Materiales elásticos o elastómeros
Bloque 5:
Química y tecnología
Aprendizajes
esperados: Plantea preguntas, realiza predicciones, formula
hipótesis, con el fin de obtener evidencias empíricas para argumentar
conclusiones, con base en los contenidos estudiados en el curso. Diseña y
elabora objetos técnicos, experimentos o modelos con creatividad, con el fin de
que se describa, explique y prediga algunos procesos químicos realizados con la
transformación de materiales y la obtención de productos químicos. Comunica los
resultados de su proyecto mediante diversos medios o con ayuda de las
tecnologías de la información y la comunicación, con el fin de que la comunidad
escolar y familiar reflexione y tome decisiones realizadas con el consumo
responsable o el desarrollo sustentable. Evalúa procesos y productos considerando su efectividad,
durabilidad y beneficios social, tomando en cuenta la relación del consumo con
el impacto ambiental.
Integrantes
Alejandra Reyes Paramo.
Rene Antonio Vázquez
Ávila.
Jesús Enrique Luna
Aguilar.
Maestra
Ma. Teresita López
Guerrero.
Colegio
Colegio Stella Maris.
Introducción
En el siglo XX fue el inicio
de una época de grandes transformaciones en el estilo de vida de la sociedad
como consecuencia de los avances de la ciencia y sus aplicaciones tecnológicas.
Para muchos como una de las industrias que han tenido mayor impacto es la de
los plásticos sintéticos, materiales que poco a poco se han ido introduciendo en prácticamente todas las
actividades de los seres humanos. Aunque los plásticos que empleamos hoy son
materiales modernos que se fabrican industrialmente desde hace menos de un
siglo, se conoce diversos materiales elásticos naturales desde épocas remotas.
Por ejemplo el hule o el caucho u otras resinas que se producen en vegetales
fueron empleados para diferentes culturas americanas antes de la llegada de los
españoles.
Propósito:
Que
es un polímero
Que
significa un material elástico
Que
tipos de materiales elásticos encontramos
en la naturaleza
Que
beneficios brinda a la
sociedad sintetizar estos
materiales
Que
polímero están clasificados
como elásticos y cuáles son sus
aplicaciones en la industria
y la vida cotidiana
Como
se reconocen los platicos
para su reciclaje
Qué
estado fisicotienes los
materiales elásticos
DESARROLLO
Polímero
Un polímero es un
compuesto químico en el que las moléculas están formadas por cadenas
largas en las que se repite una unidad básica (a esta unidad básica se llama
monómero). Cada polímero tiene unas propiedades determinadas. Conociendo las
propiedades requeridas de un material para un uso en particular, puede
escogerse un polímero u otro, incluso puede diseñarse la síntesis en
laboratorio de un nuevo polímero buscando dichas propiedades específicas.
Un mito común relacionado
con los polímeros es su asociación a la química de laboratorio pero esto no es
real. Existen innumerables polímeros naturales. Como ejemplo que a
todos nos es familiar podemos citar el caucho, un material utilizado por el
hombre desde hace miles de años y formado por polimerización natural. Por
supuesto, la química moderna ha hecho posible sintetizar de forma artificial en
laboratorio muchos polímeros para satisfacer necesidades concretas, por ejemplo
el teflón.
Es también común asociar a los polímeros con propiedades elásticas pero en realidad las propiedades de los polímeros son muchos más amplias y no todos los polímeros presentan elasticidad. Además, en función del uso final se elegirá un polímero en concreto atendiendo a sus propiedades. Entre las propiedades más buscadas de los polímeros destacan:
Elasticidad: se puede buscar
también su ausencia, es decir, que no sea elástico
Reflectante
Resistente a golpes e
impactos
Dureza
Fragilidad
Maleabilidad
Aislante
Material elástico
Los materiales elásticos son conocidos como
polímeros, y en general han existido en la naturaleza desde siempre y el hombre
ha sabido cómo aprovecharlos, Sin embargo, a pesar de que los polímeros pueden
ser encontrados en el medio natural, el ser humano ha creado algunos
sintéticos; es decir, que se preparan en un laboratorio.
La fuerza impulsora de la
deformación elástica es un parámetro termodinámico llamado entropía, que mide
el grado de desorden del sistema. La entroia aumenta al aumentar el desorden.
Al aplicar un esfuerzo a un elastómero las cadenas se alargan y alinean: el
sistema se ordena.
A partir de este estado, la entropía aumenta al volver las cadenas a su original enmarañamiento.
Este efecto en trópico origina dos fenómenos. En primer lugar, al aplicar un esfuerzo al elastómero, este aumenta su temperatura; en segundo lugar, el módulo de elasticidad aumenta al incrementar la temperatura, comportamiento contrario al de otros materiales.
A partir de este estado, la entropía aumenta al volver las cadenas a su original enmarañamiento.
Este efecto en trópico origina dos fenómenos. En primer lugar, al aplicar un esfuerzo al elastómero, este aumenta su temperatura; en segundo lugar, el módulo de elasticidad aumenta al incrementar la temperatura, comportamiento contrario al de otros materiales.
Materiales elásticos en la naturaleza
La
elasticidad es la habilidad de un objeto de estirarse más allá de su tamaño
natural sin romperse o cortarse y volver a su forma original. Cualquier
material que exhiba esta propiedad se llama elástico. Los elásticos también se
refieren a cualquier material hecho con estos materiales. Estos materiales a
veces se usan para crear ropa, electrónicos o suministros de oficina comunes.
Por ejemplo, la ropa de ejercicio y bandas de goma están hechas de materiales
elásticos encontrados en la naturaleza o replicados por el hombre para que
parezcan elásticos naturales.
Goma natural
La goma
natural es quizá el material elástico más comúnmente conocido y usado. Se
encuentra en la savia de látex de las especies Hevea y Ficus. La goma Para es
otra variedad de la goma natural que se obtiene de la sabia de árboles de
América del Sur. El uso más común para este elástico es goma vulcanizada, que
se usa para crear neumáticos y otros productos. Otros métodos de procesarla
pueden ser usados para crear cualquier cosa desde guantes de látex a las suelas
de los zapatos y goma espuma.
Cartílago
El
material elástico natural con el que estás más familiarizado es el cartílago,
que se encuentra en la nariz y orejas humanas, como también en los espacios
entre los huesos. El cartílago reduce la fricción entre las uniones, lo que
permite movimiento sin dolor si está completamente intacto. También ayuda a
mantener la forma externa de las orejas y el puente de la nariz, que
generalmente se doblan para el uso diario. Esto sería muy doloroso si no fuera
por las propiedades elásticas inherentes en ese tipo de cartílago, llamado
cartílago elástico.
Grafeno
El
grafeno es el elástico natural más fino jamás encontrado en la naturaleza. El
grafeno es una capa simple de grafito, y de acuerdo con "e! Science
News", los científicos creen que finalmente reemplazará a la silicona en
la producción de electrónicos. Sólo con un átomo de grosor, ha sido usado en
electrónicos debido a sus habilidades conductivas. El uso del grafeno ha
permitido que los dispositivos continúen siendo más finos y pequeños mientras
incluyen más características, como se ejemplifica en el desarrollo de celulares
desde su introducción popular en 1983. El grafeno, anteriormente muy explorado,
ofrece la capacidad para que los ingenieros y científicos desarrollen
nanotecnología más avanzada al usar ingeniería basada en la tensión.
Beneficios
¡Los plásticos le pueden ayudar incluso a no gastar su
propia energía personal! ¡Los envases de
plástico pesan menos en la bolsa de la compra!
Con una buena instalación,
el aislamiento plástico puede reducir hasta en un 70% la pérdida de calor y de
frío en casa o en el centro escolar, consiguiendo un ambiente más cálido o más
fresco, más acogedor y más energéticamente eficiente
La potencia del viento es
gratuita, pero ¿sabía que sería imposible atrapar la energía eólica sin los
plásticos? Se utiliza un plástico especial en las cubiertas de las turbinas de
viento y para las enormes aspas
¿Sabía que cada vez se
utiliza más el plástico para reemplazar distintas partes de los aviones? Para
la caja central de las alas del Airbus A380 se utilizan componentes en
compuestos de fibra plástica, que reducen el peso de el avión en 1.5 toneladas.
El avión puede volar más lejos y aumentar su carga con la misma cantidad de carburante;
¡esto sí es eficiencia energética!
¿Sabía que sin los plásticos
sería imposible aprovechar la energía solar? Los paneles solares están
fabricados en plástico y la energía solar es una fuente de energía gratuita de
alto rendimiento
¿Sabía que un camión de
transporte reduce considerablemente su consumo de carburante si la carga está
embalada en contenedores de plástico? Es obvio: a menor peso menor consumo de
carburante
El uso del plástico para
explotar la energía del viento puede reducir considerablemente el consumo de
carburante de un barco, lo que significa menor gasto de petróleo y menos
emisiones de CO2
*Conservar la frescura con
los plásticos
Las neveras de hoy en día
utilizan el plástico en sus sistemas de aislamiento para garantizar que sus
alimentos y bebidas se conserven frescos y fríos durante más tiempo gastando
menos energía
*Más
luz por menos energía
Las tecnologías innovadoras
y en especial las lentes plásticas utilizadas en las LED (diodos luminosos)
suponen el doble de luz que las convencionales con la misma cantidad de
energía.
¿Sabía que utilizamos los
plásticos para mantener cálidos nuestros hogares, hacer más ligeros nuestros
coches y conservar más frescos nuestros alimentos? También se usa el plástico
para aprovechar eficiente y limpiamente la energía eólica y la solar.
Sus
aplicaciones en la industria
y la vida cotidiana
El
uso cotidiano de los materiales poliméricos, desde los Ingenieros químicos, en
materiales, industriales, mecánicos e incluso el propio lector de este
artículo, todos interactuando con estos materiales bajo cierto grado; debido a
esto, algunos han llamado a nuestro tiempo la era de los polímeros.
En la Grecia
antigua todo material era clasificado como animal, vegetal o mineral, los
alquimistas dieron gran importancia a los minerales, mientras que los artesanos
daban uso a los materiales de origen vegetal y animal. Los primeros plásticos
de la historia procedían de las proteínas de las carnes duras envejecidas o
cocinadas, o de la proteína de huevo, conocida como albumina, que se encuentra
en la clara del huevo, y que se obtenía a través de su calentamiento con la
mezcla de vinagre.
Los primeros
seres humanos a través de prueba y error, aprendieron a procesar, teñir y tejer
fibras que se basaban en proteínas naturales, tales como la lana, seda y fibras
de hidratos de carbono mejor conocidas como el lino y algodón. Orgullosamente
nuestra cultura azteca también se adentró con grandes avances en los inicios e
usos de los materiales plásticos, tal es el caso de la civilización Azteca, en
la cual los primeros mexicanos utilizaban caucho para fabricar utensilios
elásticos o impermeabilizar tejidos. (Seymour, 2002)
De ahí en
adelante muchos científicos realizaron experimentos tratando de procesar
polímeros sintéticos y no fue sino hasta el año de 1862 cuando en Londres un
químico llamado Alexander Parkes descubrió el primer termoplástico el cual
llamó Parkesina, que funcionó como sustituto del marfil, ya que originalmente
se utilizaba para moldear productos. Pero el gran avance de los plásticos llegó
hasta el descubrimiento del primer plástico sintético tipo comercial llevado a
cabo por un químico belga nacionalizado americano, L.H. Baekeland, quien se dio
a la tarea de descubrir en 1939 la reacción de polimerización del fenol y el
formaldehido, denominándolo y patentándolo como bakelita, y que es uno de los
plásticos utilizados hasta el día de hoy. (Groover, 1997).
Propiedades de los polímeros
La palabra plásticos
se utilizó como sustantivo de polímeros en el año de 1909, los plásticos forman
parte de una gran gamma de materiales poliméricos que son formados por
moléculas extremadamente grandes.
Debido a las
propiedades únicas que estos materiales presentan, han desplazado y sustituido
de manera creciente a componentes metálicos en diversas aplicaciones. Las
principales propiedades que presentan los polímeros son: resistencia a la
corrosión de los productos químicos, baja conductividad eléctrica y térmica, baja
densidad o bajo peso, alta relación resistencia a peso particularmente cuando
son reforzados con fibras como la fibra de vidrio, reducción del ruido,
apariencia agradable de colores y transparencias, bajo costo y facilidad de
manufactura. Pero el principal aspecto de la sustitución por los metales es
debido a que los materiales poliméricos resisten más a la corrosión aunada al
bajo peso.
La palabra
plásticos procede del griego plastikos que significa “capaz de ser moldeado”.
Los polímeros son en sí, moléculas de cadena larga que se forma a partir de
polimerización, que es mediante el enlace cruzado de diferentes monómeros. Un
monómero es la unidad básica de un polímero; la palabra mero proviene del
griego mero que significa “parte”, indica la unidad repetitiva más pequeña. La
palabra polímeros significa “muchos meros” o unidades, repetidas miles de veces
en una estructura de cadena. La mayoría de los monómeros son materiales
orgánicos que contienen átomos de carbono que se unen mediante enlaces
covalentes con otros átomos como los de hidrógeno, nitrógeno, cloro, flúor,
azufre y silicio. (Kalpakjian, 2008)
Tipos de polímeros
Los polímeros
se clasifican de varias formas: según la manera en que las moléculas son
sintetizadas, en función de su estructura molecular, por su familia química,
por el tipo de aplicación, etc. Sin embargo, el método más usado para describir
los polímeros es en función de su comportamiento mecánico y térmico, que está
en repercusión de la estructura molecular; la tabla 1 compara las tres clases
principales de polímeros, de igual forma, se muestra un diagrama de su
estructura interna.
Reconocen los platicos para
su reciclaje
Cada uno de ellos tiene
distintas fórmulas y composiciones y, por consiguiente, presentan también
distintas formas de reciclaje. Por eso es interesante que aprendamos a
reconocerlos.
Debemos fijarnos en los
envases de los productos que compramos y buscar en ellosel símbolo que indica
que efectivamente puede reciclarse: esta identificación la encontramos en el anillo de Moebius que
aparece en una versión más fina y estrecha, conteniendo un número y unas letras
que señalan el tipo de material. Veamos lo que significan:
1 - PET: es
el Polietileno Tereftalato, el plástico que encontramos con más frecuencia
en los envases de alimentos y bebidas (botellas de refrescos o agua mineral).
Es absolutamente indispensable que los separemos en casa, ya que puede tardar
cientos de años en descomponerse. El PET tiene muchas formas de
reutilización. Una vez reciclado puede pasar a formar parte de la
materia prima para fabricar alfombras o fibras textiles, muebles, piezas de
automóvil y, ocasionalmente, nuevos envases de alimentos.
2 - HDPE: es
el Polietileno de Alta Densidad, un plástico muy resistente que
encontramos principalmente en envases de productos de limpieza del hogar,
detergentes, cloro, champús o jabones. Y ocasionalmente en envases de leche,
zumos, yogures o bolsas de basura. Como ocurre con el PET, es altamente
contaminante y su tiempo de descomposición supera el siglo. Si lo
reciclamos correctamente puede volver a tener utilidad como materia prima para
botes de detergentes e incluso muebles de jardín.
3 - V o PVC: Vinílicos
o Cloruro de Polivinilo que cada vez se utilizan menos en producción,
aunque aún podemos encontrarlo en envases como botellas de agua y algún
producto de higiene personal. Es uno de los más contaminantes (puede
tardar hasta 1000 años en descomponerse). Si se recicla correctamente puede
emplearse para hacer forros para cables o canalones de carreteras y otros
materiales industriales.
4 - LDPE: es
el Polietileno de Baja Densidad, un plástico fuerte, flexible y
transparente, que se puede encontrar en algunas botellas o bolsas de plástico
de un solo uso. También lo encontramos en forma de papel film y en los envases
de yogures. Si se recicla adecuadamente se puede utilizar de nuevo en
contenedores, papeleras, sobres, tuberías o baldosas. Si no, puede tardar en
descomponerse más de 150 años.
5 - PP: es
el Polipropeno, que por su alto punto de fusión se utiliza en envases que
vayan a contener líquidos y alimentos incluso calientes; envases médicos,
pajitas, botes de ketchup, tapas, etc. Debe reciclarse adecuadamente para
poder hacer con ellos cables de batería, bastidores de bicicletas, señales
luminosas, escobas, cepillos, entre otros productos.
6 - PS: es
el Poliestireno, también podemos encontrarlo en forma de poliestireno
expandido (corcho blanco o poliespán). Pese a su alto nivel contaminante este
material aún se utiliza mucho en productos de gran consumo; lo encontramos
habitualmente en platos y vasos de usar y tirar, envases de yogures, hueveras,
bandejas para frutas o carne, envases de aspirinas, cajas de CD, etc. Si no se
recicla como es debido, puede tardar hasta 1.000 años en descomponerse.
7 - Otros: en
esta categoría se incluye una gran variedad de plásticos muy difíciles de
reciclar, que no se corresponden con los seis más habituales que ya hemos
visto. Con ellos se elaboran materiales a prueba de balas, gafas de sol,
envases de alimentos o algunos tipos de botellas de agua, DVD, mp3 e incluso
ordenadores.
Todos estos plásticos tienen
una cosa en común: son envases y deben depositarse en el contenedor amarillo.
Así nos aseguraremos de que se reciclan adecuadamente.
Conclusión
Gracias al anterior trabajo hemos conocido un
poco más a fondo un mundo desconocido y muy interesante para nosotros... el de
los polímeros.
También aprendimos el
significado de la palabra "polímero", la importancia de estos en la
vida real para nosotros y como se clasifican.
Como pudimos observar los
polímeros constituyen la mayor parte de las cosas que nos rodean, estamos en
contacto con ellos todos los días e incluso nosotros mismos estamos compuestos
casi en nuestra totalidad de estas, tan variadas macromoléculas, como por
ejemplo: las proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos,
etc.
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