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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
GUIA DE ESTUDIOS
Q U I M I C A M A C R O M O L E C U L A R
TERCER SEMESTRE
Quito- Ecuador
Septiembre 2012
Profesora : Ing Ana E. Machado C.
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PRESENTACION
El presente trabajo preparado como guía de estudios , tiene como finalidad apoyar a los estudiantes en el aprendizaje de temas variados de Química Orgánica como son : Colorantes, Polímeros, Surfactantes y Plaguicidas, procurando con su empleo optimizar el tiempo dedicado a la materia, al trabajo práctico, al desarrollo de destrezas y habilidades, a la adquisición de competencias como ser analítico, crítico y reflexivo dentro del marco de un aprendizaje efectivo.
Los temas planteados, son desarrollados con el fin de proporcionar una formación teórica y práctica, relacionando a los estudiantes a cada momento con el entorno en el cual se desenvuelven, con las necesidades actuales del país, incentivándolos a proyectarse en la aplicación en las actividades industriale , en la generación de materias primas necesarias en el campo productivo y dispuestos a contribuir en la solución de los problemas presentados.
Los compuestos mencionados en el programa son estudiados en su estructura química, su obtención y preparación industrial , sus principales propiedades físicas y químicas y en especial en sus aplicaciones, dedicando un tiempo importante al trabajo de consultas , exposiciones , y visitas industriales.
P R O G R A M A
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Exploración de conocimientos.
Colorantes:
Color, Sustancia coloreada, Colorante .
Colorantes Naturales. Obtención.
Colorantes Sintéticos. Clasificación por su estructura:
- azoicos, del trifenilmetano, nitrados, quinoides e indigoides.
Clasificación por su uso:
- directos, mordientes, a la tina , azoicos.
Teñido. Indicadores. Blanqueadores ópticos. Aplicaciones.
Polímeros:
Concepto, Clasificación: Polímeros naturales, artificiales y sintéticos.
Polimerización:
- Por adición .
- Por condensación.
Control estereoquímico. Coopolimerización. Métodos de Polimerización.
Materias Primas.
Caucho , Caucho natural , Caucho sintético.
Biopolímeros. Aplicaciones.-
Agentes Tensoactivos.
Concepto,
Clasificación por su estructura:
- Iónicos, No iónicos, Anfóteros.
Clasificación por su uso:
- Emulsificantes, Humectantes, Detergentes, Dispersantes. Aplicaciones.
C O L O R A N T E S
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COLOR.
El color es el resultado de una serie compleja de respuestas fisiológicas y psicológicas a las radiaciones de longitud de onda situadas en el intervalo de 4000-7500 Aº cuando estas inciden en la retina del ojo.
λ ----------/------------/4000---------------/7500------------/----------------------/------------------ E Rx UV V IR Ondas de Radio Microondas
Cuando todas las radiaciones del intervalo mencionado inciden en la retina simultáneamente, se percibe el color blanco; si no llega ninguna radiación se percibe el negro u oscuridad ; cuando a la retina llega solo un rango estrecho de longitudes se observan colores solos.
Es decir que la mayoría de colores que se observan en la naturaleza se deben a la absorción de ciertas longitudes de onda de luz visible por los compuestos orgánicos. Resulta una sensación visual de color complementario al color asociado con la emisión , en la región absorbida.
COLORES DEL ESPECTRO VISIBLE.
Longitud de onda Color visto después Color visto después
emitida o absorbida de la emisión de la absorción
4100 A ° violeta amarillo
4600 “ azúl naranja
5400 “ verde rojo
5800 “ amarillo violeta
6100 “ naranja azúl
7000 “ rojo verde
COMPUESTOS COLOREADOS.
Algunos compuestos se presentan coloreados , esto se debe a que ciertas estructuras orgánicas
tienden a originar color, mientras que otras no lo hacen. Estas estructuras parciales necesarias para la aparición de color se denominan cromóforos. (1876).
CROMOFOROS.
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Son grupos insaturados que al absorber radiaciones de cierta longitud de onda son capaces de experimentar transiciones de electrones π π* , originando emisiones que se deben a la caída de los electrones que habrán sido elevados térmicamente a estados excitados , desde los niveles de energía más altos a los más bajos.
Ej : C= C -C = C- - N = N - - NO2 - C = O C = S - -
Estos grupos absorben radiaciones en la región del espectro visible por la estabilización por resonancia de los estados excitados.
AUXOCROMOS.
Existen otros grupos que dan lugar a una intensificación de color .Estos son entidades que no pueden experimentar transiciones π π*, pero si transiciones de electrones n.
Ej: -OH -OR -NH2 -NHR -NR2 -X
Se clasifican en : fuentes de electrones, sustractores de electrones y los que actúan como ambos.
Su presencia y su estructura son fundamentales en la afinidad química que presentan con las superficies a teñirse.
CROMÓFOROS: sistema insaturado conjugadoAUXOCROMOS: -OH, NH2.
Ejemplos:
COLORANTES.
Muchos compuestos coloreados son también colorantes, es decir sirven para teñir, otros sirven como indicadores.
Un colorante o tinte es una sustancia coloreada , soluble , que se utiliza para dar color a un objeto determinado y se caracteriza:
1.- Porque absorbe fuertemente en la región del espectro visible.
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2.- Porque se adhiere a una superficie en virtud de una atracción química o física entre los grupos del colorante y los grupos del objeto a teñirse, pueden ser: fibras textiles, plumas, papel, etc.
COLORANTES NATURALES.
Muchos colorantes naturales se consideran inocuos para la salud y su uso es permitido en diferentes campos sin restricciones. Ante el cuestionamiento sobre los efectos nocivos de los colorantes sintéticos, los productos naturales van ganando aceptación principalmente en la tecnología alimentaria como en los lácteos, quesos, helados, repostería, mermeladas, yogures, conservas y otros.
En muchas plantas y en algunos animales se encuentran compuestos químicos con estructuras que responden a la conformación de un colorante, como en los siguientes ejemplos:
Las naftoquinonas y las antraquinonas.
Juglona lawsona ác carmínico
La juglona, le dá color a la cáscara de nuez.
La lawsona se encuentra en el alheño,y se usa para teñir de rojo el cabello.
El ácido carmínico es el principal pigmento de la cochinilla , constituída por los cuerpos molidos del insecto coccus cacti L y usada como colorante para teñir de rojo alimentos y cosméticos.
Las antocianinas
Cianina (rosas rojas) cianina (flores azules)
La mayoría de flores rojas y azules deben su color a los glucósidos antocianinas .El color proporcionado por las antocianinas se debe en parte al pH de la flor.
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Las flores azules del aciano y las rosas rojas deben su color a las cianinas. En las rosas rojas la cianina se encuentra en forma fenólica. En las flores azules la cianina se encuentra en forma aniónica , con uno de sus grupos fenólicos sin un protón.
Las antocianinas se degradan por efecto de la luz, en presencia de sulfitos, ácido ascórbico y calentamiento a alta temperatura en presencia de oxígeno, razón por la que para su utilización
en alimentos deben ser mezclados con estabilizantes, preservantes y otros aditivos.
Las clorofilas, pigmentos responsables del color verde de las hojas de los vegetales, claves en lafotosíntesis.
Los carotenoides y xantofilas presentes en diversos vegetales, utilizados con frecuencia en tecnología alimentaria.
El β- Caroteno ampliamente utilizado como aditivo en refrescos, helados, yogurt, conservas de pescado y otros productos, por su inocuidad , estabilidad y poder colorante.
Las xantofilas derivados oxigenados de los carotenoides, responsables del color amarilloy anaranjado.
La bixina y norbixina obtenidos de extractos de la planta conocida como bija ( achiote), seutilizan para colorear productos lácteos y en la fabricación de embutidos.
El licopeno es el colorante rojo del tomate distribuído ampliamente en los vegetales.
El rojo de la remolacha, es el extracto acuoso azucarado de la raíz de la remolacha, por suinocuidad es preferido en la industria alimentaria.
El índigo es el colorante más antiguo que se conoce, fue utilizado por los egipcios para teñir sus vestiduras.
La púrpura de tiro, obtenida de los caracoles del género Murex, empleada por los romanos para teñir la toga de sus emperadores.
La alizarina conocida como rojo turco se obtiene de la raiz de la granza y fue empleada por los
británicos en los siglos 18 y 19 para teñir de rojo las casacas de los soldados.
OBTENCIÓN
La obtención de estos colorantes se realiza generalmente por extracción con solventes , valiéndose de la solubilidad que estos presentan en solventes adecuados, pudiendo emplearse agua, alcohol, éter, acetona, ácidos o bases , etc., siendo importante considerar las condiciones de trabajo como son la temperatura, agitación , tamaño de partícula , la relación soluto/ solvente, tiempo, pH.
Luego de realizada la extracción se procede a eliminar el solvente por evaporación o destilación , y de ser necesario se procederá a la purificación.
En ocasiones hay presencia de gran cantidad de azúcares , los mismos que se separan, por adsorción del colorante en una columna de cromatografía rellena de Poliamida en chip, se separa el colorante del adsorbente por extracción con alcohol, procediendo luego a secar el producto.
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Esta es un área muy compleja debido a que diferentes países adoptan criterios propios para la permisión o prohibición del uso de un colorante natural, por lo que se sugiere asesorarse del cumplimiento de las diferentes legislaciones a nivel mundial.
Las regulaciones locales también deben ser consultadas para cualquier aplicación específica.
COLORANTES SINTETICOS.
A partir del siglo 19 los químicos revalorizaron el alquitrán de hulla residuo de la fabricación del gas de alumbrado y obtenían por destilación benceno, naftaleno o antraceno, compuestos poco conocidos hasta entonces , que se convirtieron en las materias primas de la industria de colorantes.
Durante muchos años la anilina obtenida primero de la destilación del alquitrán y luego a partir del benceno fue el producto más importante en el campo de las síntesis. A partir de él se obtenían muchos colorantes en forma empírica y el éxito alcanzado muchas veces se debía al azar.
El aparecimiento de la química orgánica estructural en los años sesenta permitió que las investigaciones de los colorantes se funden en una teoría sólida. Gracias a la teoría estructural los químicos determinaron la estructura de las moléculas, estimaron su reactividad y diseñaron síntesis racionales.
Con las nuevas herramientas conceptuales la industria química creó múltiples colorantes a precios asequibles.
CLASIFICACION POR SU ESTRUCTURA.
Los colorantes se clasifican de acuerdo con sus cromóforos en :
1.- Azoicos.2.- Colorantes del trifenilmetano.3.- Nitrados.4.- Quinoides.5.- Indigoides.
1.- AZOCOLORANTES-
Constituyen uno de los grupos más numerosos e importantes.
Son sustancias intensamente coloreadas. Pueden ser intensamente amarillas, naranjas, rojas, azules o verdes, dependiendo de la estructura específica de la sustancia.
Casi la mitad de los colorantes de uso industrial en la actualidad son colorantes azoicos.
Contienen el cromóforo azo -N=N- y el auxócromo puede ser básico como el –NH 2 ó –N (CH3)2
ó ácido como el -OH.
Su estructura se conoce por los productos de su reducción enérgica con Sn y HCl a dos aminas.Ar - N = N - Ar X Ar – NH2 + NH2 - Ar X
Son muy estables a la luz y al lavado.La mayoría de los colorantes azoicos son ácidos sulfónicos o sus sales.
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Los de peso molecular alto contienen 2,3,4 grupos azo y son sustantivos para el algodón.
Preparación.-
Los colorantes azoicos se preparan en dos etapas
1.- Por diazoación de una amina aromática primaria.2.- Por copulación de la amina aromática diazoada con un fenol u otra amina aromática.
La diazoación se realiza con HNO2 a baja temperatura. El HNO2 inestable se genera con NaNO2 y HCl.
ANARANJADO DE METILO
Ej: ácido sulfanílico + dimetil anilina anaranjado de metilo.
1.-diazoación
2.- copulación
En la serie del benceno la copulación se realiza en la posición para respecto al -OH ó al –NH2, ó en la posición orto si la para está ocupada. Si están ocupadas las dos posiciones no hay copulación.
Si el compuesto se trata con HCl y con calor, se obtiene un compuesto rojo llamado heliantina.
Si se trata con un agente reductor se tiene la pérdida de color.
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Corresponden a este tipo de compuestos el rojo para, rojo congo, pardo Bismark, azúl directo 2, negro directo 38, etc.
DEBER.- Consultar las estructuras de los colorantes indicados.
2.- COLORANTES DEL TRIFENILMETANO.
Son hidroxi o amino derivados del trifenilmetano CH ( C6H5) 3.
Su intenso color se debe a la resonancia de los iones trifenilcarbonios disimétricos. Los colores brillantes se deben no solo a que absorben fuertemente partes del espectro , sinó que también reflejan partes del mismo.
No son fijos ni a la luz ni al lavado, salvo cuando están sobre fibras acrílicas.Los más importantes son: verde de malaquita , fuscina , violeta cristal , fluoresceína,fenolftaleína,etc.Son colores básicos para lana, seda, o algodón mordentados con ácido tánico.
VERDE DE MALAQUITA.
Se obtiene calentando el benzaldehído con dimetilanilina empleando HCl o ZnCl2 a 100°C. Se obtiene primero el bis(p dimetil amino fenil) fenil metano conocido como leucobase (blanco) que por oxidación con PbO2 en medio ácido a 0°C se convierte en el carbinol correspondiente. (color base del verde de malaquita) incoloro.
En presencia de ácidos fuetes y con pérdida de agua el carbinol se convierte en una forma quinoidea, una sal intensamente coloreada.
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FENOLFTALEÍNA.
Se obtiene tratando al anhídrido ftálico con fenol en presencia de ácido sulfúrico a 160°C durante 2-3’ obteniéndose una lactona de base carbinol incolora . Esta lactona con NaOH en presencia de agua forma una base carbinol incolora que al perder agua se transforma en un compuesto de color rojo.
3.- COLORANTES NITRADOS.
Son derivados mononitrados o polinitrados del benceno o naftaleno con algún grupo fenólico o amino, uno de cuyos grupos nitro por lo menos están en posición orto o para con el grupo fenólico.
Son colorantes ácidos de los que se preparan sus sales sódicas o amónicas.Tiñen directamente la lana y la seda , pero en general dan colores poco sólidos y de pocaimportancia.
ACIDO PICRICO
AMARILLO NAFTOL S.
El amarillo naftol S es la sal sódica del ácido 2,4-dinitro naftol sulfónico. Es uno de los pocos colorantes autorizados en alimentación. Se lo obtiene por nitración del ácido α -naftol - 2,4,7-trisulfónico.
El amarillo naftol S tiñe la seda y el algodón en baño ácido.
4.- COLORANTES QUINOIDES.
Son colorantes derivados hidroxi o amino antraquinonas . El color que proporcionan depende del mordiente empleado.
Ej: la alizarina, da diferentes colores según el mordiente , su color es amarillo pero da rojo con aluminio y estaño, rojo pardo con cromo , violeta con magnesio y negro violeta con hierro.
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Se obtiene por sulfonación de la antraquinona, dando el ácido antraquinosulfónico , luego por fundición con álcali en presencia de clorato de potasio y posterior tratamiento con ácido sulfúrico da la alizarina.
La alizarina así obtenida se presenta como cristales rojo anaranjados poco solubles en agua.
Los compuestos amino antraquinonas simples o derivados se conocen como colorantes dispersos y sirven para teñir acetato de celulosa, nylon, poliéster. Ej: el ácido carmínico.
Rojo disperso 15 Azúl disperso 3
DEBER: Consultar las estructuras de los colorantes indicados.
Las quinonas simples no se fijan en las fibras, pero sí los compuestos más complejos.Las naftoquinonas juglona y lawsona también pertenecen a este grupo.
5.- COLORANTES INDIGOIDES.
El índigo o añil es el colorante más antiguo que se conoce. Se extraía de un arbusto originario de Africa como glucósido, el cual por hidrólisis daba glucosa e indoxilo y éste por oxidación daba el índigo.
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En el laboratorio se obtiene a partir de anilina con ácido cloro acético obteniéndose la N- fenil glicina , que se cicla a indoxilo cuando se calienta con soda amida.. La oxidación al aire del indoxilo da el índigo.
El índigo cristaliza en prismas de color azul intenso, insoluble en la mayoría de disolventes.
CLASIFICACION POR SU USO.
Desde el punto de vista industrial se clasifican en:
1. COLORANTE DIRECTO
Es aquel que se aplica directamente a las fibras en disolución acuosa caliente, se conoce como colorante sustantivo o directo.
Si el tejido posee grupos polares, como los presentes en las fibras polipeptídicas, la incorporación de un colorante con grupos amino o uno fuertemente ácido facilitará la fijación del mismo. Como los grupos formadores de sales atraen con más éxito al colorante, la lana y la seda se tiñen más fácilmente por este método.
Así el amarillo Martius, cuyo grupo fenólico ácido reacciona con las cadenas laterales básicas de la lana o seda.
El colorante debe unirse fuertemente a las fibras del material teñido para que sea resistente a los lavados.
2. COLORANTE MORDIENTE
Es aquel que se hace insoluble sobre el tejido, por formación de un complejo o quelato con un ión metálico llamado mordiente. Es decir, se forma un compuesto intermediario que une la fibra y el colorante.
Este es un recurso utilizado para lograr que moléculas como la celulosa y sus derivados, que tienen poca atracción por las moléculas del colorante, se unan efectivamente a los colorantes por un compuesto intermedio (mordiente, que se une a la fibra y al colorante).
Uno de los más antiguos colorantes de este tipo es la alizarina, que origina diferentes colores según el metal utilizado.
Ej: Con Al 3+ da un color rojo rosado
Con Ba2+ da un color azul
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Quelato de alizarina-aluminio
El tejido se trata primero con la sal metálica adecuada (Al, Cu, Co, Cr, compuestos de Sb, ácido tánico) a continuación se sumerge en una solución fijadora para precipitar el mordiente en la fibra. Entonces el tejido así preparado se tiñe como en el tejido directo.
3. COLORANTE A LA TINA
Es aquel que puede aplicarse al tejido en forma soluble y luego se transforma químicamente en una forma insoluble.
Algunos colorantes son insolubles en agua y en disolventes orgánicos, pero por reducción dan derivados incoloros solubles en los álcalis que se denominan leucoderivados o leucobases.
El tejido se introduce en esta solución alcalina, el leucoderivado se une a la fibra y al someter el tejido al aire se oxida formándose nuevamente el colorante por la reconversión del colorante absorbido a la forma oxidada.
La reducción se hacía antiguamente por fermentación en grandes cubas y por ello se llamaban colorantes de cuba o de tina.
El índigo es un típico colorante a la tina, se obtenía por fermentación del glucósido indicán (contenido en los arbustos de la especia indigófera) que da por hidrólisis glucosa e indoxilo.
Los tejidos se sumergen en la mezcla con indoxilo y se dejan secar al aire. La oxidación por el aire produce el índigo azul insoluble. El índigo se deposita en la forma cis que se isomeriza a trans.
4. COLORANTES AZÓICOS
Son los más numerosos e importantes y se denominan de desarrollo.
Cuando un colorante azo, se forma sobre la superficie de la fibra, el proceso se conoce como teñido por desarrollo e impregnado. El colorante es retenido en la fibra a causa de su insolubilidad.
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En el proceso de teñido, primero se impregna el tejido con un compuesto aromático activado hacia la sustitución electrofílica y luego se trata con una sal de diazonio para formar el colorante. Este proceso es adecuado para el estampado de tejidos.}
Una pasta que contiene el copulador y un precursor diazo inactivo se estampa con rodillo sobre el tejido. El tratamiento del precursor diazo con vapores de ácido fórmico, calor o luz, forma la sal de diazonio activa que inmediatamente copula y forma el colorante sobre el tejido. Entonces se lava el tejido para quitar la pasta matriz.
Ar -N=N-SO3- H+ Ar -N=N-N - CH2 - COO- Na+
CH3
Areno antidiazo sulfonato Areno diazo amino
Activado por calor o luz Activado por ácido
Los precursores usados son los antidiazos sulfonatos y los diazoamino compuestos
T E Ñ I D O
El teñido es la acción que hace que una tela, paño ó cualquier otra superficie adquiera un color distinto del que tenía. Para que el teñido dé resultados de buena calidad se requiere que exista afinidad entre el colorante y la superficie a teñirse, es decir una atracción química o física entre los grupos funcionales existentes en el colorante y los grupos del objeto a teñirse.
La lana y la seda que son fibras polipeptídicas son los materiales más fáciles de teñir debido a que contienen muchos grupos polares amino y carboxilo que pueden interactuar con las moléculas del colorante.
En el caso de las fibras sintéticas como el polipropileno y otras hidrocarbonadas, la tinción resulta dificil porque no hay grupos funcionales que atraigan al colorante. L a tinción de estos compuestos como orlón, nylon, dacrón se logra mediante la incorporación de complejos metal colorante al polímero es decir la utilización de mordientes.
CLASES DE TEÑIDO
1.- TEÑIDO DIRECTO.-
Es aquel que aplica directamente el colorante a la fibra cuando entre los dos existe la afinidad física y química necesaria dependiendo de los grupos funcionales presentes.
Estos tintes se pueden aplicar directamente, son colorantes azoicos solubles que tienen la propiedad de teñir materiales celulósicos como algodón, rayón de viscosa, papel, mediante soluciones alcalinas o neutras formando al secarse complejos insolubles. El rojo congo es un ejemplo de este tipo que tiñe al algodón con sólo sumergirlo en una solución caliente del tinte.
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Consiste en preparar una solución del colorante en agua hirviente .Introducir en la solución la prenda a teñir y luego sacarla, enjuagarla con agua, escurrirla y dejarla secar.
Se tiñen por este proceso las fibras polipeptídicas con colorantes del tipo amino o fuertemente ácidos.
2.- TEÑIDO CON MORDIENTE.-
El mordiente es un compuesto metálico de hidróxido normalmente de estaño, cromo, hierro o aluminio, y ayudan a fijar el colorante a la tela, formándose un complejo colorante-mordiente-tela insoluble que mejorará el teñido dándole resistencia al lavado y a la luz.
Un ejemplo de éste es la alizarina que con hidróxido de aluminio como mordiente produce un tinte llamado pavo rojo, otro mordiente con el mismo colorante dará otros colores.
Se aplica cuando las fibras no tienen la suficiente atracción hacia las moléculas del colorante siendo necesaria la utilización de un intermedio que es el mordiente.
Para su realización se aplica sobre la fibra primero el mordiente, luego una solución fijadora y finalmente el colorante.
Se saca el tejido, se lava con agua fría y se deja secar.
3.-TEÑIDO A LA TINA.-
El índigo es un ejemplo de este grupo, este colorante desarrolla el color azul insoluble cuando se le expone al oxígeno del aire. Estos tintes se usan para teñir el algodón, lino, rayón.
Se aplica cuando el colorante es insoluble en agua y aplicado en su forma reducida en presencia del aire se oxida hasta obtener la estructura final.
Para su realización, primero se reduce el índigo a leucoíndigo o índigo blanco incoloro, se prepara una solución de éste y se introduce el tejido hasta empaparlo bien . Luego se saca el tejido y se lo pone a secar al ambiente observando que la prenda adquiere el color azul.
4.- TEÑIDO DE DESARROLLO.-
Emplea colorantes directos que contienen uno o varios grupos aminos libres o hidroxilo en posición meta o para con respecto al grupo azo.
En el teñido el colorante se prepara sobre la fibra . Se aplican las aminas aromáticas y fenoles que copulan con los compuestoa diazoados , dando colores muy firmes.
Se introduce el tejido de algodón bien limpio en una solución de un compuesto aromático ( amina o fenol ) activado hacia la sustitución electrofílica, Una vez empapado se lo saca y deja secar.
Se pasa luego el tejido a una solución fría de la sal de diazonio ,se lo empapa uniformemente ,se
lo saca y deja secar.
I N D I C A D O R E S
Son compuestos orgánicos coloreados que cambian reversiblemente de color con las variaciones de Ph , por lo que se les utiliza a menudo para indicar el punto final en las valoraciones.
Otro tipo de indicadores son aquellos que cambian de color con los cambios en el potencial de oxidación de los reactivos en solución y son usados para mediciones de agentes oxidantes y reductores.
Los papeles indicadores son papel filtro impregnados con una o varias de estas soluciones.
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Los indicadores no necesitan afinidad por las fibras a diferencia de los colorantes, sin embargo la intensidad de color es necesaria al menos en una de las formas del indicador.
Los indicadores pueden ser de varias clases, entre ellos los trifenilmetanos básicos, las ftaleínas,
los nitro y azo compuestos.
El principio utilizado por los indicadores de pH es una diferencia entre el mesomerismo de la
forma ácida o básica de un indicador y sus sales.
Dos indicadores típicos son el anaranjado de metilo y la fenolftaleína.
El anaranjado de metilo ( 1 ) es rojo en medio ácido de pH inferior a 3.1 y amarillo en soluciones de pH > a 4.4.
La fenolftaleína ( 2 ) cambia su color en la parte alcalina , siendo incolora bajo los 8.3 y roja a un pH de 10. En soluciones fuertemente alcalinas se vuelve incolora.
1) rojo anaranjado amarillo
………………/……./…...……………………………………………………….1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
…………………………………………./.. ……………………………../…….. 2) incolora roja incolora
Los indicadores cambian de color porque su sistema cromofórico cambia en una reacción ácido – base.
1.- EL ANARANJADO DE METILO.
En solución ácida el anaranjado de metilo existe como un híbrido de resonancia de una estructura azo protonada de color rojo.
El átomo de Nitrógeno del azo no es excesivamente básico, el grupo azo protonado pierde el ión Hidrógeno a un pH 4.4 . La pérdida de este protón altera la estructura electrónica del compuesto, dando un cambio de color de rojo a amarillo.
2.- LA FENOLFTALEINA.
En medio ácido existe en forma lactónica incolora, pués el carbono central sp3 saturado aisla e impide la conjugación de los tres anillos bencénicos.
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A valores superiores a 8.3 se pierde un hidrógeno fenólico , se abre el anillo lactónica y el carbono central adquiere la configuración sp2. De esta manera los anillos se conjugan , el sistema extendido de electrones que resulta explica el color rojo de la fenolftaleína en disoluciones moderadamente alcalinas.
En medio fuertemente básico, el carbono central de la fenolftaleína se hidroxila y se convierte al estado sp3, aislando nuevamente los tres sistemas volviéndose la solución incolora.
BLANQUEADORES OPTICOS.
Desde el punto de vista de transiciones de energía , son más interesantes que los colorantes , la nueva clase de compuestos llamados blanqueadores ópticos. Estos corresponden a un tipo de compuestos fluorescentes.
La fluorescencia es la capacidad de un compuesto de absorber luz de alta energía (UV) y emitirla en transiciones cortas de energía más baja en la región del espectro visible. Así muchos compuestos ordinarios fluorescen ej: el antraceno, el fluoreno, la fluoresceína.
Las características de un blanqueador óptico son que debe ser incoloro y debe emitir luz azul. El valor práctico de esto es contrarrestar la absorción azul (amarilleo) de las telas a causa de la suciedad acumulada y de la descomposición de ciertos componentes de las telas.
Así la ropa lavada con una mezcla detergente que contiene un blanqueador óptico se pone más blanca.
Un blanqueador óptico típico es el blankophor R, en el cual no se encuentra un sistema conjugado largo, lo que hace que no absorba luz en la región visible, pero la presencia de dos sistemas de difenil urea y un sistema central del estilbeno hace que absorba fuertemente en la región del UV cercano , emitiendo luz en la región visible en el extremo azul del espectro.
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APLICACIONES: consulta
P O L I M E R O S
Los polímeros son moléculas gigantes o macromoléculas. Son sustancias de peso molecular elevado formadas por un gran número de unidades denominadas monómeras, unidas por enlace covalente y que en determinado orden se repiten en la agrupación.
Estos altos polímeros pueden ser naturales, artificiales o sintéticos.
Los altos polímeros naturales son los que se presentan en la naturaleza en los reinos vegetal y animal , por ejemplo: polisacáridos como el algodón y la celulosa, proteínas como la seda , la caseína, la lana, las enzimas, el hule, el caucho, los ácidos nucleicos,etc.
Los altos polímeros artificiales llamados también semisintéticos , son los obtenidos por transformación química de los altos polímeros naturales ,sin que se destruya de modo apreciable su naturaleza macromolecular .Ejemplo: la nitrocelulosa, la seda artificial obtenida a partir de la celulosa, la galatita que se obtiene de la caseína ,o la goma y ebonita del caucho natural.
Loa altos polímeros sintéticos son los que se obtienen por vía de síntesis a partir de sustancias de bajo peso molecular. Ejemplo: el nylon obtenido de diaminas y ácidos alifáticos dibásicos, el poliestireno del estireno, etc. Por este método se obtienen una gran variedad de productos.
Así nos vestimos con ropa de poliéster , utilizamos sillas de vinilo, mesas de fórmica, fibras poliacrílicas o de polipropileno, paracaídas de nylon, pinturas de látex, recubrimientos de poliuretano, el hule en los neumáticos, vajillas de melamina, envolturas para alimentos, revestimientos de teflón, cepillos, pegamentos, aislantes, válvulas para el corazón ,etc.
Se presentan estos polímeros con propiedades elásticas como el caucho, como fibras para tejer como el algodón o la seda, plásticos como hojas delgadas, sólidos duros y moldeables ó revestimientos.
El número de monómeros contenidos en el polímero recibe el nombre de GRADO DE POLIMERIZACION . Su valor suele variar mucho aún dentro del mismo polímero.
Un alto polímero es por ejemplo el polietileno, que se obtiene al calentar etileno en presencia de catalizadores adecuados.
n CH2=CH2 -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2- (-CH2-CH2-)n
el grado de polimerización en este caso puede ser de 1000 a 150.000.
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CLASIFICACION
Por la forma de las macromoléculas los altopolímeros se clasifican en:
lineales, reticulados y ramificados.
1.- POLIMERO LINEAL.
Cuando las unidades que forman la macromo-lécula están unidas por sus extremos forman-do una cadena sin enlaces entre las cadenas.
Estos polímeros a menos que tengan un peso molecular elevado se pueden generalmente disolver y al calentarse reblandecen o funden por lo que se pueden formar fibras o moldear en la forma deseada. Se dice que estos polímeros son termoplásticos.
2.- POLIMERO RETICULADO.
Cuando las cadenas de polímero están unidasEntre sí por numerosos puntos, el polímero esuna molécula tridimensional, constituyendo u-na especie de red.Estos polímeros son insolubles e infusibles. Ciertos polímeros lineales llamados termoestables(que se estabilizan por el calor) contienen grupos que al calentarse reaccionan para dar polímeros entrecruzados.3.-POLIMEROS RAMIFICADOS.
Aquellos que están constituídos por macromo-léculas en las que la cadena principal presentaramificaciones laterales y a su vez estas cadenas laterales pueden estar también ramificadas.
De acuerdo a su composición química se clasifican en:
Carbopolímeros contienen C e H
Carboxipolímeros “ C, O , H
Carboazopolímeros “ C, N , H a veces O
Carbotiopolímeros “ C, S , H “ O, N
Siloxipolímero “ Si, O , H
De acuerdo a sus propiedades físicas se clasifican en:
Termoplastos , duroplastos y elastómeros.
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1.-TERMOPLASTOS.-
Aquellos que por acción del calor reblandecen en forma reversible, solidificándose al enfriar. Están formados por moléculas lineales o poco reticuladas.
2.- DUROPLASTOS.-
Los que por acción del calor se endurecen de forma irreversible, descomponiéndose al fundir . Están constituídas por macromoléculas reticuladas, que por el proceso de endurecimiento se reticulan más.
3.- ELASTOMEROS.-
Son sustancias macromoleculares de elasticidad similar al caucho, formados por unidades unidas transversalmente por puentes de enlace.
POLIMEROS TERMOPLASTICOS
POLIMERIZACION.
La polimerización se realiza:
por adición y por condensación, dependiendo de los monómeros que intervengan en la reacción.
Por adición polimerizan las moléculas insaturadas como : eteno. propeno, isopreno ,etc., para dar polietileno, polipropileno,poliisopreno.
Por condensación polimerizan compuestos como alcoholes polifuncionales, anhídridos, aminas, e isocianatos para formar ésteres, amidas ó uretanos .
POLIMERIZACION POR ADICION.
La polimerización por adición se realiza de 3 maneras :
por vía de radicales. por vía iónica, por coordinación.
Mecanismo por vía de radicales.
Muchos alquenos participan en la polimerización por radicales libres al calentarse con iniciadores. Por ejemplo el estireno se convierte en poliestireno al calentarlo a 100 º con peróxido de benzoílo.
El polietileno polimeriza mediante iniciadores a 3000 at y 200º C. (baja densidad)
El mecanismo se realiza en 3 etapas:
Iniciación. Propagación Terminación
Iniciación.- Descomposición térmica o fotoquímica del iniciador (peróxido) y preparación del radical alquílico.
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Propagación.
Ataque del radical alquílico al monómero produciendo la propagación de la cadena. En esta etapa el monómero se adiciona al extremo de crecimiento.
Terminación.
El radical polímero puede acoplarse con otro radical, o puede desproporcionarse ó combinarse con un radical de la fuente de radicales.
Este tipo de polimerización puede dar un proceso de transferencia de cadena,cuando un radical polímero sustrae un átomo de una molécula normal para formar un nuevo radical ó puede conducir a la formación de ramificaciones cuando el radical se forma en el interior de la cadena más que en el extremo.
Como fuente de radicales para las polimerizaciones se utilizan los peróxidos orgánicos, los azonitrilos y los metales alcalinos.
Inhibidores.
Muchas aminas, fenoles y quinonas al adicionarse pueden reaccionar con el radical libre en crecimiento y formar uno nuevo que no es suficientemente reactivo para adicionarse al monómero con lo que se termina una cadena de reacción, a estos compuestos se les denomina inhibidores.
Mecanismo por vía iónica
Mecanismo catiónico.-
El mecanismo catiónico es semejante al mecanismo por vía de radicales, también tiene los pasos de iniciación, propagación y terminación.
Como iniciadores se emplean catalizadores muy ácidos. Se han utilizado mezclas de AlCl3 ó BF3 con HCl ó HF .Ej:
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Con frecuencia se usan los ácidos de Lewis como el BF3 por que no generan contraión que reaccione con el extremo en crecimiento.
El estireno y el isobutileno participan muy fácilmente en la polimerización catiónica, mientras que el etileno y el acrilonitrilo no lo hacen bien en estas condiciones.
En la etapa de terminación, se pueden dar las siguientes ecuaciones:
Mecanismo aniónico.-
Varias olefinas polimerizan en presencia de bases fuertes o alquilos de metales alcalinos .Ej el estireno:
El polímero resultante será
La polimerización aniónica al igual que la polimerización catiónica depende de la presencia de un grupo estabilizador. Algunos monómeros forman intermedios más estables que otros
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La polimerización aniónica es efectiva cuando el doble enlace tiene como sustituyente un grupo que atraiga electrones, como un nitro, ciano, carbonilo lo que le permitirá formar un anión establilizado, ej:
Acrilonitrilo Anion estabilizado orlón
Ciano acrilato de metilo Anión muy estabilizado
Pegamento de fraguado rápido
El estireno, polimeriza mejor por vía catiónica. Anión desestabilizado
POLIMERIZACIÓN POR COORDINACION
El empleo del catalizador de Ziegler- Natta puede polimerizar los alquenos con dos ventajas sobre otros catalizadores.
- Si se selecciona el catalizador adecuado, los productos resultantes son isotácticos y sindio tácticos, es decir permite un control estereoquímico.
- Los productos resultantes son lineales ,ya que los hidrógenos no producen ramificaciones..
El catalizador de Ziegler- Natta está conformado por una sal de un metal de transición, ej: el tricloruro de titanio y un alquil metal , ej: el trietil aluminio , que forma un complejo de titanio que contiene el grupo etilo.
Se cree que la polimerización implica la coordinación de una olefina sobre un catalizador complejo, seguida por la inserción dentro del enlace organometálico.
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Los polietilenos obtenidos por coordinación ( alta densidad ) se caracterizan por que:
tienen alto grado de cristalinidad. el punto de fusión es más alto la densidad es mayor la resistencia mecánica es mucho mayor
El polietileno obtenido por radicales ( baja densidad ) se caracteriza por que :
tienen cristalinidad baja punto de fusión bajo mecánicamente débiles.
POLIMERIZACION POR CONDENSACION
Se realiza por la reacción entre dos moléculas y la pérdida de una molécula pequeña. Los monómeros pueden contener varios grupos funcionales. Los más comunes implican la formación de poliamidas y poliésteres.
A los polímeros de condensación se les llama también de crecimiento por etapas porque crecen por pasos, así dos moléculas pueden formar un dímero, los dímeros se pueden condensar para formar tetrámeros y así sucesivamente.
Se conocen muchos tipos diferentes de polímeros de condensación, entre los más importantes se tienen: poliamidas, poliésteres, policarbonatos y poliuretanos.
Poliamidas.- NYLON
Se descubrió en 1938, como una fibra fuerte y contínua, que no se descomponía fácilmente. El hilo formado por fibras contínuas de nylon es más resistente que los materiales naturales y se puede fabricar en espesores menores.
Químicamente es una poliamida formada por la reacción entre diácidos y diaminas.
La poliamida más común es el nylon 6,6 porque se forma por la reacción entre el ácido hexanodioico . ( ác. adípico) , con la 1,6- hexanodiamina ( hexametilén diamina).
Cuando se mezclan estos reactivos una reacción de transferencia de protones produce un sólido blanco llamado sal de nylon, que cuando se calienta a 250º C elimina agua en forma de gas y se forma el nylon fundido. Este se moldea o se pasa por una tobera hilandera formando fibras..
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Poliésteres.-
Ampliamente utilizadas en el campo textil. En mezcla con otras fibras produce telas que no se arrugan. El más común es el dacrón, formado por el ácido tereftálico con el etilén glicol.
En la práctica se obtiene un mejor producto por transesterificación a partir de éster dimetílico de ácido tereftálico con etilénglicol calentado a 150 º C. El producto fundido se hila para formar la fibra de dacrón o se moldea para dar una película llamada mylar.
La película mylar es fuerte, flexible, resistente a la degradación ultravioleta. Se emplea para fabricar cintas magnetofónicas o de videocaseteras.
La fibra de dacrón se emplea para fabricar telas y cuerdas de llantas. El politereftalato de etileno moldeado a presión, se transforma en botellas de agua gaseosa muy utilizada en la actualidad.
Policarbonatos.-
Son poliésteres del ácido carbónico con un diol , muy estables.
Cuando se deja reaccionar el carbonato de dietilo con un diol ( bisfenol A) , se efectúa una transesterificación para formar un poliéster de carbonato, ej: el lexan, material resistente , transparente e incoloro que se emplea para ventanillas antibala y para cascos de protección.
Poliuretanos.
Un uretano se forman por la reacción entre un isocianato con un alcohol o un fenol , en una reacción muy exotérmica. Un poliuretano se forma por la reacción entre un diol con un diisocianato
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Así el diisocianato de tolueno con el etilén glicol produce el poliuretano en una reacción rápida, que cuando se adicionan líquidos de punto de ebullición bajo como el freón 11 ( fluorotriclorometano) que son evaporados por el calor de polimerización produciendo burbujas , el polímero viscoso se transforma en espuma de poliuretano.
CONTROL ESTEREOQUIMICO
En la polimerización de un alqueno sutituído son posibles tres estructuras estereoquímicas, dependiendo de las relaciones espaciales de las cadenas laterales contiguas. Así se conforman los polímeros: isotácticos, sindiotácticos y atácticos.
Isotácticos.- Si las cadenas se encuentran en forma paralela , del mismo lado.
Sindiotácticos.- Si las cadenas laterales están alternadas
Atácticos.- Si las cadenas están al azar, en desorden.
Estos polímeros tienen propiedades diferentes. Los polímeros isotácticos y sindiotácticos tienen puntos de fusión más elevados que los atácticos y son también más cristalinos. Su formación tiene que ver con el catalizador, la temperatura y el disolvente.
Longitud de los polímeros.
En la polimerización por adición se forman moléculas polímeras completas hasta que se consume todo el monómero o iniciador.
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Los alquenos forman polímeros casi totalmente saturados.
Los alcadienos forman polímeros no saturados, en donde los dobles enlaces pueden formar enlaces cruzados dando una red tridimensional que proporciona una resina dura.
En la polimerización por condensación los monómeros continúan añadiéndose a medida que progresa la reacción.
COPOLIMERIZACION
Se tiene la copolimerización cuando intervienen en el proceso dos monómeros diferentes, que se unen dando como resultado los copolímeros.
Los pasos para la copolimerización son los mismos de la polimerización y los productos que se generan son : copolímeros en bloque, alternantes y al azar.
Bloque:
Alternante:
Azar:
METODOS DE POLIMERIZACION
Polimerización Directa.-
En este proceso los monómeros y el activador se mezclan en un reactor y se calientan o enfrían según se requiera. Este proceso se emplea con los polímeros de condensación puesto que el calor de reacción es bajo.
Las reacciones de adición son muy exotérmicas para realizarse por este método, debiendo procurar precauciones para disipar el calor producido.
Polimerización en solución.
Permite contrarrestar el calor de reacción producido. En este proceso el monómero se disuelve en un disolvente no reactivo y se cataliza, dando un compuesto líquido.
El peso molecular de los polímeros es bajo igualmente la concentración, evitando una viscosidad excesiva.
Polimerización en suspensión.-
Es similar al anterior, ya que para disipar el calor se utiliza agua. El monómero se mezcla con el iniciador y se dispersa en agua, manteniendo con agitación las gotas pequeñas en suspensión. El polímero formado se separa y seca.
Por este proceso se preparan polímeros vinílicos como el poliestireno, metacrilato de metilo, cloruro de polivinilo, etc.
Polimerización en emulsión.-
Similar al de suspensión en medio acuoso. Se añade un emulsificante ( jabón) para romper el monómero en partículas pequeñas . El iniciador va disuelto en el agua.
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Luego de la polimerización, el polímero precipita, se lava y seca. Se pueden preparar polímeros de peso molecular alto.
Polimerización en fase gaseosa.-
Mediante este método se polimerizan por adición en fase de vapor. Se hace pasar el monómero gaseoso (etileno) a través de un lecho catalítico.
Plastificantes.-
Son líquidos no volátiles que se disuelven en los polímeros, disminuyendo la atracción entre las cadenas poliméricas y permitiendo que se deslicen entre sí, volviéndolos más flexibles menos quebradizos, porque reducen la cristalinidad del polímero y disminuyen su temperatura de transición vitrea.
MATERIAS PRIMAS.
Las materias primas más empleadas en los procesos de fabricación de polímeros sintéticos , en su mayor parte provienen de la industria petroquímica y son : etileno, propileno, isobutileno, 2-metil 1,3- butadieno, estireno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, tetrafluoroetileno, acrilonitrilo, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acetato de vinilo, formaldehido, acetaldehído, óxido de etileno, tereftalato de metilo, etilén glicol, ácido hexanodioico, hexametilén diamina, fenol, úrea, diisocianato de tolueno, entre otros.
POLIMEROS TERMOFIJOS
Las resinas termofijas se definen como aquellas que al curar producen polímeros insolubles y que no funden al aplicarles calor. Actualmente se curan por acción catalítica y no requieren adición de calor.
Polímeros Entrecruzados.-
La química de los termofijos es igual a la de los termoplásticos, la diferencia está en que en los primeros existen más centros activos que forman polímeros tridimensionales o entrecruzados. Para obtenerlos se deben utilizar monómeros con varios centros reactivos.
El procedimiento se inicia con la formación de prepolímeros lineales que puedan entrecruzarse posteriormente de la siguiente forma:
Prepolímero:
Los grupos reactivos A y B se se combinan por el calor o por acción de un catalizador que no active los grupos C.
El prepolímero puede entrecruzarse añadiendo un catalizador que active los grupos C.
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El caucho natural, las resinas fenol- formaldehido o baquelita , úrea- formaldehido o los poliésteres vinílicos son ejemplos típicos de estos polímeros.
Resina fenol- formaldehido.
Los fenólicos fueron los primeros plásticos sintéticos y se comercializaron con el nombre de
baquelita. Estas resinas forman un plástico rígido, frágil e insoluble que al calentarse se carboniza.
La primera reacción se realiza con un catalizador ácido. Para la reacción de entrecruzamiento (curado) se agrega un catalizador básico. El curado se realiza a temperaturas de 120°- 177° C.
Resina úrea- formaldehido.
El formaldehido reacciona con la úrea en varias etapas, formando una estructura tridimensional.
Estas resinas se usan como aisladores eléctricos y es un material de bajo costo.
C A U C H O
CAUCHO NATURAL.
Fue probablemente el primer termofijo usado por el hombre. El látex es un polímero recto con dobles enlaces que se endurece mezclándolo con azufre y calentándolo en el proceso de vulcanización.
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El caucho natural se aisla del árbol Hevea Brasiliensis y está constituido por hidrocarburos polímeros, formados por unidades de isopreno unidos en forma CIS 1-4.
El hule natural es suave, flexible y pegajoso, se ablanda a temperaturas moderadamente elevadas y se endurece en el aire dando un material quebradizo e inútil. Es fácilmente soluble en Benceno. La presencia de dobles enlaces facilita la vulcanización.
En 1839 Charles Goodyear accidentalmente descubrió que al calentar el caucho con azufre a 200ºC adquiría mejor elasticidad , mayor flexibilidad, mayor resistencia al calor y a la oxidación , denominándose a este proceso Vulcanización.
La vulcanización permite el moldeo de piezas complicadas como las llantas.
Químicamente la vulcanización provoca la formación de puentes de S entre las cadenas polímeras, formando retículos tridimensionales con cambios profundos en sus propiedades físicas y mecánicas.
Cuando tiene muchos enlaces cruzados se vuelve quebradizo y es totalmente insoluble, siendo necesario el control de la cantidad de éstos.
El hule con un contenido de 1- 3 % de azufre es blando y elástico, con 3 -10 % es más duro pero igual es flexible y con el 20 – 30 % se transforma en el hule duro.
Los dobles enlaces del caucho natural en la vulcanización intervienen en una fracción pequeña. Los restantes dobles enlaces contribuyen a las propiedades físicas y químicas del compuesto y en la degradación del mismo.
Vulcanización.
Tanto el caucho natural como el sintético no son vulcanizables directamente, debiendo hacerse previamente plásticos por degradación parcial de sus moléculas. En el caucho natural este proceso se denomina mastificación y en el sintético, degradación térmica.
El primero es el desgarre de las agrupaciones fibrilares u ovillos moleculares que se realiza mecánicamente en cilindros y amasadores.
El segundo, la degradación molecular se efectúa por oxidación con aire a 100- 150 °C en hornos apropiados.
Luego sigue la vulcanización con azufre y calor igual que en el caucho natural.
La vulcanización tiene como fin unir entre sí las moléculas polímeras. Los enlaces cruzados entre moléculas lineales forman un retículo polimerizado tridimensional con cambios profundos en sus propiedades físicas.
CAUCHO SINTETICO.
Metil caucho.
Durante la primera guerra mundial , los químicos alemanes desarrollaron el primer caucho sintético por deshidratación del pinacol ; el 2, 3 – dimetil butadieno obtenido, al polimerizarse daba el
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metil caucho. Aunque muchas de sus propiedades estaban lejos de ser óptimas, fue empleado durante los años de lucha. 1
Neopreno.
La polimerización del 2-cloro butadieno llevó a la obtención del policloropreno , polímero con propiedades superiores al caucho natural .( Neopreno). Presenta mayor resistencia al petróleo que el caucho natural.
Buna.
El Butadieno al polimerizarse con Na dá el caucho Buna.
GRS.
El Copolímero formado entre butadieno y estireno se produce por vía de radicales y forma el caucho GRS ( Caucho Estireno de Gobierno) que es muy utilizado en la fabricación de neumáticos. Se desarrolló durante la 2da guerra mundial, contiene 75% de Butadieno y 25% de estireno, se encuentra en casi todos los neumáticos de automóviles.
Poliisopreno.
El 2- metil butadieno polimeriza por coordinación o en forma aniónica para dar polímeros estereoregulares, es decir produce un polímero idéntico al caucho.
Poliisobutileno.
El polímero obtenido a partir del isobutileno es saturado y por lo tanto químicamente inerte a las reacciones de vulcanización y degradación a diferencia de los compuestos insaturados.
1
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Butilcaucho.
Es un copolímero del isobutileno con el 1-2% de butadieno o isopreno. El polímero resiste a la degradación pero tiene suficientes dobles enlaces para formar enlaces cruzados.
Una propiedad inesperada extra es la impermeabilidad a los gases por lo que sustituye al caucho natural en la fabricación de cámaras de neumáticos.
ADITIVOS.
Además de los agentes vulcanizantes, se utilizan aceleradores, activadores, autooxidantes, retardadores, rellenos, endurecedores, pigmentos , insufladores ( espumas), estabilizadores de emulsiones (látex), etc.
Plastificantes.
Actúan como un disolvente durante el moldeo permitiendo el ablandamiento a temperaturas más bajas, dejando que las moléculas se alineen unas con otras favorablemente para evitar tensiones internas, no debe ser volátil, la pérdida de éstos causa encogimiento, fragilidad y deformación Deben ser baratos, estables y compatibles.
Ej: ésteres, ftalatos de dietilo, hidrocarburos alifáticos,, aromáticos, etc.
Colorantes.
Colorantes naturales o pigmentos inorgánicos son muy empleados en la elaboración de productos del caucho, como el Carbón empleado en el caucho vulcanizado.
Estabilizantes.
Los materiales plásticos, especialmente los termoplásticos como el policloruro de vinilo o poliolefinas son inestables al calor y a la luz.
Estos tienen como característica ser antioxidantes y absorber las radiaciones ultravioletas.
Cargas.
Se emplean para modificar las propiedades de las resinas y reducir costos Ej: fibra de vidrio, polvo de pizarra, asbesto, caolín, talco, mica, celulosa, papel, etc.
Espesantes.
Contribuyen a aumentar la viscosidad, Ej: almidones, metilcelulosa, carboximetilcelulosa sódica, alcohol polivinílico soluble en agua, etc.
Preservantes.
Tienden a impedir la degradación debido a la oxidación o descomposición por parte de la luz, radiación ultravioleta, inhibiendo además la formación de hongos, bacterias, que puedan decolorar el producto. Ej: alcohol polivinílico, sales básicas de plomo, compuestos epoxidados, formol, etc.
Un ejemplo de polímero plastificado es el cloruro de polivinilo, al que se adiciona el ftalato de dibutilo para bajar su temperatura de transición vítrea a 0ºC. Este material plastificado es flexible, poco elástico y sirven para fabricar impermeables, zapatos, etc.
La evaporación gradual de los plastificantes ligeramente volátiles hace del material plastificado duro y quebradizo.
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ESPUMAS
Las espumas son materiales celulares que contienen burbujas de gas. Se pueden fabricar rígidas y muy blandas. Las rígidas consisten en celdas cerradas y las blandas, celdas abiertas. Las flexibles se pueden usar en acolchonamientos, mientras que las rígidas en aislantes térmicos y con más frecuencia en la fabricación de muebles y aparatos domésticos.
Los poliuretanos y el poliestireno constituyen los polímeros de mayor uso como espumas.
Este tipo de compuestos se pueden obtener de las siguientes maneras:
-Por medio de subproductos gaseosos de la reacción de polimerización.
-Por la vaporización de un líquido de bajo punto de ebullición.
-Usando la reacción química de un agente espumante secundario que se activa con el calor.
APLICACIONES. consulta.
BIOPOLIMEROS
Son polímeros producidos a partir de biomeléculas generadas por organismos vivos como el almidón, la celulosa, la quitina, la caseína, péptidos, ADN. Estas biomoléculas se encuentran conformadas por azúcares, aminoácidos y nucleótidos respectivamente.
Tanto los polímeros derivados del petróleo (plásticos), como las biomoléculas polímeras se encuentran constituídos por unidades repetitivas denominadas monómeros.
El efecto contaminante que presentan los polímeros o plásticos , por no ser biodegradables , ha obligado a encontrar otras alternativas que disminuyan la contaminación.
Las Biomoléculas constituyen un material revolucionario que transformada su estructura adquieren las características de los plásticos transformándose en biopolímeros y que principalmente pueden degradarse en el medio ambiente como lo hace la materia orgánica.
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Los productos de su degradación ( metano, metanol ) pueden ser reaprovechados y el material restante transformado en carbono orgánico para el suelo, lo q ue cierra el ciclo de la producción limpia.
No deben confundirse los plásticos biodegradables (petróleo) con los biopolímeros obtenidos a partir del almidón, celulosa o bacterias.
Actualmente los plásticos de embalajes son reemplazados por biopolímeros.
Las películas elaboradas con estos compuestos y adición de plastificantes comerciales, aumentan sustancialmente su biodegradabilidad y mejoran las propiedades mecánicas y de barrera.
Con los biopolímeros naturales transformados, se abre la posibilidad de producir recubrimientos y empaques biodegradables a partir de materias primas autóctonas con destino a la protección de alimentos y otros usos agroindustriales.
Los biopolímeros naturales provienen de cuatro grandes fuentes que son:
Origen animal como el colágeno y la gelatina
Origen marino como la quitina y el quitosán
Origen agrícola como los lípidos,y grasas e hidrocoloides, proteínas y polisacáridos y
Origen microbiano como el ácido polilático (PLA) y los polihidroxialcanoatos.
Se pueden preparar biopolímeros a partir de los siguientes compuestos:
Celulosa.- El celofán proveniente de la celulosa, la celulosa de éter aniónico y la carboximetil celulosa CMC se solubilizan en agua , siendo compatibles con otro tipo de biomoléculas mejorando las propiedades de barrera y mecánicas de las películas elaboradas.
Almidón.- El almidón es otra materia prima abundante , tiene propiedades termoplásticas cuando
realiza la disrupción estructural a nivel molecular
Las películas fabricadas con almidón presentan sensibilidad a la humedad ,la que se ha corregido con el empleo de polivinilalcohol PVA, glicerina, sorbitol , bases nitrogenadas, etc.
La adición de almidón al interior del polietileno entre un 6 y 30% es otra aproximación en la fabricación de plásticos biodegradables. Los productos hechos de polímeros sintéticos y almidón
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gelatinizado sin embargo no se pueden considerar como compuestos completamente biodegradables.
La copolimerización con monómeros como el acrilonitrilo dan un precursor de fibras alquílicas utilizadas en la preparación de compuestos almidón- injerto – PAN .
El quitosán .- Proporciona a algunas películas dureza, flexibilidad , transparencia y son resistentes a las grasas y aceites. El biopolímero de quitosán es antifúngico y antimicrobiano, prolongan la vida de los alimentos en los anaqueles.
El entrelazamiento del quitosán con aldehídos hace la película más dura , insoluble en agua y de alta resistencia.
Pectina.- La mezcla de plastificante de pectina cítrica y almidón dan estabilidad y flexibilidad a la película,la cual es térmicamente estable sobre 180 °C. La pectina es miscible con polivinilalcohol, glicerina, en todas las proporciones.
.Proteínas.-
Las películas de colágeno son usadas también en la preparación de envolturas comestibles . La gelatina obtenida por la hidrólisis parcial del colágeno produce una película flexible y gruesa y las propiedades mecánicas mejoran cuando se utiliza cloruro de sodio.
La Caseína cálcica, con carga de polvo de papel, caolín se hace plástico por el calor y se formoliza al sumergirse en formaldehido en un proceso de curado.
El endurecimiento se debe al entrelazado de las moléculas peptídicas con puentes – CH2 – del formaldehido.
La caseína plástica se emplea para botonería , carey, juguetes, aisladores eléctricos, entre otros usos.
AGENTES TENSOACTIVOS.
Conocidos también como agentes de superficie , son compuestos químicos que al disolverse en agua o en otro disolvente , se orientan a la interfase entre el líquido y una fase sólida, líquida o
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gaseosa, modificando las propiedades de la interfase. Las modificaciones pueden estar acompañadas por formación de espuma y de coloides, emulsiones o suspensiones, dispersiones, aerosoles.
Cualquier tensoactivo presenta todas estas propiedades en algún grado, pero en general domina una de ellas sobre las demás, lo cual hace que se restringa el empleo de cada agente a una aplicación de terminada.
Cualquier superficie o interfase tiene una tensión superficial o energía de superficie originada por las atracciones desiguales entre moléculas sobre lados opuestos.
Los tensoactivos son sustancias que en pequeñas concentraciones reducen en forma apreciable la tensión superficial del agua o la tensión interfasial entre dos líquidos no miscibles.
En la siguiente tabla se puede ver la reducción de la tensión superficial debido a pequeñas adiciones de tensoactivos.
Tensión superficial del agua, en presencia del tensoactivo Nonil Fenol Etoxilado.
T= 20°C γ= dinas / cm
Agua Tensoactivo Tensión superficial
72,8
+ 0,001 % 31,1
+ 0,01 % “ 28,9
+ 0,1 % “ 28,7
+ 1,0 % “ 28,8
Cuando hay moléculas de tensoactivo en solución acuosa , estas tienden a acomodarse y extenderse en la superficie , con el grupo hidrófilo embebido en el agua y el grupo hidrófobo fuera de ella.
La tensión superficial de una solución está dada por: γ = γo - π
Donde γo = tensión superficial del líquido puro y π = presión que ejerce el tensoactivo en la
superficie.
Para el caso de dos líquidos inmiscibles , agua- aceite , la tensión superficial disminuye por la presencia del tensoactivo que tiende a extenderse en la interfase , con el grupo hidrófilo en el agua y
el hidrófobo en el aceite.
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Los tensoactivos son importantes como constituyentes activos de los agentes limpiadores (jabones y detergentes, etc ) , como estabilizantes de emulsiones ( ejemplo en alimentos y cosméticos), como agentes de desprendimiento de moldes en la industria de plásticos, en la suavización de textiles, en flotación, en la perforación de pozos petroleros y muchas otras aplicaciones.
Relaciones entre superficies.
Las siguientes relaciones se dan entre superficies:
1.- Un líquido con otro líquido.
Aceite en agua con agitación para formar una emulsión.
2.- Un sólido con un líquido
Arcilla suspendida en agua o un herbicida formulado como polvo mojable suspendido en agua.
3.- Un sólido con aire
Carbón suspendido en aire para formar humo o plaguicidas de espolvoreo. Una gota de la asper
ción que al secarse en el aire deja una pequeña partícula sólida suspendida en el aire
4.- Un líquido con aire.
Pequeñas gotas de agua que suspendidas en el aire forman neblina .
En emulsiones y suspensiones el agua tiende a ser repelida por los otros líquidos o sólidos que forman la suspensión produciendo tensión en la superficie o en la interfase.
Para unir las dos superficies es necesario una sustancia que tenga afinidad con el agua como con la otra sustancia.
El agente tensoactivo tiene un grupo fuertemente polar que se incrusta en el medio polar y un grupo no polar que se orienta al medio no polar.
Ejs:
a).- Moléculas de detergente en la superficie del agua
b).- Aniones detergentes en la gota de aceite
c).- Emulsión de agua en aceite
d).- Agente tensoactivo atraído hacia la superficie de un metal
e).- Micela de detergente con suciedad absorbida
a) b) c)
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d) e)
ESTRUCTURA.
El agente tensoactivo tiene un grupo fuertemente polar , soluble en agua ( hidrofílica ), que se incrusta en el agua y una parte no polar , insoluble en agua ( hidrofóbica ) que se incrusta en el medio no polar.
Ejemplo: CH3 – ( CH2 )6 – CH2 - O- SO3
- Na +
Radical Hidrófobo Radical Hidrófilo
CLASIFICACION .
La clasificación de los tensoactivos se dá por dos criterios fundamentales:
1.- Por su estructura, y
2.- Por sus aplicaciones.
Por su estructura :
Existen cuatro grandes grupos de agentes tensoactivos:
Aniónicos , catiónicos , anfóteros y no iónicos . En el siguiente esquema se muestran los distintos grupos.
TENSOACTIVOS ANIONICOS.
El radical hidrófobo es un anión .
Los tensoactivos aniónicos son la clase de mayor interés práctico y económico. Los jabones que son sales alcalinas de los ácidos grasos resultan ser los agentes tensoactivos aniónicos más conocidos. Ej:
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CH3- (CH2 )14 - COO Na
Se da también los tensoactivos aniónicos sintéticos conocidos como detergentes , los mismos que pueden ser :
a) Sulfonatos (de alquilarilo, de parafinas, de olefinas, de ésteres) .b) Sulfatos (de alquilo, de alquil- éteres, de alquilaril- éteres , de ésteres) .c) Fosfatosd) Alfa Olefin sulfonatose) Di alquil sulfosuccinatos
Ejs: R
- SO3- Na+.
Los tensoactivos aniónicos comprenden a aquellos que poseen uno o varios grupos funcionales que se ionizan en disolución acuosa originando iones orgánicos con carga negativa y responsables dela actividad superficial. Son los más usados en composiciones detergentes en polvo así comoen productos líquidos para uso doméstico o industrial .
Dentro de esta categoría se pueden distinguir distintos tipos cuyas características generales se citan a continuación.
1)Sales sódicas de ácidos grasos lineales (jabones):
Poseen un resto hidrófobo alquílico y un grupo polar carboxílico. Son de fácil preparación por neutralización de ácidos grasos o por saponificación de acilgliceroles, y poseen excelentes propiedades para su uso como jabones de tocador o como aditivos en composiciones detergentes. Presentan la gran desventaja de su gran inestabilidad en aguas duras y en disoluciones a pH ácido, así como su gran insolubilidad en presencia de electrólitos.
1) Alquilbenceno Sulfonato Lineales (LAS):
Dentro de su grupo después de los jabones son los más utilizados, debido a sus excelentes propiedades detersivas y su bajo costo. Se obtienen por reacción del correspondiente alquilbenceno con ácido sulfúrico o trióxido de azufre, para dar el ácido sulfónico, el cual es neutralizado dando la sal deseada, normalmente sal de sodio
2) Parafin Sulfonatos:
Debido a que las parafinas son realmente inertes al ácido sulfúrico han de obtenerse por sulfo‐oxidación catalítica de las mismas. Son productos impuros con gran cantidad de parafinas no sulfonadas. Son muy solubles en agua y fácilmente biodegradables a baja temperatura y se utilizan en la industria de curtiembres.
TENSOACTIVOS CATIONICOS.
El radical hidrófobo es un catión
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Son compuestos de por lo menos una cadena de 8 a 25 átomos de carbono, que en solución se ionizan quedando el grupo hidrófobo cargado positivamente.
Prácticamente los tensoactivos de importancia industrial son compuestos grasos nitrogenados y muchos son compuestos con nitrógeno cuaternario o sales de alquilaminas, el anión suele ser un Cl - , Br - ,OH- -SO42-, etc, como el cloruro de trimetil amonio de ácidos grasos de sebo o de un derivado petroquímico
CH3 (CH2)15 N+ (CH3)3 Cl – ,
Los tensoactivos catiónicos son de poca utilidad en limpieza porque la mayoría de las superficies tienen carga negativa y los cationes se absorben sobre ellas en lugar de solubilizar la suciedad adherida.
Estos detergentes catiónicos se usan por sus propiedades germicidas, bactericidas, algicida,etc. y se preparan a partir de aminas grasas o partiendo de cloruros de alquilo y aminas terciarias.
Un ejemplo de ellos es el Cetablón.
El Clorhidrato de lauril amina
Entre éstos se encuentran : Aminas grasas y sales, Sales de amonio cuaternarias, Aminas grasas polietoxiladas, otros
TENSOACTIVOS ANFOTEROS.
Son aquellos que presentan en su molécula grupos aniónicos y catiónicos, formados por una cadena grasa y un nitrógeno cuaternario conteniendo un radical aniónico, son productos estables en sistemas ácidos y alcalinos , básicos en el área cosmética por su buena tolerancia cutánea y en la formulación de limpiadores alcalinos e inhibidores de corrosión .
Ej: las betaínas.
(H3C)3- N+ - CH2- COO - + HCl
Son tensoativos secundarios, suaves , que mejoran la estabilidad de la espuma y modifican la viscosidad .Son sólidos incoloros que se encuentran en la remolacha , derivados del ác N,N- demetil amino acético, que se obtiene por reacción del ácido monocloro acético con trimetil amina. Ej:
Cl-CH2- COOH + (3HC)3 - N (H3C)3 – N+ - CH2 – COO- + HCl
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Son tensoactivos anfóteros los siguientes:
a) Acil aminoácidos y derivadosb) N-alquil aminoácidos
TENSOACTIVOS NO IONICOS.
Estos compuestos no producen iones en solución acuosa , se solubilizan mediante un efecto combinado de un cierto número de grupos solubilizantes débiles ( hidrófilos) como éter, y OH- .
Son derivados polioxietilenados,y polioxipropilenados, derivados del sorbitán y alcanolaminas grasas.,etc.
Son estables frente a la mayoría de los productos químicos en las concentraciones usuales de empleo, al no ionizarse en agua , no forman sales con los iones metálicos y son igualmente efectivos en aguas blandas o duras. Son compatibles con tensoactivos catiónicos o aniónicos .
Son muy valiosos como materias primas base en la formulación de diversos productos para la agricultura, curtido, látex, textiles, procesos de metales, pinturas en emulsión, petróleo, pulpa, papel, limpiadores.
Poseen propiedades hidrofílicas que dependen de los grupos funcionales que forman enlaces de hidrógeno.
Corresponden a este tipo los siguientes compuestos:
Alcoholes lineales etoxilados, Alquil fenoles etoxilados, Esteres de ácidos grasos, Derivados de aminas y amidas, Copolímeros óxidos de etileno- óxido de propileno, Polialcoholes de alcoholes etoxilados, Tioles ( mercaptanos ) etoxilados.
Ejs:
PROPIEDADES FISICAS DE SOLUCIONES ACUOSAS DE SURFACTATES:
Son de importancia por su empleo en la formulación de detergentes de uso doméstico e industrial.
SOLUBILIDAD:
Para preparar una solución de tensoactivo hay que tomar en cuenta su solubilidad en agua. La solubilidad aumenta con la temperatura. Existe una temperatura que se conoce con el nombre de “punto Kraft” en que un pequeño aumento de T incrementa considerablemente la solubilidad. El largo de la cadena hidrocarbonada afecta este punto.
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Es importante que en caso de la detergencia, la efectividad del tensoactivo se reduce notablemente cuando se trabaja abajo del punto Kraft, ya que a temperaturas inferiores no se forman micelas. Un comportamiento peculiar de las soluciones de tensoactivos no iónicos consiste en que se enturbian al alcanzar la T conocida como “punto de enturbiamiento o Cloud Point” a mayor número de moles de óxido de etileno, mayor punto de enturbiamiento.
DISMINUCION DE LA TENSION SUPERFICIAL:
Para una serie homóloga de surfactante, la concentración necesaria para la misma disminución de tensión superficial es de un factor de 3 por cada grupo CH2 adicional. REGLA DE TRAUBE.
FORMACION DE MICELAS:
Las soluciones de surfactante tienen propiedades no usuales, en soluciones diluidas se comportan como electrolitos normales, pero a una concentración dada y bien definida ocurren cambios bruscos en su presión osmótica, conductividad eléctrica y tensión superficial. Para una solución de laurilsulfonato sódico vs la concentración, se produce comportamiento anormal por la formación de micelas =agregados de los iones del surfactante con las cadenas de hidrocarburo hacia adentro y los grupos hidrofílicos hacia afuera, en contacto con el medio acuoso.
La concentración a la cual la formación de micelas es apreciable se llama CONCENTRACION MICELAR CRITICA y es justamente la concentración a la cual ocurren los cambios bruscos ya mencionados y por lo tanto se usan para determinar la CMC.
La micelación es un mecanismo por el cual se puede disminuir la tensión superficial. En la superficie la agitación térmica y la repulsión eléctrica entre las cabezas se oponen a este tipo de agregación , por consiguiente una baja de la CMC se favorece por los siguientes factores:
1) aumento de la longitud de la cola del tensoactivo (en una serie homóloga cada grupo CH2 más, reduce la CMC a la mitad de su valor)
2)descenso de la temperatura, baja de la CMC pero hay un aumento en el tamaño de lamicela cerca del punto de enturbiamiento.
3) adición de sales simples reducen la repulsión por efecto pantalla, retrasan la migración de iones de surfactante.
Cuando los tensoactivos se disuelven en agua , las moléculas van concentrándose en la interfase, agrupándose en forma ordenada , formando micelas.
En la mayoría de tensoactivos la CMC, en general no excede a 1 g/l..
Soluciones bajo la CMC se comportan de acuerdo a los principios físico- químicos de las soluciones. Sobre la CMC ocurren desvíos considerables .
Por sus aplicaciones :
Por sus aplicaciones se clasifican en :
Emulsionantes.
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Detergentes.
Humectantes.
Dispersantes.
Solubilizantes.
EMULSIONANTES.-Promotores de Emulsiones
Es un sistema disperso en el que las fases son líquidos no miscibles o parcialmente miscibles. Los glóbulos del líquido dispersado son generalmente de 0.1 a 10 micras de diámetro.
Si el “aceite” es la fase dispersa, la emulsión se denomina de aceite en agua O/W , de textura cremosa y mayor conductividad eléctrica y si el medio acuoso es la fase dispersa será W/O, agua en aceite.
Los agentes emulsionantes evitan la formación de nata, sedimentación, coalescencia y floculación lo que implica la formación de glóbulos mayores y por lo tanto la destrucción de la emulsión.
Para estabilizar la emulsión hay que poner un agente emulsionante que puede ser un tensoactivo , materia de origen natural o polvos finos de sólidos.
La función de un agente emulsionante es facilitar la formación de la emulsión y promover su estabilidad. Estos forman una película adsorbida alrededor de las gotitas dispersadas quecontribuyen a evitar la floculación y coalescencia.
Los factores que favorecen la estabilidad de una emulsión dependen de la naturaleza del agente emulsionante y de las condiciones apropiadas de formulación
El tipo de emulsión que se forma depende del equilibrio entre las propiedades hidrófílicas y lipofílicas.
Los jabones de metales alcalinos favorecen la formación de emulsiones O/W porque son más hidrófilos que lipófilos y los jabones de metales pesados al contrario favorecen las emulsiones W/O. de números llamados HLB.
Griffin ideó una escala arbitraria de valores que sirviesen como medida del balance hidrófilo- lipófilo HLB de los agentes superficialmente activos.
Es posible establecer un intervalo de la máxima eficacia para cada tipo o clase de agente tensoactivo, deduciéndose de ésta, que cuanto más alto es el HBL de un agente mayor es su carácter hidrófilo, ej los Tweens derivados de polioxietilénicos son hidrófilos con HBL de 9,6 a 16,7 , en tanto los Spans son agentes lipofílicos con valores bajos de 1,8 a 8,6
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Se han establecido diferentes fórmulas para calcular el HLB , a partir de datos de composición de los tensoactivos , pero también se pueden determinar experimentalmente .
El HLB de algunos ésteres de ácidos grasos y alcoholes polihidroxilados ej: ele monoestearato de glicerina puede calcularse mediante la fórmula :
HLB = 20( 1- S/A )
S = índice de saponificación.A = acidez del ácido graso.
Ej: el monolaurato de sorbitán polioxietilénico, Tween 20, tiene S= 45,5 y A= 276, calcular el HLB.
HLB = 20 (1 - 45,5/276 ) = 16,7
La siguiente escala demuestra los valores de HLB para diferentes tensoactivos.
Hidrófilo Agentes solubilizantes Agentes detergentes Agentes emulgentes, o/w Agentes humectantes y de extención Lipófilo Agentes emulgentes. w/o
La mayoría de agentes antiespuma
En número BHL óptimo para formar una emulsión depende en cierta medida de la naturaleza del sistema del que se trate.
DETERGENTES.- Promueven la eliminación de la suciedad.
La mayoría de las operaciones de la vida cotidiana concernientes al lavado, ponen en juego un antagonismo entre los contaminantes (grasas hidrocarbonadas) y el agua.
La detergencia es definida como el desplazamiento , con ayuda de una solución acuosa , de toda clase de contaminaciones grasosas situadas sobre superficies sólidas como textiles, metales, vidrio,piel etc .
Para cumplir su papel, un tensoactivo con efecto detersivo, debe ser capaz de varias acciones:
- que sus soluciones puedan mojar la superficie del sólido.
- desplazar el contaminante.
- permitir el desprendimiento del contaminante (suciedad) bajo la forma de suspensión sin redepositación sobre la superficie sólida , deberá ser estable en el medio, ya sea ácido o básico, y no dar productos insolubles en el agua
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18 15 12 9 6 3 0
Las dos primeras condiciones son cubiertas por la substancia, al disminuir las tensiones interfaciales sólido-agua y líquido-agua, como es el caso de los agentes humectantes y detersivos. El papel de estos dos tensoactivos es el mismo, salvo que el agente detersivo tiene un fuerte caracter lipófilo (su cadena hidrocarbonada es más larga).
A partir de cierta concentración de tensoactivo, se obtiene una micela teniendo como núcleo el glóbulo grasoso y alrededor las moléculas de tensoactivo, lo que facilita su suspensión en la solución.
Como los detergentes son generalmente iónicos, las micelas están rodeadas de cargas eléctricas lo cual impide su coalescencia es decir el agrupamiento micelar .
Graficamente resolver el siguiente ejercicio:
Etapa 1- superficie cubierta de grasa
Etapa 2 - superficie cubierta de grasa con agua, la cual es incapaz de desplazar la suciedad ya que su tensión superficial es alta.
Etapa 3 – el mismo sistema de la etapa 2 adicionando el detergente, su parte hidrófoba se engancha a la grasa y la superficie del sólido, reduciendo así la adhesión de la grasa al sólido. La suciedad grasosa puede entonces ser desprendida de la superficie, por acción mecánica.
Etapa 4- formación de la micela .- la suciedad grasosa es mantenida en suspensión en la solución y las moléculas de tensoactivo rodeándolas. La superficie es recubierta de una capa monomolecular de tensoactivo.
HUMECTATES. – Facilita la penetración de un líquido en una superficie porosa.
Cuando una pequeña cantidad de un líquido se coloca sobre una superficie plana , la forma de la gota dependerá de su naturaleza y de las fuerzas existentes entre las dos fases .
Sí hay repulsión, el líquido tendrá la tendencia a formar un glóbulo, con un ángulo de contacto elevado entre su superficie y la tangente de su curvatura lo que resulta que el sólido no se humecta ; por el contrario sí la adhesión entre la gota de líquido y el sólido es favorable, el angulo de contacto resultará pequeño, la gota se extiende, y se dice que el sólido es mojado por el líquido.
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Este método sencillo se aplica a fibras textiles para conocer la concentración de tensoactivo deseable para tener una buena humectación sobre la fibra textil . La humectación está basada en tiempos de humectación los cuales no deben exceder de 10 minutos.
Se cronometra el tiempo de humectación y con los diferentes datos obtenidos vs concentración se obtienen gráficas, donde se puede observar :
a).- el poder humectante en la concentración micelar crítica.
b).-el efecto de la temperatura sobre la humectación.
c).- comportamiento de diferentes fibras textiles, tanto naturales como sintéticas.
APLICACIONES. Consulta.
P L A G U I C I D A S.
Desde la antigüedad la gente moría de hambre y de enfermedades originadas o transmitidas por insectos como pulgas,piojos,moscas y otras alimañas.
Así tenemos la peste negra que en la edad media mató a 1/3 de la población de Europa. La malaria, la fiebre amarilla, la enfermedad del sueño que diezmó regiones completas de Africa y América. La tifoidea,la peste bubónica, la enfermedad de chagas , el dengue de igual gravedad que las citadas.
En el campo agrícola desde cuando la agricultura de subsistencia se remplazó por operaciones comerciales surgió la necesidad de mejorar la producción de las cosechas tanto en cantidad como en calidad , para lo cual se deben controlar las formas de vida vegetal o animal que sean dañinas o desventajosas para los cultivos.
Así los insectos y hongos al igual que los roedores y las malezas son responsables de grandes daños a la salud y a las cosechas y propiedades.
En el siglo 19 se desarrollaron los primeros compuestos químicos capaces de contrarrestar los efectos nocivos de estos insectos. Los primeros insecticidas fueron inorgánicos como el verde parís, arseniatos de cobre y de plomo, compuestos de azufre y el compuesto de Bordeaux (sulfato de cobre e hidróxido de calcio).
También se emplearon compuestos orgánicos naturales como la nicotina y otros.
Desde el final de la segunda guerra mundial se desarrollaron miles de productos químicos sintéticos llamados pesticidas o plaguicidas ,denominándose según el fin para el que fueron empleados, así se tienen insecticidas, fungicidas, acaricidas, termicidas ,hervicidas, repelentes,etc.
Estos insecticidas naturales o sintéticos resultaron ser tan tóxicos para las personas y animales como para los insectos , además tendían a acumularse en la tierra por no ser degradables. siendo
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su empleo muy peligroso, sin embargo es preferible un insecticida peligroso a una muerte segura por enfermedad .
Otro riesgo de los insecticidas es que cuando se aplican quedan pocos insectos los que se hacen luego más resistentes al efecto destructivo.
La erradicación de las plagas responsables de estas tribulaciones con venenos selectivos es de mucha importancia médica y económica.
El envenenamiento es producido por la interrupción o interferencia con el metabolismo pudiendo
ser esta de diferente magnitud, el veneno interrumpe totalmente el funcionamiento de las células ó
de los tejidos críticos hasta ocasionar la muerte.
Los insecticidas actúan por ingestión, por contacto por absorción, por respiración.
A diferencia de estos se tienen los insecticidas sistémicos para plantas y animales que hacen al animal o planta tóxico para el insecto.
Otros métodos para el exterminio de insectos es el control genético mediante el uso de hormonas que causan anormalidades en el desarrollo y la muerte del insecto ; además de la reproducción de depredadores y la liberación de machos o hembras estériles.
INSECTICIDAS NATURALES.
Los derivados de plantas son tóxicos según el contenido de alcaloides,ej: las piretrinas, nicotina ,rotenona ,etc.
PIRETRINAS.
NICOTINA
ROTENONA
INSECTICIDAS SINTETICOS.
En el año de 1939 se descubrió el DDT dicloro difenil tricloro etano (1,1,1- tricloro-2,2-bis ( p-cloro fenil) etano , extremadamente tóxico para los insectos y de menos toxicidad para los mamíferos.
Este insecticida compuesto clorado controla las enfermedades propagadas por mosquitos y pulgas , protegiendo la salud y las cosechas pero es un compuesto imperecedero y sus residuos se acumulan en el ambiente, es neurotóxico actúa sobre el sistema nervioso central dañando el hígado , pudiendo pasar a la cadena alimentaria y producir cáncer en animales de laboratorio.
El DDT se prepara con materias primas muy baratas ,clorobenceno y el tricloroacetaldehído.
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La descomposición del DDT produce el DDE que es el 1,1- dicloro-2,2- bis ( p-cloro fenil ) eteno.
Uno de los efectos ambientales más pronunciados ha sido su efecto en el proceso de formación del cascarón de los huevos de muchas aves.,este DDE inhibe la enzima anhidrasa carbónica , que controla la secreción del calcio para la formación del cascarón.
El DDE también al igual que el DDT se acumula en los tejidos adiposos del ser humano.
Se han desarrollado muchos otros insecticidas clorados . Algunos se acumulan también en el ambiente y producen efectos tóxicos por lo que no son recomendados en agricultura salvo en
casos especiales , por lo cual deben aplicarse apropiadamente observando normas de seguri
dad. Ej: el lindano, el aldrín el clordano, etc.
Como herbicidas se usaron compuestos como el ácido 2,4 – di y el 2,4,5- tri- cloro fenoxiacético . Algunas muestras de 2,4,5- tri son teratógenas ( agentes que causan deformaciones en el feto ). Ese efecto se debió a la presencia del 2,4,5 tri comercial del compuesto 2,3,7,8- tetracloro dibenzodioxina, sustancia muy tóxica.
La dioxina también es muy estable ,persistente en el ambiente , soluble en grasas ,por lo que puede entrar a la cadena alimenticia. En concentraciones subletales provoca una enfermedad cutánea deformante llamada cloracné.
Los compuestos organometálicos también son tóxicos. La toxicidad es variable y depende de la naturaleza del compuesto y de la identidad del metal.
Así los compuestos de arsénico, antimonio, plomo , talio y mercurio son tóxicos debido a que los iones metálicos son tóxicos.
Muchas bacterias se protegen contra los efectos tóxicos del mercurio mediante la formación de iónes metilmercúricos ( CH3 Hg + ) y dimetilmercúricos ((CH3)2 Hg ) gaseoso. Desechos industriales de mercurio depositados en lagos y ríos han ocasionado su presencia en peces y humanos, en donde los iones metilmercúricos actúan como neuroveneno mortal..
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El arsénico también es metilado por los organismos que lo transforman en el veneno dimetilarsino (CH3) 2 AsH.
El tetraetilo de plomo y otros compuestos alquilplomados utilizados como antidetonantes en las gasolinas ,han provocado la presencia de millones de toneladas de plomo en la atmósfera. Dada la toxicidad del plomo estas cifras también son alarmantes.
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GUIA DE PRACTICAS
PROGRAMA:
Práctica N° 1 Obtención de Colorantes Naturales . 1era parte.
Práctica N° 2 Obtención de Colorantes Naturales. 2da parte.
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Práctica N° 3 Síntesis de Colorantes Sintéticos. Azoicos.
Practica N° 4 Síntesis de Colorantes Sintéticos. del Trifenil metano.
Práctica N° 5 Teñido de fibras con colorantes naturales.
Prática N° 6 Teñido de fibras con colorantes sintéticos.
Práctica N° 7 Preparación de polímeros por adición.
Práctica N° 8 Preparación de polímeros por condensación.
Práctica N° 9 Preparación de polímeros termofijos. Resinas.
Práctica N° 10 Preparación de Biopolímeros.
Práctica N° 11 Agentes tensoactivos.
Práctica N° 12 Formulación de un producto a partir de agentes tensoactivos.
INDICACIONES GENERALES.
Con el fin de que el trabajo en el laboratorio sea ordenado y productivo y que su aporte sea significativo en el aprendizaje , se presentan las siguientes indicaciones:
1. - Como útiles de trabajo cada estudiante debe portar obligatoriamente:
- Mandil blanco. - Guantes de caucho
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- 1 franela para secar. - Una caja de fósforos. - Una funda de detergente. - Un cepillo para tubos de ensayo. - Cuaderno de apuntes.
2. - Las prácticas se realizarán según el horario fijado , en grupos, siendo éstos invariables durante todo el año. 3.- En el laboratorio, cada grupo de estudiantes se responsabilizará del material que ocupa. - Si perdieran o rompieran algún material , debe reponerse en los 7 días siguientes, de no hacerlo no podrá entrar a la siguiente práctica.
- Si algún estudiante altera la disciplina, será EXPULSADO del laboratorio .
4.- Los informes se efectuarán de acuerdo al formato indicado. - Estos deben ser entregados al ingresar al laboratorio para la práctica siguiente. - Si el informe se entregara al día siguiente, su calificación será sobre 7 puntos.
5.- Medidas de precaución.
- Los PRODUCTOS ORGÁNICOS PUEDEN PRESENTAR PELIGROS : Explosiones, incendios, asfixia, envenenamientos, etc por lo que se solicita a los estudiantes respetar las siguientes reglas elementales de seguridad :
- No ejecutar una experiencia sin haberse informado ampliamente sobre ella. - Realizar el trabajo en forma cuidadosa y ordenada. - Lavar el equipo antes y después de haberlo utilizado. - Trabajar con mandil para evitar daños por el uso de los reactivos. - Si utiliza gases venenosos, tóxicos o explosivos trabajar bajo campana. - Con líquidos inflamables evitar el fuego y las resistencias eléctricas encendidas. - Nunca calentar sistemas cerrados. - Nunca abandonar un equipo que esté funcionando. - Si se produce fuego se debe cerrar la llave de gas, alejar las sustancias inflamables , cubrir el fuego con una manta gruesa seca o húmeda o emplear un extinguidor , nunca verter agua porque se puede aumentar el peligro. - Si se regase ácidos, bromo, bases fuertes en la piel, lavar la parte afectada con abundante agua. No FUMAR. No consumir alimentos en el laboratorio.
FORMATO DEL INFORME
Carátula. (1 hoja)
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
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LABORATORIO DE QUIMICA MACROMOLECULAR
PRACTICA N°………
T I T U L O
GRUPO: QMPx- 001 Integrantes:……….. ……….. ………..
Fecha de la Práctica:
CONTENIDO
RESUMEN ( Primera hoja )
1.- OBJETIVOS.
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1.1.- 1.2.-
2.- TEORIA
2.1.- Método, fundamento- 2.2.- Ecuaciones
3.- PARTE EXPERIMENTAL
3.1.- Materiales y Equipos. 3.2.- Sustancias y Reactivos. 3.3.- Dibujo del Equipo. 3.4.- Diagrama de Flujo. Condiciones de reacción. 3.5- Observaciones 3.6.- Datos Experimentales.
4.- CALCULOS Y RESULTADOS.
5.- DISCUSION.
6- CONCLUSIONES.
7.- APLICACIONES.
8.- CUESTIONARIO.
9.- BIBLIOGRAFIA
Practica Nº 1
COLORANTES NATURALES.
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OBTENCION POR EXTRACCION.
1.- OBJETIVOS.
1.- Extraer antocianina y quinonas y estudiar sus propiedades.
2.- Adiestrar a los estudiantes en el manejo de las técnicas para la extracción por solventes.
2.- TEORÍA.
Colorantes.
Algunos compuestos se presentan coloreados , esto se debe a que ciertas estructuras orgánicas tienden a originar color, mientras que otras no lo hacen. Estas estructuras parciales necesarias para la aparición de color se denominan cromóforos.
Existen otros grupos, los denominados auxócromos, que dan lugar a una intensificación de color y causan adherencia al material que colorean.
Colorantes Naturales.
La naturaleza es rica en colores. Muchas especies vegetales y animales contienen como parte de su estructura compuestos químicos coloreados , los mismos que han sido utilizados por el hombre desde la antigüedad principalmente para colorear sus vestiduras, así se tiene la granza, el índigo, el palo campeche, la cochinilla,etc.
Entre los colorantes naturales se encuentran las naftoquinonas , antraquinonas y antocianinas.
Las antocianinas se encuentran presentes en los pétalos de las rosas , las mismas que en medio ácido, se encuentran en forma fenólica de color rojo y cuando cambia el pH a alcalino se transforma en forma aniónica de color azul. Ajustando convenientemente el pH se pueden obtener los colores rojo, violeta y azul.
Son inestables al pH , al calor y la luz,debiendo conservarse en recipientes oscuros.
Las naftoquinonas como la juglona se encuentra en la cáscara de la nuez y las antraquinonas como el ácido carmínico en la cochinilla.
La obtención de estos colorantes se realiza generalmente por extracción con solventes , valiéndose de la solubilidad que estos presentan en solventes adecuados, pudiendo emplearse agua, alcohol, éter, acetona, ácidos o bases , etc. Además es importante considerar las condiciones de trabajo como son la temperatura, agitación , tamaño de partícula , la relación soluto/ solvente, tiempo, pH, etc.
Luego de realizada la extracción se procede a eliminar el solvente por evaporación o destilación , y de ser necesario se procederá a la purificación.
En ocasiones hay presencia de gran cantidad de azúcares , los mismos que se separan, por adsorción del colorante en una columna de cromatografía rellena de Poliamida en chip, luego se separa el colorante del adsorbente por extracción con alcohol, procediendo luego a secar el producto.
3.- PARTE EXPERIMENTAL.
3.1.- MATERIALES Y EQUIPOS.
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Balanza, Mortero, 2 Vasos de precipitación de 250 – 600 ml, Reverbero, Agitador, Embudo, Papel filtro, Pipeta, Probeta de 10 ml, Cristalizador, Papel indicador, Arena lavada.
3.2 .- SUSTANCIAS Y REACTIVOS.
1) Pétalos de rosas rojas ,2) pétalos de ñachag, 3) pepa de aguacate ,4) , remolacha, 5) cáscaras de nogal, 6) cochinilla, 7) achiote.
Alcohol etílico de 60°GL., ácido clorhídrico, carbonato de sodio , hidróxido de sodio, agua .
3.3 .-PROCEDIMIENTO. ( 1era parte)
1).- Obtención de antocianinas.-
3.3.1.- Se pesan 10 g de pétalos de rosas rojas , se trituran con 20 g de arena y se los pone a macerar en un vaso con 100 ml de alcohol de 60° durante 1 hora . Se filtra la solución y se evapora el solvente.Previamente se separan 5 ml para una prueba de calentamiento..
Se recoge el colorante y se lo pesa. Se calcula el rendimiento.
Repetir la extracción con las muestras 2 y/o 3 . Con la muestra 3 utilizar solución de hidróxido de sodio al 0,5%.
PRUEBA:
3.3.2.- Se tritura 1 g de pétalos de rosas con 10 g de arena , se los pasa a un vaso de precipitación y adiciona 5 ml de ác. clorhídrico al 10% , se agita y separa la solución por filtración.
El filtrado de color rojo , se alcaliniza con solución de carbonato de sodio con lo que se colorea de azul debido a la ionización de la cianina.
3.3.3.- En un tubo de ensayo se pone 5 ml de solución acohólica de antocianona y se somete a calentamiento. Determinar a qué temperatura se pierde el color.
Cuando la solución del colorante es azucarada, como en el caso de la remolacha, se debe separar el azúcar , lo que se puede hacer fermentándola ó por medio de una columna de cromatografía. Utilizar la muestra 4.
3.3.4.- Se corta la remolacha en discos muy finos y se los pone a macerar en agua por 1 hora.Se separa la solución que contiene colorante y azúcar.
Se pasa esta solución a través de una columna cromatográfica rellena de poliamida, en donde queda retenido el colorante. Luego se pasa alcohol por la columna para extraer el colorante, se filtra y evapora , obteniéndose el colorante puro, que es pesado para determinar el rendimiento.
PRUEBA:
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NOTA: Los colorantes obtenidos se recogen y se presentan junto al informe en una funda de polifán de 5x6 debidamente etiquetada.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES.
Muestra Peso g. Alcohol o sol. NaOH.ml
Tiempo de extracción
Colorante obtenido g.
% rendimiento
Color medio ácido
Color medio básico
Pétalos (rosa)
Pétalos (ñachag)
Pepa de aguacate
Remolacha
3.5.- OBSERVACIONES
PRACTICA N° 2
Obtención de Quinonas y Carotenoides.
3.3.- PROCEDIMIENTO ( 2da parte )
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3.3.5.- Se pesan 20 g de cáscara de nuez, se trituran con arena y se macera con alcohol por 1 hora, se procede igual que en 3.3.1.
3.3.6.- Se tritura la muestra de cochinilla con arena y se la pone a macerar en agua destilada calentada hasta su temperatura de ebullición en la relación cochinilla: agua ( 1: 70). Agitar filtrar y proceder como en 3.3.1.
3.3.7.- Se pesan 40 g de semillas de achiote y se ponen a macerar en 50 ml de solución de hidróxido de sodio al 1% por 15 minutos.
Se separa la mezcla por filtración y se adiciona 10 ml de HCl 1,5 N para precipitar el colorante. Se filtra y lava con agua destilada. Se seca a 70°C por 30 minutos.
PRUEBA:
En una tira de papel filtro de 3 cm de ancho se traza una línea con la solución del colorante a 1 cm del extremo y se lo introduce en un vaso conteniendo una pequeña cantidad de acetona.
Se deja correr el solvente a través del papel y se observa el resultado.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES.
Muestra Peso g. de muestra
Solvente Vol. ml
Tiempo de extracción
Colorante obtenido g.
Color observado
Color del papel filtro.
Cáscara Nuez
Cochinilla
Achiote
3.5.- OBSERVACIONES
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO.
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COLORANTES SINTETICOS.
Los colorantes sintéticos se preparan en el laboratorio a partir de compuestos químicos , obteniéndolos con estructuras químicas muy definidas.Ejemplos de ellos son : los azoicos, del trifenilmetano, nitrados, quinoides e indigoides.
Práctica N° 3
SINTESIS DE COLORANTES AZOICOS
1. OBJETIVO.
1.1.- Obtener anaranjado de metilo .1.2.- Familiarizar a los estudiantes con la técnica para obtener colorantes azoicos y el estudio de sus propiedades.
2.- TEORIA
Los colorantes azoicos son nitrogenados, contienen el cromóforo azo -N=N- y el auxócromo - NH2 , - NHR y el - OH.Son intensamente coloreados , pudiendo ser anaranjados, rojos, azules, etc, Son muy estables a la luz y al lavado.
La mayoría son derivados del ácido sulfónico y se preparan mediante la diazoación de una amina aromática primaria y la copulación con una amina aromática primaria en medio ácido o una solución de fenol en medio alcalino.
El anaranjado de metilo se obtiene en forma de sal por diazoación del ácido sulfanílico y posterior copulación con la dimetilanilina .
-Calentado el colorante en presencia de ácido clorhídrico se transforma en heliantina de color rojo.
-En presencia de ácido acético glacial y zinc en polvo y calentado por unos minutos la solución pierde gradualmente el color..3.- PARTE EXPERIMENTAL
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3.1.- MATERIALES Y EQUIPOS.
Balanza, 1 Vasos de precipitación de 600 ml, 2 Vasos de 400 ml, 1 Probeta de 100 ml ,1 Erlenmeyer de 250 ml , 1 Buchner, 1 Kitasato, Bomba de vacío, Baño o cuba para hielo, Varilla de agitación, Reverbero, Papel filtro, Papel indicador. Cristalizador.
3.2.- SUSTANCIAS Y RECTIVOS.
Acido sulfanílico, carbonato de sodio, nitrito de sodio, ácido clorhídrico conc , dimetilanilina, hidróxido de sodio al 10% , cloruro de sodio, ác. acético glacial, zinc en polvo, hielo.
33.- PROCEDIMIENTO.
En 100 ml de agua se disuelven 5 g de ác. sulfanílico y 2 g de carbonato de sodio. La solución se enfría a 0°C añadiendo 150 g de hielo y a continuación se añaden 2 g de nitrito de sodio disueltos en 15 ml de agua. Después se añade lentamente una solución de 4 ml de ácido clorhídrico conc. en 25 ml de agua fría. Este proceso corresponde a la diazoación.
En una mezcla de 5 ml de ácido clorhídrico conc. y 15 ml de agua ,se disuelven 3 ml de dimetil anilina . La solución se enfría con hielo y se vierte con agitación contínua sobre el ácido sulfanílico diazoado. Obteniéndose la copulación.
La copulación inicia ya en la solución ácida diluída y el colorante colorea de rojo la solución.El proceso de copulación se completa al mismo tiempo que el colorante se transforma en su sal sódica amarilla añadiendo aproximadamente 40 ml de sol de hidróxido de sodio al 10%.
La solución se vuelve básica al tornasol . se añaden 30 g de sal cloruro de sodio , se calienta el contenido del vaso hasta cerca de su punto de ebullición y luego se deja enfriar. El colorante se separa encristales anaranjados que se recogen por filtración en un buchner, se lavan con etanol ,se extienden sobre un papel y se secan.
PRECAUCION :
No se debe determinar el punto de fusión porque el colorante se descompone antes de fundir.
PRUEBAS:
- Disolver 0,2 g de anaranjado de metilo en 10 ml de agua y 1 ml de ác. clorhídrico conc.. Se calienta la solución y luego se deja enfriar . Los cristales rojos de heliantina se separan por filtración.
- En un erlenmeyer pequeño se pone 0,1 g de anaranjado de metilo, 30 ml de agua, 5 ml de ácido acético glacial y de 3-4 g de zinc en polvo. Se calienta por unos minutos hasta la pérdida gradual del color.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALESSubstancias Peso reactivos Peso producto Calentamiento
co n HClCalentamiento conAc.acético,Zinc
Ác.sulfanílico
Nitrito de sodio
61
dimetilanilina
Acido clorhídrico
Carbonato de sodioHidróxido de sodio al 10%Colorante
3.5.- OBSERVACIONES
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO
hielo
Práctica N° 4
SINTESIS DE COLORANTES DEL TRIFENILMETANO
1.- OBJETIVO
1.1 .- Obtener fenolftaleína y fluoresceína en el laboratorio.1.2 .- Familiarizar a los estudiantes en el empleo de equipos y técnicas.
2. TEORÍA
Los colorantes del trifenil metano son hidroxi o amino derivados.
La fenolftaleína es un colorante que se obtiene por la reacción del anhídrido ftálico con el fenol en presencia de ácido sulfúrico y con calentamiento.
62
El producto obtenido se caracteriza por ser un indicador que cambia su color a rojo cuando cambia el pH a básico, debido a que se producen cambios en la estructura interna de la molécula. (sistema cromofórico).
La fluoresceína se obtiene igual que la fenolftaleína cambiando el fenol por resorcina . Las soluciones de fluoresceína presentan una fluorescencia amarillo verdosa debido no solo a que absorben fuertemente partes del espectro , sinó a que también reflejan partes del mismo.
2.-TEORÍA
3.- PARTE EXPERIMENTAL.
3.1.-MATERIALES Y EQUIPOS.
Balanza , Mechero, Pinza de tubos de ensayo, Tubo de pirolisis, Vasos de precipitación, Agitador, Papel filtro. Embudo, Termómetro, Tubos de ensayo.Papel indicador.
3.2.- SUSTANCIAS Y REACTIVOS.
Fenol, Anhídrido ftálico, Resorcina, Acido sulfúrico conc, Etanol, Agua , , Hidróxido de sodio
3.3.- PROCEDIMIENTO
3.3.1.- Obtención de Fenolftaleína
En un tubo de ensayo se pone 0,4 g de fenol y 0,2 g de anhídrido ftálico, se adiciona 4 a 5 gotas de ácido sulfúrico conc. Se agita la muestra con un termómetro y durante 2 o 3 minutos se la calienta a una temperatura de 160°C. La mezcla de sustancias reaccionará con una ebullición suave .
La masa fundida se vierte sobre 50 ml de agua y una parte de la solución se alcaliniza y después se acidula.
¿Son los cambios observados iguales a los que presenta una solución de fenolftaleína?
3.3.2.- Obtención de Fluoresceína
Se repite el procedimiento anterior cambiando el fenol por resorcina
PRECAUCIONES
-A las sustancias no hay que someterlas a mucho tiempo de calentamiento, ya que estas se pueden quemar.
-Tomar el tubo de pirólisis con una pinza pues el operador corre el riesgo de quemarse.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
Prueba de colorante como indicador
63
Colorante Color medio Básico Color medio Acido
Fenolftaleína
Fluoresceína
3.5.- OBSERVACIONES
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO
Practica Nº 5
TEÑIDO
64
1.-OBJETIVO.
1.1 Conocer las diferentes técnicas de teñido.1.2 Diferenciar el comportamiento que tienen los colorantes ante diferentes tipos de fibra.
2.- TEORIA.
2.1.- Un colorante o tinte es una sustancia coloreada soluble , que se utiliza para dar color a un objeto determinado y se caracteriza:1.- Porque absorbe fuertemente en la región del espectro visible.
2.- Porque se adhiere a una superficie en virtud de una atracción química o física entre los grupos del colorante y los grupos del objeto a teñirse que pueden ser : fibras textiles, plumas, papel, etc.
Las fibras textiles son de naturaleza celulósica como algodón y lino , polipeptídicas como lana y seda y sintética como nylon, poliéster, rayón ,etc.
Los colorantes de acuerdo a su afinidad con las fibras pueden colorearlas de las siguientes formas: por teñido directo, con ayuda de un mordiente, con un colorante a la tina o con un teñido con colorante de desarrollo.
2.2.-Clases de Teñido
2.2.1.- Los colorantes directos tiñen la seda y la lana debido a la presencia de grupos funcionales afines a la estructura del colorante.
2.2.2.- Los colorantes mordientes tiñen las fibras acrílicas y sintéticas gracias a la presencia de un intermediario que generalmente es un metal que se denomina mordiente.
2.2.3.- Los colorantes a la tina tiñen las fibras de algodón aplicados en su forma reducida y que luego son oxidados sobre la fibra por oxidación del oxígeno del aire.
2.2.4.- Los azoicos o de desarrollo que se forman por reacción sobre las fibras.
Estos colorantes deben cumplir algunas condiciones para ser considerados aptos para el teñido, tales condiciones son: resistencia al lavado, al sol, a la exposición a ácidos y a álcalis.
Tanto los colorantes naturales como los sintéticos pueden fijarse a las fibras textiles, debiendo tomar en cuenta su afinidad.
3. PARTE EXPERIMENTAL.
3.1 MATERIALES Y EQUIPOS.
3 Vasos de precipitación de 600 ml, 1 erlenmeyer de 250 ml, Agitador, Reverbero, 4 Pedazos de 10 x 10cm de Algodón, Lana.Poliéster ó dacrón SUSTANCIAS Y REACTIVOS.
Agua, , Violeta de metilo , Verde de malaquita ó Ácido pícrico, ácido tánico, tártaro emético, índigo azul, hidrosulfito sódico, hidróxido de sodio, ácido sulfanílico ó para nitro anilina, dimetil anilina, ácido clorhídrico, nitrito de sodio, β- naftol
3.3.- PROCEDIMIENTO ( Primera parte )
65
Teñido con colorantes sintéticos.
a).-Teñido Directo.
3.3.1.- En un vaso de 600 ml se pone 200 ml de agua y se disuelve 0,2 g del violeta de metilo , se calienta a ebullición y se sumergen los 3 pedazos de tela .(algodón, lana, poliéster).
Después de 2 minutos se sacan con una varilla de vidrio y se lava el exceso de colorante con una corriente suave de agua. Se dejan secar las muestras
b).- Teñido mordiente.
3.3.2.- Se prepara una solución de 1 g de ácido tánico en 200 ml de agua y en ella se sumergen los 3 pedazos de tela a temperatura ambiente.
A parte se prepara una solución con 0,2 g de tártaro emético en 200 ml de agua . Con ayuda de una varilla se sacan las muestras a un recipiente vacío y se presionan para eliminar el exceso de ácido tánico.
A continuación se pasan las muestras al tártaro emético para fijar en ellas el ác tánico, se sacan las muestras a un recipiente vacío y presionan para eliminar el exceso de solución.
Luego se ponen los pedazos en el vaso con la solución de colorante y se calientan por 2 minutos a su punto de ebullición , se lavan y secan.
c).-Teñido a la tina
3.3.3.- En un erlenmeyer pequeño se pone 0,1 g de polvo de índigo azul, 0,1 g de hidrosulfito de sodio, 2 lentejas de hidróxido de sodio y 10 ml de agua. Se cierra el matraz para que no entre el aire y se agita suavemente por 2 ó 3 minutos.
A medida que el índigo se disuelve ,la solución se vuelve verde oscuro por la formación del leucoíndigo . Se adiciona 50 ml de agua.
Luego se introduce un pedazo de tela de algodón en la solución formada durante 15 segundos y se saca y se deja secar colgada al aire para que se oxide.
d).-Teñido de desarrollo
3.3.4.- Se prepara una solución de amina aromática o β- naftol y en ella se introduce un pedazo de tejido de algodón ,una vez empapado se lo deja secar.
Luego se introduce en la solución de la sal de diazonio y se agita bien con una varilla. Se saca y se deja secar.Se ha formado un colorante de desarrollo.
Las muestras teñidas en cada caso se deben adjuntar al informe debidamente identificadas.
66
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
Resultados del teñido
FIBRA TEXTIL DIRECTO MORDIENTE A LA TINA DE DESARROLLO
Lana
Algodón
Dacrón
Otras
3.5.- OBSERVACIONES.
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO
67
Práctica N° 6
Teñido con colorantes naturales.
3.- PROCEDIMIENTO. ( Segunda Parte ).
3.3.5.- En un vaso de 600 ml disolver 0,5 g de colorante de pétalos de rosa 300 ml de agua y calentarlos, luego introducir 1 pedazo de tela de cada género y mantenerlos en ebullición por 3 minutos. Luego proceder igual que en 3.3.1.
Repetir con otro colorante , pueden ser de cáscara del nogal, de achiote, de pepa de aguacate, con pelo de choclo , con té.
.
.
P O L I M E R O S
Los polímeros son compuestos de alto peso molecular formados por la unión de varios monómeros mediante un proceso denominado polimerización.
Tienen propiedades físicas y químicas muy distintas de las que poseen los cuerpos formados por moléculas sencillas, son inatacables por los ácidos y bases, tienen gran resistencia mecánica, elevado poder dieléctrico, gran elasticidad, fácil teñido, baja densidad, y fácil obtención a bajas temperaturas.
Los polímeros pueden originarse de dos maneras distintas, por adición y por condensación.
El cuerpo que se polimeriza recibe el nombre de monómero y el polímero tiene la misma composición química que él.
Si se polimerizan conjuntamente dos cuerpos no saturados distintos la polimerización recibe el nombre de copolimerización .
Práctica N° 7
68
PREPARACION DE UN POLIMEROS POR ADICION
1. OBJETIVOS
1.1.- Obtener el poliestireno.1.2.- Entrenar a los estudiantes en el manejo de reacciones de polimerización por adición.
.2.- TEORIA
La polimerización por adición consiste en la combinación continua de moléculas sencillas insaturadas , sin eliminación de moléculas pequeñas, por la ruptura de un doble enlace, como ocurre en la preparación de poliestireno.
La iniciación de la reacción de adición se puede realizar por radicales, cationes, aniones o por coordinación.
El estireno polimeriza satisfactoriamente por vía de radicales y lo hace en presencia de peróxido de benzoílo como catalizador por su facilidad de generar radicales.
En vista de que el estireno comercial suele ser estabilizado con antioxidantes, previamente a la polimerización deben ser estos eliminados.
A medida que la polimerización progresa la viscosidad del líquido aumenta poco a poco, lo que se aprecia claramente al cabo de 30-40 minutos. Al final el poliestireno se presenta como un sólido transparente.
3.- PARTE EXPERIMENTAL
3.1- MATERIALES Y EQUIPOS.
Embudo de separación de 250 m, probeta de 100 ml, 2 vasos de precipitación de 400 ml, 1 erlenmeyer de 250 ml, 1 tubo de ensayo grande , reverbero, baño maría.
3.2.- SUSTANCIAS Y REACTIVOS.
Estireno comercial, hidróxido de sodio al 10%, cloruro cálcico, peróxido de benzoílo
3.3.- PROCEDIMIENTO
3.3.1.- En un embudo de separación pequeño, se ponen 15 ml de estireno y se agita fuertemente con 25 ml de agua a la que se han añadido 5 ml de solución de hidróxido de sodio al 10%. Se separa y desecha la capa inferior alcalina y se lava la capa superior del estireno dos veces con una pequeña cantidad de agua.
El estireno se separa con cuidado del agua y se deja secar en un erlenmeyer pequeño y tapado con cloruro cálcico.
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Para su polimerización se decanta del cloruro cálcico pasándolo a un tubo de ensayo y se le añade 0,1 g de peróxido de benzoílo. Se tapa el tubo bien con un tapón de corcho y se introduce en un vaso con agua a ebullición . A medida que la polimerización progresa , la viscosidad del líquido aumenta poco a poco lo que se aprecia claramente al cabo de 30-40 minutos.
Si la polimerización no es suficiente se introduce el tubo nuevamente en el agua a ebullición durante una hora o más y se deja enfriar.
Cuando el líquido está viscoso se puede introducir en la resina un objeto pequeño que quedará empotrado en el polímero al dejarlo enfriar durante 2 ó 3 días.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
Reactivos Cantidades Producto
3.5.- OBSERVACIONES
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO
Practica N º 8
PREPARACION DE POLIMEROS POR CONDENSACION.
70
OBJETIVOS
1.1.- Obtener el gliptal y el polietilén tereftalato.1.1 .- Conocer la técnica para obtener polímeros por condensación.
2.- TEORIA
La polimerización por condensación consiste en la combinación repetida de las moléculas del cuerpo o cuerpos reaccionantes con eliminación de moléculas pequeñas, generalmente de agua. ejemplo, en la formación del poliéster o en la resina úrea- formaldehido.
El cuerpo que se polimeriza recibe el nombre de monómero y el polímero tiene la misma composición centesimal que él.
Si se polimerizan conjuntamente dos cuerpos no saturados distintos la polimerización recibe el nombre de copolimerización .
3.- PARTE EXPERIMENTAL.
3.1.- MATERIALES Y EQUIPOS.
3.1.1.- Tubo de ensayo, pinzas para tubo de ensayo, tela de asbesto, anillo metálico, mechero, papel aluminio.3.1.2.- 1 Tubo de ensayo,tela de asbesto anillo metálico, mechero, pinzas para tubo de ensayo, papel aluminio
3.2.1.- SUSTANCIAS Y REACTIVOS .
Anhídrido ftálico 1g, Glicerina 0.4g, Acetato de sodio 0.05g .3.2.2.- Tereftalato de dimetilo 5g, etilénglicol 1.5 ml, acetato de sodio 0.05
3.3.- PROCEDIMIENTO
Síntesis del Gliptal.
3.3.1.- Coloque 1 g de anhídrido ftálico y 0,05 g de acetato de sodio en un tubo de ensayo, agregue 0,4 g de glicerina . Cubra el tubo con papel aluminio haciendo pequeñas perforaciones en el aluminio. Sostenga el tubo con una pinza y caliéntelo a la llama.
Caliente el tubo suavemente hasta que la solución perezca hervir ( se elimina agua durante la esterificación ), continúe calentando durante 5 minutos.
Una vez completada la reacción , en caliente vierta el polímero obtenido sobre un recipiente hecho de papel aluminio.
Síntesis de Polietilentereftalato (PET)
3.3.2 En un tubo de ensayo coloque 5g de tereftalato de dimetilo y 1.5 ml de etilenglicol (d= 1.113 ) y 0,05 g de acetato de sodio.
71
Inicie el calentamiento suave a través de la tela de asbesto hasta fundir ambos reactantes, continúe el calentamiento hasta que el metanol escape por evaporación.
Una vez completada la reacción vierta el polímero obtenido en un recipiente de papel aluminio.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
a) b)
Reactivos Cantidades
Productoaspecto
Reactivos Cantidades
Producto aspecto
3.5.- OBSERVACIONES.
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO.
Práctica N° 9
PREPARACION DE POLIMEROS TERMOFIJOS.
OBJETIVOS
1.1.- Obtener resinas entrecruzadas.1.2 .- Conocer las técnicas para obtener un polímero termofijo.
2.- TEORIA
Las resinas termofijas son aquellas que al curar producen polímeros insolubles y que no funden al aplicarles calor.
3.- PARTE EXPERIMENTAL.
3.1.- MATERIALES Y EQUIPOS.
72
Vaso de precipitación de 250 ml, Agitadores, Balanza, Tubo de ensayo de 20 cm de largo , Pipeta, Probeta, Baño maría.
3.2.- SUSTANCIAS Y REACTIVOS.
Urea, Fenol, Formaldehído, Hidróxido de amonio, Cloruro de amonio, Agua. Acido clorhídrico concentrado, Anaranjado de metilo, Alcohol etílico de 96ºGL.
3.3.. PROCEDIMIENTO.
3.3.1.- Preparación de la resina urea - formaldehído.
Se coloca en el tubo de ensayo de 20cm de longitud 3g de urea, se adiciona 5 ml de HCl concentrado agitando para que se disuelva toda la urea.
Se agregan 30 ml de agua destilada y se agita. Se ponen unas gotas de anaranjado de metilo se adicionan 3ml de formaldehído , se agita y deja reposar por unos minutos.Se observa la consistencia de la resina formada.
3.3.2.- Preparación de la resina Fenol – formaldehido . (baquelita ).
Se coloca en un tubo de ensayo 2 g de fenol , se lo calienta en baño maría a 50°C. Se adiciona 2 ml de formaldehido y se calienta la mezcla hasta ebullición. Se adiciona luego 10 gotas de ácido clorhídrico concentrado |poco a poco, con cuidado la reacción puede producir proyecciones. Una vez que la mezcla se vuelve viscosa se la saca del tubo mientras está flexible y se deja enfriar .
PRECAUCIÓN.- El fenol produce quemaduras en la piel a no ser que esté en solución diluída.Si concentrado se pone en contacto con las manos, se debe lavar enseguida con alcohol y agua.
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
a) b)
Reactivos Cantidades
Productoaspecto
Reactivos Cantidades
Producto aspecto
3.5.- OBSERVACIONES
73
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO.
Practica N° 10
BIOPOLIMEROS
1.- OBJETIVOS
1.1.- Obtener polímeros de caseína y almidón1.2.- Familiarizar a los estudiantes en el empleo de las técnicas de formación de biopolímeros.
2.- TEORIA
Los Biopolímeros son plásticos derivados de productos naturales como el maíz, la caseína, lagelatina, los mismos que una vez formados mediante reacciones químicas , pueden ser degradados fácilmente en el medio ambiente.También los biopolímeros pueden ser formados por reacciones enzimáticas.
Actualmente se encuentran conformando produc tos que reemplazan a los plásticos de embalaje.
74
3.- PARTE EXPERIMENTAL ( Primera parte )
3.1.- MATERIALES Y EQUIPOS
Tubo de ensayo grande, vaso de precipitación de 450 ml, reverbero, varilla de agitación, vidrio de reloj, probeta de 10 ml, balanza, baño maría, placa de vidrio de 30 x 25 cm, horno.
3.2.- SUSTANCIAS Y REACTIVOS
Caseína, hidróxido de sodio 6 N, formaldehido, almidón de maíz, ó de papa, glicerina, colorante, ácido clorhídrico.
3.3.-PROCEDIMIENTO
3.3.1.- BIOPOLÍMERO DE CASEÍNA
1.- Se pone la leche en un vaso y se añade unas gotas de vinagre para cortarla. Se separa porfiltración en vacío la leche cortada, presionándola si fuera necesario.
Se toma una porción de sólido, se le dá la forma que más le guste y se la sumerge en formaldehído que se habrá puesto en el otro vaso.
Deje que la reacción tenga lugar durante unas cuantas horas, para que el formaldehido penetre bien en la pieza.
2.- Se disuelve 0,2 g de caseína en un tubo de ensayo con 2 ml de solución 6 N de hidróxido de sodio y se agrega 2 ml de agua. Se calienta agitando hasta disolución completa.
Se vierte la mitad de esta solución en un vidrio de reloj , se agregan 10 gotas de formaldehído y se mezclan con una varilla de vidrio. Se observa después de 5 minutos.
3.3.2.- BIOPOLÍMERO DE ALMIDON
En un vaso de precipitación se mezclan 2,5 g de almidón de maíz o de papa, 2 ml de glicerina, 0,5 ml de colorante alimenticio y 3 ml de ácido clorhídrico, se agrega 20 ml de agua.
Se coloca la mezcla en baño maría durante 15 minutos en agitación constante.
La solución se pondrá viscosa. Para neutralizar la mezcla, se agregan 3 ml de solución de hidróxido de sodio y se mezcla bien.
Se vierte el contenido sobre la placa de vidrio y se lo extiende lo más homogéneo posible, tratando de hacer una película uniforme
. Se coloca la placa de vidrio en el horno tibio,no mayor de 100°C , durante una hora y media. Se deja luego secar al aire libre. La lámina de biopolímero o plástico vegetal está lista
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
75
Reactivos Cantidades Producto
3.5.- OBSERVACIONES
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO
Práctica N° 11
AGENTES TENSOACTIVOS
1.- OBJETIVOS
1.1.- Comprobar las propiedades de los agentes tensoactivos.1.2.- Adquirir habilidad al manejar estos compuestos. 2.- TEORIA
3.- PARTE EXPERIMENTAL
3.1.- MATERIALES Y EQUIPOS
76
Vasos de precipitación de 450 ml, probetas, balanza., reverbero, agitador mecánico.
3.2.- SUSTANCIAS Y REACTIVOS
Aceite, Benzoato de bencilo , Tween 60-80 , Span 60-80
3.3.-PROCEDIMIENTO
a).- Se prepara una emulsión de O/W y otra de W/O, cuyas fases dispersas sean del 30% (v/v) .Se adiciona gota a gota la fase dispersa a la fase contínua mientras se agita en agitador mecánico.
Una vez que se ha adicionado la última gota de la fase dispersa , se agita la mezcla por 3 minutos.
Se deja en reposo y se anota el tiempo que se demoran en separarse las fases.b) Se adiciona el 3% de agente emulsificante y se agita la mezcla por 3 minutos.
Se dejan en reposo el mismo tiempo de la prueba anterior y se observa.c) Se procede a caracterizar la emulsión formada de la siguiente manera:-Se diluye en cada emulsión una gota de aceite o agua para ver que tipo de emulsión resultó.-Se miden las propiedades reológicas en un viscosímetro de Brookfield.
Preparación y formulación de una emulsión de Benzoato de bencilo
Se desea comparar el efecto de diferentes agentes tensoactivos y la combinación de los mismos
a) - Se disuelve 1 g de tensoactivo hidrofílico en 100 ml de agua y se lleva a 60ºCb) .- Se disuelve 1 g de tensoactivo lipofílico en 10 ml de benzoato de bencilo y se lleva a 60ºCc).- Se agrega la solución del paso a a la solución del paso b con agitación magnéticad).- Se mantiene la agitación hasta llegar a temperatura ambiente.
Se repite la prueba utilizando 3 g de tensoactivo y se comparan los resultados.
Poder de humectación
Se preparan volúmenes no menores de un litro de diferentes concentraciones del tensoactivo en cuestión , es deseable partir de una solución tipo.
El equipo utilizado consta de una probeta graduada de 500 mL de boca ancha, cilindro de plomo de 40 g de peso provisto de un gancho de cobre conectado por un hilo de fibra textil de 5 cm de largo, cronómetro y varias madejas de la fibra textil de 5 gramos de peso.
Se engancha una madeja de hilo a la pesa de plomo y se la dejar caer en 500 mL de la solución de tensoactivo puesta en la probeta.
Cronometrar el tiempo de humectación desde el momento en que la pesa llega al fondo de la probeta hasta que la madeja esté completamente humectada, es decir, el momento en que el hilo que une a la pesa con el gancho, se dobla completamente debido al peso de la madeja .
77
Con los diferentes datos obtenidos de tiempo de humectación vs concentración se obtienen gráficas, donde se puede observar :
a).- el poder humectante en la concentración micelar crítica..
b).-el efecto de la temperatura sobre la humectación.
c).- comportamiento de diferentes fibras textiles, tanto naturales como sintéticas
3.4.- DATOS EXPERIMENTALES
Formación de EmulsiónSustancia Agua Ag, tensoactivo Resultado
Sin AT.
Tiempo de HumectaciónSustancias Agua Ag.Tensoactivo
% Tiempo de humectación
Sin AT.
3.5.- OBSERVACIONES
78
3.6.- DIAGRAMA DEL EQUIPO
Práctica N° 12
APLICACIÓN DE LOS AGENTES TENSOACTIVOS.
OBJETIVO.
1.- Aplicar los conocimientos adquiridos sobre las diferentes clases de tensoactivos en la preparación de un producto.
OBJETIVOS.
TEORÍA
PROCEDIMIENTO
79
BIBLIOGRAFIA
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