Isomería en polímeros


ALCANOS. ISOMERÍA Y TEMPERATURA DE FUSION DE POLIMEROS.

OBJETIVOS.
Objetivo didáctico. Deducir la relación que guardan la masa y estructura de los alcanos con algunas propiedades físicas, como la temperatura de fusión; al mismo tiempo.

Objetivo experimental. Someter a calentamiento muestras de isómeros de diferentes polímeros para relacionar sus propiedades físicas con la estructura de los mismos.

INTRODUCCION.
Los estados de agregación en que se encuentra la materia son: sólido, líquido y gaseoso. Los líquidos están formados por moléculas muy próximas unas de otras, pero libres aún para moverse, deslizándose unas sobre otras. Pueden pasar al estado sólido si se baja la temperatura hasta el punto en que las fuerzas de atracción entre las moléculas las mantengan dentro de una forma y volumen determinado; asimismo, si se aumenta la temperatura de un sólido, las moléculas se mueven cada vez más aprisa hasta que se liberan nuevamente unas de otras y se deslizan transformándose nuevamente en líquido (fusión). El punto de fusión (Tfus o pfus) es la temperatura a la cual la fase sólida pasa a fase líquida.

MATERIALES Y EQUIPOS.
Cronómetro 1
Cuchara 1
Horno (gas, eléctrico o microondas) 1
Papel aluminio 1 hoja de 20 x 20 cm
Termómetro -10 a 200 °C 1
Tijeras 1

REACTIVOS Y SUSTANCIAS.
El experimento sobre "temperatura de fusión" se realiza con una muestra (una cucharada) de alta densidad (HD) y una de baja densidad (LD) de alguno de los polímeros escogidos de la Tabla siguiente:

Temperatura de fusión estándar (Tfus) y densidad (d) para algunos polímeros alifáticos.


PROCEDIMIENTO.
Equipo de protección.
Ojos.
Anteojos de policarbonato o monogógles sin ventilación.
Piel.
Ropa de algodón.
Guantes térmicos para materiales calientes.
Respiratorio.
Entendido
No se requiere respirador.
Cuide de no quemar las muestras; los vapores pueden ser tóxicos.
Precauciones especiales.
Extinguidor de polvo químico, CO2 o gas halón (Tipo ABC).

Recuerde que los hidrocarburos son sustancias combustibles, por lo que debe trabajarse con sumo cuidado para evitar su ignición por su exposición al calor o el fuego. TENGA UBICADO O A LA VISTA Y AL ALCANCE EL EQUIPO DE EXTINCION DE FUEGO.

Experimento.
1. Colóquese ropa de algodón para protección (bata).
2. Revise que las llaves de gas estén cerradas.
3. Revise que las llaves de agua estén cerradas.
4. Revise que los contactos eléctricos estén libres.
5. Revise que los interruptores de luz de la cocina estén encendidos.
6. Revise que el área esté bien ventilada.
7. Revise que el polímero No. 1 esté en la cubierta.
8. Revise que el polímero No. 2 esté en la cubierta.
9. Revise que el polímero No. 3 esté en la cubierta.
10. Revise que el polímero No. 4 esté en la cubierta.
11. Colóquese anteojos de policarbonato o monogógles sin ventilación.
12. Si el horno es de gas o eléctrico, coloque el termómetro adentro.
13. Encienda un cerillo o el encendedor (si es horno de gas).
14. Abra la llave del gas.
15. Acerque el cerillo o encendedor a al quemador (si es horno de gas).
16. Encienda el horno si es eléctrico o de gas.
17. Gire el termostato hasta 100 °C (si es horno de gas o eléctrico).
18. Tome la hoja de papel aluminio.
19. Tome las tijeras.
20. Corte cuatro cuadros de papel aluminio de 5 x 5 cm.
21. Con las hojas recortadas elabore cuatro charolas con 0.5 mm de borde.
22. Con marcador indeleble marque cada charola con un número del 1 al 4.
Temperatura de fusión.
23. Tome la charola de aluminio No. 1.
24. Tome una cucharada del polímero No. 1.
25. Vierta la cucharada del polímero No. 1 en la charola.
26. Coloque la charola No. 1 en la mesa.
27. Tome la charola de aluminio No. 2.
28. Tome una cucharada del polímero No. 2.
29. Vierta la cucharada del polímero No. 2 en la charola.
30. Coloque la charola No. 2 en la mesa.
31. Tome la charola de aluminio No. 3.
32. Tome una cucharada del polímero No. 3.
33. Vierta la cucharada del polímero No. 3 en la charola.
34. Coloque la charola No. 3 en la mesa.
35. Tome la charola de aluminio No. 4.
36. Tome una cucharada del polímero No. 4.
37. Vierta la cucharada del polímero No. 4 en la charola.
38. Coloque la charola No. 4 en la mesa.
39. Introduzca las cuatro charolas de aluminio en el horno.
40. Eche a andar el cronómetro.
41. Si es horno de microondas, caliente a potencia alta por 5 minutos.
42. Caliente hasta ver un cambio en dos de las muestras de polímeros.
43. Suspenda el calentamiento.
44. Anote la temperatura y el tiempo transcurrido.
45. Con los guantes calientes extraiga las cuatro charolas de aluminio.
46. Con los guantes calientes extraiga el termómetro.
47. Deseche los residuos orgánicos(ver Forma de desechar).
48. Deseche las charolas de aluminio.
49. Guarde el material y apague los equipos.
50. Revise que no haya reactivos en la cubierta.
51. Revise que la cubierta esté limpia y seca.
52. Revise que las llaves de gas estén cerradas.
53. Revise que las llaves de agua estén cerradas.
54. Revise que los contactos eléctricos estén libres.
55. Revise que los interruptores eléctricos de la cocina estén apagados.
56. Retírese el equipo de protección personal.
57. Guarde el equipo de protección personal.
58. Revise que la luz de la cocina esté apagada.

Forma de desechar.
Queme los residuos orgánicos en un incinerador con filtro y trampa.

OBSERVACIONES.
Se debe revisar la relación que tiene la estructura química con las transiciones de fase sólida a líquida. Con base en esta relación se explican los cambios de sólido a líquido (fusión), de líquido a gas (ebullición) y de sólido a gas (sublimación).
Busque en la literatura correspondiente las temperaturas de fusión de las substancias que puedan ser similares o iguales a los problemas estudiados.
Con la información disponible en la literatura se calcula el porcentaje de error (E%) mediante la relación:

Tfus lit - Tfus exp
E% = ------------------- x 100
Tfus lit

Donde Tfus lit es la temperatura de fusión publicada y Tfus exp es la temperatura de fusión experimental. Con estos datos se procede a realizar la corrección de la temperatura de fusión a las condiciones particulares de altura sobre el nivel del mar (p. ej., la Ciudad de México está a 2,250 m snm ó 585 mm de Hg); no se debe olvidar que los valores reportados en la literatura corresponden a condiciones estándar de 1 atm. ó 760 mm Hg o equivalentes a 1013 mb.
Con los datos obtenidos de esta manera, se procede a identificar las substancias problema.
Con los valores finalmente obtenidos se elabora una gráfica de Tfus vs M, tanto de los valores encontrados en la experiencia como los consultados en la literatura, para determinar la relación entre ambas variables.

REFERENCIAS
Shriner, R.L., Fuson, R.C. y Curtin, D.Y. 1948. The systematic identification of Organic Compounds. A laboratory manual. John Wiley and Sons, New York.
The Merk Catalogue. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996.
The Merk Index. 12th ed. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996.
Wade, L.G. 1993. Química Orgánica. 2a ed. Prentice Hall Hispanoamericana, México.
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© Raúl Alva*, México, 5/III/2001.
*Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, México.