View
28
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
II CURSO DE DIVULGACINLOS AVANCES DE LA QUMICA Y SU
IMPACTO EN LA SOCIEDAD
II CURSO DE DIVULGACINLOS AVANCES DE LA QUMICA Y SU IMPACTO EN LA
SOCIEDAD
Qumica de lo cotidiano.Los polmeros en nuestras vidas.
Bernardo Herradn
2 de diciembre de 2010
La Qumica de lo cotidiano
Podemos verdaderamente decir que el alcance de la Qumica y susaplicaciones son interminables (Leo H. Baekeland, 1932)
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
La qumica de cada da
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Primera hora: nos despertamos
Componentes qumicos del cafExtraccin de slidos
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
El caf y el desayuno (qumica de los alimentos)
Agua limpia y potable (gracias a la qumica)
Ms de 200 compuestos qumicos?993% de agua004% de cafena012 % de protenas002% de grasasVitaminasSales metlicas
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Tratamiento (qumico) de la leche
Azcar, edulcorantes
S
N
O
H
OO
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Calentamiento en microondas
La radiacin microondas es absorbida por sustancias qumicas con alta constante dielctrica.
Calentamiento selectivo.
En los alimentos, la radiacin es absorbida por las molculas de agua, que puede llegar a calentarse a 110C.La energa se transmite al resto del material por conveccin.
Se puede modular la coccin ajustando la potencia de irradiacin.
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Imidapril (inhibidor de ECA)
Inhibidor de la enzima convertidora de agiotensina
Alguna pastillita por la maana
La agiotensina es un pptido con diversas funciones fisiolgicas, entre ellas controlar la presin sangunea.
Angiotensina I: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu
Angiotensingeno: protena de 452 aminocidos.
Angiotensina II: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
La qumica mdica cotidiana: tratamiento de la hipertensin. Aproximaciones teraputicas.
Bloqueantes-
Bisoprolol
Bloqueantes-
Doxazosin
Bloqueantes de canales de calcio
AmlodipinoClorotiazida
Diurticos
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Papel de la qumica:
Diseo y preparacin de molculas activas para medicamentos.
Elucidacin del mecanismo molecular de los procesos fisiolgicos.
Informacin til para obtener frmacos mejores.
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Una ducha (agua, champ y gel de bao, es decir, qumica)
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Nuestro cuidado (nos acicalamos)
Pasta de dientes, perfumes, desodorantes, protectores solares, cuidado del pelo, tratamiento de belleza, etc
22-1-2009
La belleza
Cosmticos: desde hace 7000 aos.
5000 AC: Sombra de ojos usando minerales de cobre.
1600 AC: Tinte rojo para el pelo.
800-1100: Obtencin de perfumes por destilacin de fuentes naturales (los rabes).
1780: Lavoisier distingue entre cosmticos de origen vegetal/animal u origen mineral.
1850: Desarrollo de la industria de los perfumes y los tintes (basados en la sntesis orgnica).
1920s: Barras de labios.
1950s: Oil of Olay (primer hidratante cutneo).
SENTIDO DEL OLFATO
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
SENTIDO DEL OLFATO
SENTIDO DEL OLFATO. RELACIONES ESTRUCTURA-ACTIVIDAD.
Teora del olor: Slo importa la forma (el tamao).
Esta teora no puede ser correcta, pues compuestos muy similarestienen olores muy distintos o compuestos muy distintos tienenolores similares.
La estereoqumica (forma en el espacio tridimensional) y el carcter electrnico (distribucin de electrones) tienen muchaimportancia.
O O
(S)-(+)-carvona(olor a eneldo)
(R)-(-)-carvona(olor a menta suave)
SENTIDO DEL OLFATO
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Preparacin de componentes de perfmes y fragancias
Componente de las esencias de rosa y de geranio
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
LA REACCIN DE DIELS-ALDER EN LA PRODUCCIN DE PERFUMES
Muguet
Olor a mbar
Floral
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
En nuestra casa
Electrodomsticos: frigorfico, cocina, lavadora, lavavajillas, aire acondicionado
REFRIGERACIN
Lquido o gas refrigerante
Patente de la nevera: Charles F. Kettering (Dayton, Ohio, 1-11-1932)
Compuesto qumico (o mezcla) fcilmente licuable, usado como mediotransmisor de calor entre otros dos en una mquina trmica (neveras, aparatos de refrigeracin, .).
Compuesto con alto calor de vaporizacin.
Alto punto crtico.
Compuestos inorgnicos (agua, amoniaco). Compuestos orgnico (hidrocarburos y derivados):
Los CFCs, perjudiciales para la capa de ozono.
Los HCFCs. Los HFCs.Las mezclas (azeotrpicas o no
azeotrpicas).CFC-12 HFC-134a
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Jabones naturales
Saponinas
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Jabones y detergentes
En uso desde hace 4500 aos.
Jabn natural: ennegrece, forman emulsiones, difcil de eliminar, y otros inconvenientes.
Siglo XV. Comerciantes de Venecia, Savona y Marsella.
Siglo XVIII. Comienzo de la era industrial de la produccin de jabones.
Siglo XIX. La industria del jabn es muy importante (papel de la qumica).
1907. Primer detergente formulado (Henkel). PERSIL (actualmente DIXAN y WIPP, Unilever). Mezcla de perborato sdico, silicato sdico y carbonato sdico.
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Jabones y detergentes
1908. Produccin de 4700 toneladas de PERSIL.
Desarrollo por Hugo Henkel y Hermann Weber, qumicos en Henkel.
Hugo Henkel (1881-1952)
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Detergentes (lavavajilla)
Fosfatos. Solubilizan los iones calcio y magnesio. Para evitar los depsitos de cal en las aguas duras. Problema ecolgico. Agentes blanqueadores. Basados en oxgeno o en cloro (los ms antiguos). Agentes rompedores de depsitos orgnicos. Enzimas. Hidrlisis de protenas y grasas. Almidones. Agentes anti-corrosin. Frecuentemente, silicato sdico. Para proteccin del lavavajillas. Antiespumantes. Aditivos protectores del esmalte de la vajilla. Perfumes. Agentes antiapelmazantes (en granulado) o gelificantes (en geles).
Surfactantantes no inicos. Disminuyen la tensin superficial del agua, ayudan a emulsionar los depsitos de sustancias lipdicas.
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
La ropa: tejidos, colores
LA QUMICA Y LOS COLORES
El color es un fenmeno fsico relacionado con las diferentes longitudes de onda en la zona visible del espectro electromagntico, que perciben las personas y algunos animales a travs de los rganos de visin
EL COLOR DE LOS OBJETOS
Todo cuerpo iluminado absorbe todas o parte de las ondas electromagnticas y refleja las restantes.
Las ondas reflejadas son analizadas por el ojo e interpretadas cmo colores segn las longitudes de onda correspondientes
Los colores complementarios son aquellos que, en el espectro, se encuentran justo uno frente al otro. As, el complementario del verde es el rojo, el del azul es el naranja y del amarillo el morado.
El color blanco resulta de la superposicin de todos los colores, mientras que el negro es la ausencia de luz.
La luz blanca puede ser descompuesta en todos los colores (espectro) por medio de un prisma. En la naturaleza esta descomposicin da lugar al arco iris.
EL COLOR DE LOS OBJETOS
LA QUMICA Y LOS COLORES
Algunos colorantes naturales
Colores en la Naturaleza
-CAROTENO (C40H56)Hidrgeno (H)Carbono (C)
El color y la estructura de las molculas
El color y la estructura de las molculasHemoglobina
CLOROFILA (C55H72MgN4O5)
Mg
N
N
O
N
N
O
OO
OO
Hidrgeno (H)
Oxgeno (O)
Nitrgeno (N)
Carbono (C)
Magnesio (Mg)
Aplicaciones:
PinturasColorantesTintesPigmentosFotografa
Qumica y color
Usos en alimentos, cosmtica, contruccin, material escolar, industria textil, etc.
Colorantes sintticos
Reaccin de Perkin:
Qumica y color. Aplicaciones en cosmtica.
Otro aditivos:TiO2 (protege de la radiacin UV y blanquea el color)Aceites y ceras (para darle consistencia)Agentes balsmicosComponentes minoritarios: vitamina E, aromatizantes,
profilctico antimicrobiano, protectores solares.
O
CO2H
OHO
Fluoresceina
O
CO2H
OHO
Br
BrBr
Br
Eosina
von Baeyer, 1871
Colorantes sintticos
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Transporte
Gerhard ErtlPor el estudio de procesos qumicossobre superficies slidas
Premio Nobel de Qumica 2007
Investigacin bsica y sus aplicaciones
PROCESOS QUMICOS CATALTICOS
CATALIZADORES DE LOS COCHES
La combustin incompleta genera hidrocarburos, monxido de carbono (CO) y xidos de nitrgeno (NO y NO2). El papel del catalizador es acelerar lasreacciones de oxidacin de los hidrocarburos y el CO y de reduccin del NO y el NO2.
Fuentes de energa:
Carbn
Petrleo
Gas natural
Uranio
Combustibles fsiles
Reaccin exotrmica (se desprende calor).
La energa de combustin (qumica) se puede transformar en energa mecnica o elctrica.
La primera revolucin industrial se bas en el aprovechamiento de la energa qumica del carbn.
El petrleo como fuente de materias primas
Compuestos qumicos presentes en el petrleo
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
El trabajo
Material informtico, material de papelera, cristales lquidos.
Pantallas de cristal lquido (LCD): al aplicar corrientes elctricas, los cristales lquidos dejan pasar la luz o la bloquean.
Albert Fert Peter Grnberg
Por el descubrimiento de lamagnetoresistencia gigante
Premio Nobel de Fsica 2007
Investigacin bsica y sus aplicaciones
No, y mil veces no, no existe una categora de ciencia a la que podamos dar el nombre de ciencia aplicada. Hay ciencia y las aplicaciones de la ciencia, unidas comoel fruto a su rbol (Louis Pasteur, 1871).
Magnetorresistencia gigante: Composicin qumica.
Efecto mecano-cuntico observado en estructuras de pelculadelgada compuestas por capas alternadas ferromagnticas y no-magnticas.
Dispositivos para almacenamiento de memoria en los ordenadores.
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Las aficiones/tiempo libre
Deporte,jardinera, horticultura, piscina, ..
Cloracin, electrolisis del NaCl
Produccin de amoniaco: material de partida para abonos.
PROCESOS QUMICOS CATALTICOS
PRODUCCIN INDUSTRIAL DE AMONIACO.APLICACIN A LA PREPARACIN DE ABONOS NITROGENADOS.
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
Alta presin (200 atmsferas), alta temperatura (400-500C)Presencia de un catalizador (sales de Fe3+)
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Edificaciones: cemento, aislantes, materiales cermicos, etc.
Detectores de humo
Inico
ptico
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
24195Am
23793Np +
42 He2+
Aplicaciones de la radiactividad
Sintetizado en 1944 por Seaborg(Premio Nobel de Qumica, 1951)
Las partculas - no pueden escapardel detector. No atraviesan la materiaslida.
Vida media del Am-241: 432 aos.
Se desintegran 33000 ncleos de Am-241 por segundo.
Un microgramo de Am-241 pordetector.
Siglo XX: La poca de los plsticos
Plastico
Macromolcula
Polmero
Macromolculas naturales
Caucho (poliisoprenoides)
Carbohidratos (celulosa, almidn)
Protenas (seda, colgeno, queratina)
Triple hlice de colgeno
Queratina (keratin)
Los plsticos son las sustancias sintticas que han transformado el mundo durante el siglo XX.
Polmero: Sustancia qumica de alto peso molecular formada por la repeticin de diversos fragmentos estructurales (monmeros) que estn unidos por enlaces covalente.
Macromolcula: Molcula grande (peso molecular: de varios miles a millones de Daltons)
Lo sinttico frente a lo natural
Generalmente, un polmero est formado por una mezcla de macromolculas, con una variedad de pesos moleculares. Se habla en este caso de pesos moleculares promedio y una caracterstica importante es la dispersin de pesos moleculares.
Las propiedades de los polmeros dependen de estas dos caractersticas.
Siglo XX: La poca de los plsticos
Estructura? Naturaleza?
Staudinger en 1922 propuso que estos compuestos estabanformados por cadenas largas de tomos unidos por enlaces covalentes.Macromolcula.Premio Nobel en 1953.
R1 H
O
+ Ph3P-CH-R2 R1R2
y/oR1 R2
Otras contribuciones de Staudinger:
C
O
R1 R2
N
R3 R4
R5
+N
R1
R2
R4
R3
R5O
R-N3PPh3 R-NH2
Tipos de polmeros (segn las propiedades)
Elastmeros
Termoplsticos
Termoendurecible (thermosetting)
Carctersticas estructurales de polmeros
Grado de rigidez de las macromolculas
Interacciones entre cadenas (van der Waals, electrostticas, enlace de hidrgeno, etc.)
Regiones (dominios) cristalinas de las cadenas
Grado de entrecruzamiento de las cadenas
Sntesis de polmeros
Reacciones de condensacin
Reacciones de adiccin
Diferencia entre la sntesis de molcula pequea y una macromolcula. Dificultad: crecer la molcula adecuadamente
Aplicaciones de polmeros
Revestimientos Adhesivos Materiales estructurales Materiales para ingeniera Envasado Ropa Electrolitos (bateras) Supercondensadores elctricos Conductores Electroluminiscencia Materiales con ptica no-lineal Soportes slidos para sntesis orgnica Biomedicina
Algunos polmeros
Bakelita Polietileno/polipropileno Tefln Caucho Polisteres y poliamidas Polisteres y poliamidas aromticas Policarbonatos Poliuretanos Carbohidratos sintticos Polmeros conductores: Polianilinas y poliacetilenos Polmeros biodegradables
La poca de los plsticos: Bakelita.
Bakelite was the first synthetic plastic and was, as such, a great contributor to the entrance of mankind into the plastics age.
Leo Hendrik Baekeland (18631944)
La poca de los plsticos: Bakelita.
La poca de los plsticos: Bakelita.
Siglo XX: La poca de los plsticos
Ziegler Natta
Premio Nobel en 1963
"for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers
Catalizadores de polimerizacin
Flory
Premio Nobel en 1974
"for his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules
Estructura (conformacn) de macromolculas
Polietileno y polipropileno
CH2=CH2
CH3-CH=CH2
Sntesis radiclica de polmeros
Iniciadores: radicales alcoxi (perxidos), diazocompuestos(extrusin de N2), fotoqumica (a partir de cetonas o sales de sulfonio).
Dificultad en obtener polmeros de alto peso molecular, especialmente en el caso de polipropileno
Polimerizacin de Ziegler-Natta
Polietileno
Polipropileno
isotctico
Esteroqumica de polmeros
syndiotctico
atctico
Otras poliolefinas
Poli(cloruro de vinilo) (PVC)
Poli(cloruro de vinilideno)
Y copolmeros
Poliestireno
Tefln
Otras poliolefinas
Poli(cloruro de vinilo) (PVC)
Poli(cloruro de vinilideno)
Y copolmeros
Poliestireno
Tefln
Tefln
Roy Plunkert (1910-1994)Descubrimiento casual en 1938.Sustancia ms resbaladiza y menos reactiva hasta ese momento.Impermeabilizacin de ropa.Evita las manchas.
Tefln
Baja reactividad alergnica: posible uso para fabricar venas artificales.
Interacciones (o no interaccin) con agua (fuerzas intermoleculares).
Materiales para vestimenta: Gore-TexMaterial compuesto (composite) de polmeros con base de
tefln expandido
Caucho y gutapercha: productos naturales.Estereoqumica de olefinas
Caucho: Elastmeros.
Caractersticas:9 Flexible.9 Mvil.9 Alta deformabilidad.9 A nivel molecular: enlaces con alta movilidad conformacional(interconversin entre confrmeros).9 Recuperacin despus de la deformacin.
Necesidad de un ligero entrecruzamiento.
Confrmero: disposicin relativaalrededor de un enlace sencillo.
Caucho: Elastmeros.
Necesidad de un ligero entrecruzamiento: Vulcanizacin
Material de papelera: Post-it
Spencer Silver (1968) y Art Fry (1974). 3M (1980).Administracin como microesfera en vez de pelcula.
Material de papelera: Super-Glue
Coover y Joyner (Kodak, 1942).Polimerizacin aninica promovida por agua.Cianoacrilatos
Wallace Carothers
(Burlington, 1896-Filadelfia, 1937) Qumico estadounidense. Se doctor en 1924 por la Universidad de Illinois. En 1928 se incorpor a la compaa Du Pont, en Wilmington, con el cargo de director de investigacin de Qumicaorgnica. Especializ su trabajo en los procesos de polimerizacin. Obtuvo suprimer xito en 1931 al producir neopreno, un caucho sinttico derivado del vinilacetileno, y en muchos aspectos superior al caucho natural. De suinvestigacin sistemtica de sustitutivos sintticos de fibras naturales comola seda y la celulosa, obtuvo varios polisteres y politeres. En 1935 consigui la primera fibra sinttica que sera producida a escala industrial, la poliamida Nylon 66. Se suicid a los 41 aos tras sufrir una largadepresin.
Wallace Carothers
Cl
n
Neopreno
Wallace Carothers
HO OHn
+ HO OHm
O O
O
O O
Oxm n
polisteres
poliamidas
Wallace Carothers. Nylon
NH
O
Nylon 6
Wallace Carothers. Nylon
Wilmington, Delaware, 15-5-19404000 pares vendidos en una hora5 millones en 1940
Conformacin de pptidos y amidas: lmina -antiparalela.Conformacin de pptidos y amidas: lmina -antiparalela.
Protena (seda)
Nylon 6,6
Politereftalato de etileno (PET)
PTT (Triexta)
Kevlar
HN O
HNO
O O
n
Celofan
Materiales repelentes de aguaDerivados de celulosa (persililada)
Cada grupo OH, que es polar e interacciona con H2O, es sustituido por un grupo OSi(CH3)3, que es apolar e hidrfobo (repele el agua).
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Marie CuriePremio Nobel (1903, 1911)
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://www.losavancesdelaquimica.com/http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
Recommended