecular C8H8

Densidad: 909,00 kg/m³ Masa molar: 104,15 g/mol Número CAS 100-42-5 Punto de fusión -30 °C Punto de ebullición a temperatura normal: 145ºC. Solubilidad: Prácticamente insoluble en agua (1%), y soluble en algunos

líquidos.

Densidad: 0.909 g/cm³, en agua Viscosidad 0,762 cP a 20 °C

Estructura y propiedades químicas:

El estireno presenta una estructura formada por una molécula de eteno (CH2=CH2) en la que uno de los hidrógenos ha sido reemplazado por un grupo fenilo (C6H5); se conserva el doble enlace carbono-carbono del eteno. Este doble enlace es un área rica en electrones que hace que la molécula sea especialmente reactiva.

El grupo fenilo se describe como aromático: posee un anillo simétrico hexagonal de átomos de carbono que contiene un tipo de enlace especial que le confiere una estabilidad inusual.

El estireno da lugar a la mayoría de las reacciones del eteno, en particular, las reacciones de adición en las que se rompe el doble enlace y los reactivos se unen a los átomos que lo formaban.

El estireno es apolar, y por tanto se disuelve en algunos líquidos orgánicos, pero no se disuelve muy fácilmente en agua.

Usos:

El estireno es un monómero que se utiliza en la fabricación de una amplia gama de polímeros (como el poliestireno) y elastómeros copolímeros, como el caucho de butadieno-estireno o el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), que se obtienen mediante la copolimerización del estireno con 1,3-butadieno y acrilonitrilo.

La gran mayoría de la producción es vía etilbenceno, es decir, empleando como materias primas el benceno y el etileno.

Es usado en la producción de plásticos transparentes. El etilbenceno es un producto intermedio en síntesis orgánicas, especialmente en la producción de estireno y caucho sintético. Se utiliza como disolvente o diluyente, como componente de los combustibles para automóviles y aviones y en la fabricación de acetato de celulosa.

El estireno tiene buena resistencia mecánica y al impacto. Se emplean en automóviles (parachoques, tableros,…) en electrodomésticos, etc.

Toxicidad:

Intoxicación aguda. El estireno se comporta como:

a) Irritante para las vías respiratorias superiores y la mucosa ocular.b) Puede producir dermatitis.c) Depresor del S.N.C. a altas concentraciones

Exposición crónica ejerce su acción sobre:

- PIEL: Dermatitis irritativa, dermatitis alérgica.- SNC y SNP: Debilidad, cefaleas, fatiga, pérdida de la memoria,

alteraciones de la visión, manifestaciones de compromiso neurológico periférico.

- OFTALMOLÓGICA. Irritación ocular, neuritis óptica.- VIA RESPIRATORIAS: Irritación de vías aéreas superiores, neuritis

auditiva.- PSICOLÓGICA: Alteración de mecanismos psicomotores.- HEMATOLÓGICO: Anemia, leucopenia, cánceres linfáticos y

hematopoyéticos, leucemias y Trombocitopenia.

c. Octonoato de Cobalto:

Propiedades físicas y químicas:

Apariencia. Color azul. Gravedad específica. 1013 / 25° C. Punto de ebullición: N.R. Punto de fusión: N.R. Densidad relativa del Vapor (aire = 1): N.R, Presión de Vapor (mmHg): N.R. Ph: N.R. Solubilidad: insoluble en agua..

Usos

Se utiliza como acelerador con los peróxidos orgánicos para el curado de las resinas del poliester en la temperatura ambiente.

Toxicidad:

Inhalación: dificultad respiratoria. Ingestión: hipotensión. Vómitos, convulsiones, inflamación de la

tiroides, Puede afectar al corazón, especialmente en personas alcohólicas. Piel: irritación dérmica. Ojos: Posible irritación. Efectos crónicos: dermatitis y daños al páncreas.

d. Peroxido de metil etil Cetona MEK – catalizador:

3. ¿Qué es el Polieten tereftalato?¿ Cómo se obtiene? ¿Es posible reciclarlo?

4. ¿Es mejor usar el jabón o detergentes en agua duras? ¿Por qué? ExpliqueLos jabones presentan la desventaja de que si se usan en agua dura, tienden a formar sales con los cationes de los metales formando "natas" que neutralizan su acción. Una alternativa a este problema, surgió cuando se empezaron a sintetizar otros compuestos orgánicos a partir de compuestos químicos del petróleo, que tienen acción detergente

por lo que se les denomina en forma genérica como detergentes. La mayoría de los detergentes son compuestos de sodio del sulfonato de benceno substituido, denominados sulfatos lineales de alquilos (las), hay otros que son los alquilbencen sulfatos de cadena ramificada (abs) que se degradan más lentamente que los las.

El extremo sulfato es soluble en agua y el extremo del hidrocarburo es soluble en aceite, cumpliendo con esto las características de los jabones antes mencionadas. La ventaja de los detergentes es que no forman natas con el agua dura. Por su amplia utilidad los detergentes se usan tanto en la industria como en los hogares, sin embargo, puesto que se emplean en grandes cantidades constituyen una fuente de contaminación del agua. En cuanto a la biodegradabilidad, tanto los detergentes como los jabones son biodegradables, pero la biodegradabilidad se ve limitada si estos compuestos se encuentran en exceso en un cuerpo de agua. 

5. Explique brevemente como es el mecanismo de lavado por el detergente.La agitación mecánica del líquido dispersante tiene varios papeles. De una parte mantiene el líquido homogéneo a la escala del sistema, es decir asegura la misma concentración de detergente y de sucio en todas partes y evita fenómenos de sedimentación. Por otra parte tiene un papel indispensable a nivel de la capa límite ya que produce el cizallamiento necesario para remover, disolver o solubilizar el sucio retenido, y emulsionarlo o des flocularlo según el caso. En la mayoría de los casos se usa una agitación que produce turbulencia, lo cual favorece la transferencia de masa y la suspensión del sucio.

6. ¿Los fosfatos son excelentes abonos vegetales? Explique.Los fosfatos si son excelentes abonos vegetales pues la presencia del Fósforo es importante en las plantas, entre otras cosas, fortalece el desarrollo de las raíces (principal conducto para la alimentación de las plantas), estimula la formación de botones en flores y de frutillas en árboles, evita el fenómeno del "aborto" o abscisión que es la caída prematura de flores, frutos, botones y frutillas. Su movimiento en la tierra es lento a comparación de otros elementos nutricionales por lo que se deben usar formulaciones bajas en contenido de Fósforo "en tierras contenidas" (es decir macetas, jardineras, etc.).

7. ¿La adicción de fosfatos en la formulación de los detergentes no plantea ningún problema ecológico, explique? ¿Qué es la Eutrofización?No está demostrado que el uso de detergentes sin fosfato sea más ecológico que el uso de detergentes con fosfatos, pero los detergentes con fosfatos pueden provocar la eutrofización al momento de pasar al mar mediante las cañerías al final de los lavados.

La eutrofización es el proceso de crecimiento desmedido de algas y malezas acuáticas en las aguas, provocado por fosfatos y otros contaminantes vertidos a las aguas. Las principales manifestaciones de dicho fenómeno son, adicionalmente, la coloración verde-grisácea del agua, la producción de malos olores y la disminución en las concentraciones de oxígeno disuelto.

8. ¿Qué significa la biodegradación? Explique y ejemplos.La biodegradación es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de un compuesto orgánico llevado a cabo por bacterias, hongos, protozoos y otros organismos. En principio, todo compuesto sintetizado biológicamente

puede ser descompuesto biológicamente. Sin embargo, muchos compuestos biológicos (lignina, celulosa, etc.) son difícilmente degradados por los microorganismos debido a sus características químicas.

La biodegradación es un proceso natural, ventajosa no sólo por permitir la eliminación de compuestos nocivos impidiendo su concentración, sino que además es indispensable para el reciclaje de los elementos en la biosfera, permitiendo la restitución de elementos esenciales en la formación y crecimiento de los organismos (carbohidratos, lípidos, proteínas). La descomposición puede llevarse a cabo en presencia de oxigeno (aeróbica) o en su ausencia (anaeróbica). La primera es más completa y libera energía, dióxido de carbono y agua, es la de mayor rendimiento energético. Los procesos anaeróbicos son oxidaciones incompletas y liberan menor energía.

9. ¿Según el estudio de los lípidos, cuando un aceite es secante o no secante y para que se aprovecha esta propiedad?Un aceite secante o aceite que se seca es un aceite que se endurece y se convierte en una película dura y sólida luego de estar expuesto al aire durante algún tiempo y el no secante es el cual no se endurece por ningún motivo. El término "secar" en realidad es incorrecto - ya que el aceite no se endurece por efecto de la evaporación de agua u otros solventes, sino como consecuencia de una reacción química por la cual se absorbe oxígeno del medio ambiente (auto oxidación). Los aceites secantes son un elemento importante de las pinturas al aceite y varios tipos de barnices. Algunos aceites secantes usualmente utilizados son el aceite de lino, aceite de tung, aceite de semilla de amapola, aceite de perilla y aceite de nogal.

10. ¿Explique el enrancia miento de las grasas y cuál es la reacción que la produce?El enrancia miento constituye una forma de deterioro de las grasas y aceites originando olores desagradables.Para que este suceda existen dos mecanismos completamente distintos:

Enrancia miento lipolítico: puede constituir un problema en las grasas lácteas, sobre todo en la mantequilla/manteca. Se produce cuando las lipasas segregadas por la flora microbiana catalizan la hidrólisis de los triglicéridos de la grasa liberándose ácidos grasos de cadena corta.

Enrancia miento oxidativo: afecta a las grasas y aceites y a las partes grasas de la carne y el pescado, y es el resultado de la auto oxidación de los ácidos grasos insaturados.