Reciclaje

Reciclaje: cómo deshacer un polímero (poliestireno expandido o EPS)

Material (cada 2 alumnos)	Un pequeño bloque de EPS (comunmente conocido como corcho blanco, pero debe llevar las siglas EPS). 8 vasos de vidrio. Agua. Acetona (quitaesmalte para las uñas). Varilla de vidrio o cuchara.
Duración	20 minutos.
Coste aprox.	Un bote de quitaesmalte, aprox 3 euros. El resto del material se puede traer de casa.
Objetivos	Iniciarse en el concepto del reciclado de polímeros a partir de productos de uso cotidiano, y comprender la importancia del reciclaje de los mismos.
Precauciones/ Consejos	Ten en cuenta que la acetona es un disolvente orgánico, por lo que no conviene que entre en contacto con la piel, mucosas u ojos.

INTRODUCCIÓN:

La espuma de poliestireno o EPS es un polímero plástico espumado utilizado en el sector del envase y la construcción. Los fabricantes crean la espuma de poliestireno por medio de la alteración del poliestireno, el cual está compuesto por una larga cadena de moléculas de estireno. Su principal ventaja es su higiene, ya que no constituye un sustrato nutritivo para los microorganismos, lo que lo convierte en un material idóneo para el envasado de productos frescos. Además, es ligero, resistente a al humedad y buen absorbente de impactos, por lo que se usa ampliamente en el embalaje. También es aislante térmico, lo que lo hace adecuado como aislante de viviendas en la construcción.

Objeto de poliestireno

El EPS se produce a partir de compuestos de poliestireno y pentano, el cual se utiliza como agente expansor. Durante el proceso, este se calienta y el polímero se plastifica en unos moldes que determinarán su forma final.

La acetona o propanona es un compuesto orgánico de fórmula química (CH₃)₂CO. Es un líquido traslúcido inflamable, capaz de disolver al poliestireno.

Al combinar espuma de poliestireno y acetona se produce una reacción en la que se observa como el polímero desaparece en la acetona. Se produce la disolución del mismo, ya que las moléculas del polímero se separan para entremezclarse con las de acetona. Esta disolución y la solución resultante muestran un potencial para la tecnología del reciclado.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

1. En ocho vasos de vidrio, coloca aproximadamente la misma cantidad de EPS.
2. En cuatro de los ocho vasos de vidrio debes añadir las siguientes cantidades de agua: 5 mL, 10 mL, 15 mL y 20 mL.
3. Remueve con una varilla de vidrio o una cuchara.
4. Determina la solubilidad del EPS en agua.
5. En los cuatro vasos de vidrio restantes añade las siguientes cantidades de acetona: 5 mL, 10 mL, 15 mL y 20 mL.
6. Remueve con una varilla de vidrio o una cuchara.
7. Determina la cantidad mínima de acetona que ha sido necesaria para disolver al EPS.

NORMAS:

• Recuerda que los productos químicos pueden ser dañinos para el medio ambiente, por tanto no los malgastes ni los viertas a la pila sin consultar con el profesor.
• Es recomendable el uso de guantes de látex para el manejo de la acetona, ya que es un disolvente orgánico que se absorbe rápidamente a través de la piel.

CUESTIONES:

1. ¿Por qué el poliestireno no es soluble en agua, pero sí lo es en acetona?
2. ¿Por qué crees que disolver este polímero en acetona ayuda a su reciclaje?

CONCLUSIONES:

• La espuma de poliestireno es soluble en acetona, pero no en otros líquidos, como por ejemplo, el agua. Esto sucede debido a las propiedades solventes de la acetona.
• Cuando la espuma de poliestireno se disuelve en la acetona, no desaparece, ya que las moléculas de poliestireno están presentes en la solución de acetona. La extracción del poliestireno de la solución de acetona permite la fabricación de nueva espuma de poliestireno.
• La estructura porosa de la espuma de poliestireno permite que se disuelva rápidamente un volumen grande en una cantidad relativamente pequeña de acetona. La solubilidad de la espuma en la acetona es importante para los fines del reciclado.

PARA SABER MÁS:

• Sobre el poliestireno: http://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno_expandido

http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.sk/2011/06/poliestireno.html

• Sobre la acetona: http://es.wikipedia.org/wiki/Acetona

• Forma insólitas de reutilizar el poliestireno

http://www.ehowenespanol.com/experimento-acetona-espuma-poliestireno-sobre_114405/

• Y si hablamos de reciclaje... ¡¡visita esta web!! : http://earth911.com/

APLICACIONES Y CURIOSIDADES: Uno de los inventos del año 2009, según la revista Popular Science, ha sido el desarrollo de un nuevo biomaterial llamado Greensulate que pretende ser una alternativa al poliestireno. Este biomaterial se basa en al utilización de hongos que crecen sobre desechos agrícolas como las cáscaras del arroz o del trigo, ricas en celulosa y lignina. Se sitúan estas en un molde y se inocula el hongo, el cual secreta unos enzimas que modifican la lignina. Así, esta se transforma en un material cohesivo, de entrelazado muy denso y eficiente. La densidad y resistencia del biomaterial se pueden alterar dependiendo de las condiciones de crecimiento del hongo. Se cuece el conjunto a unos 65 grados para matar al hongo e impedir que siga creciendo. El resultado es un material muy parecido al poliestireno en cuanto a protección, ligereza, resistencia, acolchamiento... pero que tan sólo ha necesitado la octava parte de energía para su obtención. Además, pero no tiene el inconveniente de ser un plástico no biodegradable que persista durante siglos enterrado en un vertedero. De este modo se evitarían imágenes como las de la fotografía adjunta.

El carbono y sus múltiples enlaces

Cómo fabricar un polímero (acetato de polivinil-boro)

Material (cada 2 alumnos)	2 cucharaditas de bórax en polvo. ½ taza de agua. ¼ taza de pegamento o cola blanca líquida. ¼ taza de agua. Taza de cartón. Bolsa de plástico hermética (con cierre). Colorante de comida (opcional).
Duración	35 minutos.
Coste aprox.	100 g de bórax (o ácido bórico) 6 euros aprox. Se puede comprar por internet, o en farmacias y droguerías. La bolsa hermética con cierre, menos de un euro. El resto del material se puede traer de casa.
Objetivos	Comprender el concepto de polímero a partir de la fabricación del mismo.
Precauciones/ Consejos	Lava tus manos ya que vas a manipular la goma viscosa y la suciedad y las bacterias de tus manos eventualmente pueden causar que se forme moho en la misma.

INTRODUCCIÓN:

El bórax se puede encontrar en los supermercados, en la sección de lavandería. Este elemento, que se extrae de las minas como mineral de borato (sal), nunca se encuentra como boro puro. Los boratos también se usan en fibra de vidrio, vidrios, aditivos para polímeros y control de insectos. Cuando el bórax se mezcla con cola blanca como un aditivo de polímero, ayuda a que las moléculas grandes del polímero de la cola se peguen y se conviertan en viscosas.

La cola blanca es un adhesivo que contiene acetato de polivinilo, un polímero que se muestra en el dibujo adjunto, así como otros ingredientes que hace que las cosas se peguen cuando se secan. Es el más usado para pegar productos de papelería. La cola blanca viene en dos versiones liquida y en barra, pero la liquida es la que se usa para hacer la goma viscosa.

Acetato de polivinilo

La goma viscosa que se forma de la mezcla de bórax y cola blanca se llama acetato de polivinilo-boro. Las partículas de alcohol polivinílico se unen entre sí gracias a los iones tetraborato mediante enlaces de hidrógeno, formando una red densa y viscosa (a este fenómeno se le llama reticulación). Estos enlaces son muy especiales porque son elásticos.

-CH₂-CHOCOCH₃-CH₂- CHOCOCH₃-CH₂-CHOCOCH₃(-(B(OH)₄-)n

Ion tetraborato

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

1. Disuelve 2 cucharaditas de bórax en 1/2 taza de agua y remueve hasta que se diluya. Pon la disolución en la taza de cartón.
2. En la bolsa de plástico mezcla 1/4 taza de cola blanca con 1/4 de taza de agua. Sella la bolsa mezclando, aplastando y apretando. Si quieres, puedes añadir un poco de colorante alimenticio, y mezcla un poco más.
3. Abre la bolsa y vierte la solución de bórax. Cierra la bolsa, mezcla y aprieta. La solución de bórax está uniendo las largas moléculas del pegamento para formar la goma viscosa.
4. Cuando ésta se vuelva más gruesa y menos líquida, sácala de la bolsa, continúa aplastando y apretando con tus manos. Esta propiedad se denomina reopéctico, por la cual se pone más firme porque está agitada y aplastada.

NORMAS:

• Recuerda que los productos químicos pueden ser dañinos para el medio ambiente, por tanto no los malgastes ni los viertas a la pila sin consultar con el profesor.
• Es recomendable el uso de guantes de látex para el manejo del bórax y la cola, ya que el bórax es un producto irritante

CUESTIONES:

1. ¿Qué ha pasado cuando se han unido el bórax con la cola blanca?
2. ¿Por qué se utiliza acetato de polivinilo?
3. ¿Qué función tiene el hecho de apretar y amasar la mezcla resultante?
4. ¿Qué otras sustancias crees que podrían servir en lugar de la cola blanca?

CONCLUSIONES:

• Observa que la goma viscosa se puede estirar como un líquido cuando se la tira lentamente. Al tirar de ella con rapidez, se separa en dos piezas más sólidas, ya que los enlaces no son fuertes. Sin embargo, una vez roto, se pueden volver a unir (es reversible).
• La goma obtenida no es un sólido, ya que se adapta perfectamente a la forma del recipiente en el que se coloca. Cuando este polímero ha permitido desarrollar por su propio peso, o cuando se estiran lentamente, fluye sin romperse. Por tanto, es un líquido muy viscoso. Este es un ejemplo de un fluido no newtoniano, un fluido que tiene propiedades tanto líquidas como sólidas.
• El ion tetraborato se ha unido al polímero de pegamento, formando polímero de redes densas y pegajosas.

PARA SABER MÁS:

• El bórax tiene una historia fascinante: http://www.scvhistory.com/scvhistory/borax-20muleteam.htm

• Experimentos con polímeros: http://www.ehowenespanol.com/experimentos-polimeros-info_240294/

APLICACIONES Y CURIOSIDADES: El acetato de polivinilo, además de como adhesivo, también se utiliza para proteger el queso de los hongos y de la humedad. También se usa como base de plástico neutro para la goma de mascar (chicles) ya que es un sustituto barato de la savia gomosa natural del árbol Manilkara zapota.

Estereoisómeros

Estereoisomería

Material (cada 2 alumnos)	Gominolas de diferentes colores (se necesitan 5 colores diferentes). Palillos. Un espejo. Un papel y un lápiz.
Duración	30 minutos.
Coste aprox.	Una bolsa de gominolas y palillos, aproximadamente 2 euros. El resto del material se puede traer de casa.
Objetivos	Observar la diferencia entre la estructura espacial de dos estereoisómeros.
Precauciones/ Consejos	No se debe tomar ninguna precaución. No se deben comer las gominolas hasta finalizar el experimento porque puede que no tengáis suficientes para realizar toda la práctica.
Otros	Se realizará en pequeños grupos (2-4 personas). También se puede utilizar plastilina en vez de gominolas.

INTRODUCCIÓN:

La isomería es un fenómeno que se produce cuando dos o más compuestos tienen la misma fórmula molecular pero su estructura molecular es diferente. Por lo tanto, presentan diferentes propiedades físicas y químicas.

La estereoisomería o isomería óptica es un tipo de isomería, en el que las moléculas se diferencian únicamente en el efecto que tienen sobre la luz. Cuando se incide luz polarizada sobre dos estereoisómeros, uno desvía la luz hacia la derecha (dextrógiro) y el otro hacia la izquierda (levógiro). La estereoisomería la presentan las moléculas quirales.

Una molécula quiral es una molécula que no se puede superponer con su imagen especular. Para que una molécula sea quiral tiene que tener, al menos, un átomo de carbono con hibridación sp³ y los cuatro sustituyentes tienen que ser diferentes, a este átomo se le llama carbono quiral. Además la molécula no puede tener ningún plano de simetría.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

1. Nombrad y formulad una molécula que tenga un carbono quiral.
2. Realizad la molécula utilizando las gominolas y los palillos. Para ello utilizaréis cinco gominolas de colores diferentes, una para el carbono quiral y una para cada sustituyente (el sustituyente puede ser un átomo o grupo de átomos, por ejemplo si el carbono quiral está unido a un grupo metilo utilizad una gominola que represente a todo el grupo). Debéis tener en cuenta que la estructura del átomo de carbono es tetraédrica.
3. Dibujad la molécula con perspectiva en el papel. Para ello dibujaréis una línea recta cuando los átomos están en el mismo plano, una cuña de color para representar los átomos que están delante y una cuña de línea de puntos para representar los átomos que están por detrás, tal y como se muestra en la figura.
4. Colocad el espejo frente a la molécula de gominolas que habéis hecho y dibujad con perspectiva la molécula que veis en el espejo.
5. Realizad la nueva molécula con gominolas y palillos, utilizando los mismos colores para los mismos grupos. Debéis realizar una nueva molécula y no destruir la que ya teníais.
6. Comprobad si las dos moléculas son iguales o si presentan alguna diferencia.

NORMAS:

• Debéis realizar dos moléculas con gominolas así que no os las comáis antes de acabar.

CUESTIONES:

1. ¿Las dos moléculas son iguales o diferentes?
2. ¿Cuál es la diferencia que existe entre ellas?
3. ¿Por qué es importante dibujar las moléculas con perspectiva?
4. ¿Qué ocurriría si incidiéramos luz polarizada sobre una molécula?¿Y sobre la otra?
5. ¿Qué significa imagen especular? Indica algún ejemplo de dos objetos, diferente de las manos, que sean imágenes especulares.
6. ¿Por qué un carbono que tenga un doble enlace no puede ser quiral?

CONCLUSIONES:

• Dos estereoisómeros no se pueden superponer, son imágenes especulares.
• La única diferencia que existe entre dos estereoisómeros es la orientación en el espacio de sus átomos.
• La estereoisomería sólo se presenta en moléculas que tienen un átomo de carbono quiral, es decir tiene cuatro sustituyentes y los cuatro tienen que ser diferentes.

PARA SABER MÁS:

• Estereoisomería: http://www.ehu.es/biomoleculas/moleculas/optica.htm

• Importancia de la estereoisomería en los productos farmaceuticos: http://dciencia.es/el-enantiomero-bueno-el-feo-y-el-malo/

• Polarímetro: http://www.ecured.cu/index.php/Polar%C3%ADmetro

APLICACIONES Y CURIOSIDADES: En la industria farmacéutica es fundamental conocer la estereoisomería de los compuestos que utilizan ya que dos estereoisómeros pueden actuar de forma muy diferente. Un ejemplo de la importancia de la estereoisomería es la terrible catástrofe que ocurrió entre 1958 y 1963 con la talidomina, un medicamento utilizado para disminuir las náuseas durante los primeros meses de embarazo. Uno de los estereoisómeros producía el efecto calmante que se esperaba, pero el otro estereoisómero provocó graves malformaciones genéticas en muchos recién nacidos.

Este experimento ha sido elaborado por Cristina Sobrado Taboada.

Propiedades coligativas

Práctica con sal común, NaCl

Material (cada 2 alumnos)	Agua. Dos vasos. Cubitos de hielo. Bandeja de poliestireno (las de fruta, verdura…). Sal común o de mesa (NaCl).
Duración	35 minutos.
Coste aprox.	Todo el material se puede traer de casa.
Objetivos	Observar como algunos elementos o compuestos, como el cloruro de sodio, alteran las propiedades químicas del agua.
Precauciones/ Consejos	No verter demasiada agua en la bandeja.

INTRODUCCIÓN:

En la parte superficial de los cubitos de hielo hay una capa de agua líquida que se encuentra en equilibrio con el hielo. Al añadir sal, parte de ésta se disuelve en el líquido que rodea los cubitos formando una disolución saturada que rompe el equilibrio con el hielo. Para recuperar el equilibrio la disolución tiende a diluirse, y para conseguir esto se funde parte del hielo, que extrae el calor necesario para fundirse de la disolución, por lo que este se enfría por debajo de los 0 ºC. La temperatura de la disolución puede llegar a los 9 ºC bajo cero. El agua que estaba debajo del vaso se congela y la bandeja queda adherida al vaso y puede levantarse tirando de este.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

1. Ponemos en la bandeja un poco de agua, de manera que se formen dos charcos separados, y sobre el agua los dos vasos.
2. Ponemos en los dos vasos la misma cantidad de cubitos de hielo (se recomienda utilizar hielo picado porque su disolución será más rápida).
3. En uno de los vasos añadimos un par de cucharadas de sal de mesa o sal común.
4. En pocos minutos se observa que, en el vaso con la sal, los cubitos se funden más deprisa.
5. A la media hora aproximadamente podemos tocar los dos vasos y apreciar que la temperatura es inferior en el vaso con sal. 
6. Por último, si levantamos los dos vasos, veremos que el agua bajo el vaso con agua y sal se ha congelado, y la bandeja queda adherida al mismo.

NORMAS:

• Recuerda que el poliestireno es un polímero no biodegradable. Una vez utilizada, limpia la bandeja y reutilízala, o bien deposítala en contenedores adecuados para su reciclaje.
• En caso de que un vaso de cristal se rompa, dejad los vidrios para que los recoja el profesor.

CUESTIONES:

1. ¿Qué significado tiene que un vaso quede adherido a la bandeja y el otro no?
2. ¿Por qué se utiliza sal común?
3. ¿Qué otras sustancias crees que podrían servir en lugar de la sal común?
4. ¿Por qué crees que se tarda una media hora en producirse este fenómeno? ¿Crees que cambiaría la velocidad de disolución si el hielo no estuviese picado?
5. ¿Por qué crees que se utiliza una bandeja de poliestireno?
6. En función de lo observado, intenta explicar lo que ha sucedido.

CONCLUSIONES:

• La velocidad de disolución de los cubitos de hielo depende de la superficie de contacto con el agua en equilibrio. A mayor superficie de contacto, más rápido se disuelven, por lo que es más efectivo utilizar hielo picado.
• En las sustancias con enlace iónico como el cloruro de sodio,  la unión se realiza por atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Esto provoca que al estar en disolución acuosa, los iones se separen y creen un aumento de concentración en la disolución que, en equilibrio con otras fases, tiende a compensarse aumentando el volumen de disolvente.

PARA SABER MÁS:

• Elementos alcalinos y alcalinotérreos:

http://es.wikipedia.org/wiki/Alcalino

http://www.ehowenespanol.com/cloruro-potasio-frente-cloruro-sodio-hechos_331492/

• Ósmosis y presión osmótica:

http://www.um.es/molecula/sales06.htm

APLICACIONES Y CURIOSIDADES: Una importante aplicación práctica de este fenómeno es la adición de grandes cantidades de sal a las carreteras heladas. Esto provoca que el hielo y la nieve se fundan aunque la temperatura ambiental sea menor de 0 °C, por lo que las carreteras quedan despejadas de nieve, pudiéndose circular por ellas.