1.
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................
2
2.
ANTECEDENTES. ...................................................................................................................
3
3.
OBJETIVOS ..............................................................................................................................
4
Objetivo General: ............................................................................................................................ 4 Objetivo específico: ..................................................................................................................... 4
4.
MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................
4
5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.......................................................................................
18
6.
DATOS CALCULOS Y RESULTADOS ............................................................................. 19
7.
DISCUSION DE RESULTADOS: RESULTADOS: ........................................................................................
8.
CONCLUSION Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 22
9.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................... 22
22
1
1. INTRODUCCIÓN Los polímeros ha y seguirán jugando un papel importante en el día a día de los seres humanos. Los polímeros son moléculas de cadenas largas de muy alto pesos moleculares que se caracteriza por tener una unidad que se repita a lo largo de la molécula. La mayoría se relación con su peso molecular, como la viscosidad, resistencia a la tracción, el módulo de elasticidad, dureza o resistencia de impacto y resistencia al calor. La mayor parte de los polímeros sintéticos son mezclas de macromoléculas de distintos tamaños Los pesos moleculares de los polímeros pueden determinarse por métodos químicos y físicos (propiedades coligativas o por medida de viscosidad de disoluciones). Los polímeros han jugado y seguirán jugando un papel en el día a día de los seres humanos. Durante las últimas décadas se han establecido criterios científicos que han permitido establecer una ciencia de los polímeros, la cual recoge estudios de diferentes discipli nas tales como la química, ingeniería química, ingeniería de materiales entre otros. Desde un punto de vista químico, los polímeros son moléculas de cadenas largas de muy altos pesos moleculares. Estas macromoléculas exhiben propiedades físicas que se traducen en aplicaciones prácticas en casi todos los campos. La mayoría de estas propiedades se relacionan con su peso molecular, algunas de las más relevantes son: la viscosidad, la resistencia resist encia a la tracción, el módulo de elasticidad, dureza o resistencia al impacto y resistencia al calor. El término de peso molecular rigurosamente no es preciso, algunos científicos prefieren referirse a “masa molar”, no obstante, la mayoría de los textos y artículos relacionados a la ciencia de los polímeros utilizan el término de peso molecular. A diferencia de lo que se entiende para moléculas pequeñas, su significado difiere en los polímeros, debido a su polidispersidad y heterogeneidad. Desde un sonido práctico la mayoría de los polímeros son mezclas de moléculas de diferentes pesos moleculares, lo que implica un peso molecular promedio. Esto normalmente se debe a sucesos puramente aleatorios, al mecanismo por lo cual se sintetizan, a la conversión y al tiempo de reacción. Los cuatro tipos de pesos moleculares promedio más conocidos son: o
el peso molecular promedio en número
Mn
o
el peso molecular promedio en peso
Mw
o
el peso molecular promedio en Z
MZ
o
el peso molecular promedio viscoso
MV
2
Para la determinación experimental del peso molecular polimérico existen dos clases de métodos, los absolutos y los relativos. Los primeros rigen únicamente por consideraciones teóricas, contando directamente el número de moléculas y su peso, los segundos son relativos a la medición de otras variables como la viscosidad inherente de una solución diluida de un polímero y se hace necesaria la calibración de este tipo de métodos basándose en los absolutos. La importancia del peso molecular de los polímeros es extensiva a varios tópicos, tales como; cinéticas de polimerización, reologia, temperaturas de transición, niveles de funcionalización entre otros. Claramente es necesario un buen entendimiento de las nociones básicas y técnicas de determinación del peso molecular polimérico, para cualquiera que este o quiera involucrarse en la ciencia de los polímeros. En este trabajo se abordan los temas más relevantes relacionados al peso molecular de los polímeros, que se espera sean, aclaratorias y de utilidad para cualquier lector interesado en este campo.
2. ANTECEDENTES. ANTECEDENTES. Durante los últimos 50 años la industria de las materias plásticas ha tenido un desarrollo de proporciones gigantes, superando al de la industria del acero. Después de 1945 poliestireno, polietileno, cloruro de polivinilo, poliamidas, polimetilmetacrilatos u sucesivamente polipropileno han estado en las casas de dodos nosotros, independientemente de la condición social, en las ciudades más remotas como en grandes ciudades, en los países industrializados como en las economías agrícolas. Ha sido un fenómeno que no se había verificado nunca en la historia del ser humano en proporciones tan grandes y con una dinámica tan rápida de sustitución progresiva de los materiales tradicionales con las nuevas substancias sintéticas y de re proyección formal de las estructuras y de las formas ergonómicas de las herramientas y los objetos de los cuales el ser humano se circunda e utiliza la misma bandeja, fabricada con el mismo material, en los mismos colores y con las mismas formas la podemos encontrar tanto en Manila como en Boston, en Moscú como en parís o en lagos. Los primeros plásticos plásticos comerciales “de síntesis” se obtuvieron por modificación de productos naturales mediante reacciones químicas. Así como desde la aparición del celuloide obtenido de las reacciones del ácido nítrico sobre la celulosa, o la galatita obtenida por tratamiento de la caseína de la leche con formaldehido, hasta los plásticos utilizados actualmente en ingeniería con propiedades muy especiales, especiale s, se ha recorrido un gran camino en un tiempo relativame nte corto, pues los plásticos como tales empezaron a desarrollarse a partir del año 1930. Siempre hubo abundancia de fibras naturales y elastómeros, pero no de materias plásticas. 3
3. OBJETIVOS
Determinación Determinaci ón de peso molecular de polímeros CARBOPOL 21 por dos métodos diferentes.
Determinación Determinaci ón del del peso molecular por el por el método de osmometría.
Determinar el peso molecular de un material polímero por el método de viscosimetría.
realizar los cálculos correspondientes para ambos métodos realizados en la practica.
4. MARCO TEÓRICO POLÍMEROS O MACROMOLÉCULAS: Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes. Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.
Tipos de polímeros
Según su composición: composición: Homopolímeros: Un sólo monómero Copolímeros: Dos o más monómeros
Según su estructura: Lineales Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.
Por su comportamiento ante el calor: Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Termoestables: Se endurecen al ser enfriados de nuevo por formar nuevos enlaces.
Propiedades de los polímeros sintéticos
Plásticos. Termoplásticos: se moldean en caliente de forma repetida.
Termoestables: una vez moldeados en caliente, quedan rígidos y no pueden volver a ser moldeados. 4
Fibras: Se pueden tejer en hilos (seda).
Elastómeros: Tienen gran elasticidad por lo que pueden estirarse varias veces su longitud (caucho).
Tipos de copolimerización.
Reacciones de polimerización Adición: a masa molecular molecular del polímero es un múltiplo múltiplo exacto exacto de la la masa molecular molecular del monómero. monómero.
Iniciación:
CH2=CHCl + catalizador
·CH2 –CHCl· –CHCl·
Propagación o crecimiento: 2 ·CH2 –CHCl· –CHCl·
·CH2 –CHCl –CHCl –CH –CH2 –CHCl· –CHCl·
Terminación:
Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.
Polímeros de adición:
MON MEROS POL POL MERO MEROS S • Eteno • Polietileno • Propeno • Polipropileno • cloroeteno • policloruro de vinilo • tetraflúoreteno • teflón • propenonitrilo • poliacrilonitrilo • butadieno • polibutadieno Condensación: Se• pierde en cada unión de dos monómeros molécula pequeña, por ejemplo, fenileteno • una poliestireno agua. Por tanto, la• masa molecularde delmetilo polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del metacrilato • polimetilmetacrilato monómero. • 2-clorobutadieno • neopreno Principales polímeros de condensación: 5
Homopolímeros:
Polietilenglicol o Siliconas. Copolímeros: o
Baquelitas o Poliésteres o Poliamidas o
Tipos de macromoléculas
Naturales: Artificiales: Caucho o o Plásticos Polisacáridos. o o Fibras textiles sintéticas Almidón. o Poliuretano Celulosa. o Baquelita o o
Proteínas. Ácidos nucleicos
SOLUCIONES POLIMERICAS. Las soluciones de polímeros, son obviamente, mezclas liquidas de largas cadenas de polímeros y de pequeñas moléculas de disolvente. Ellas juegan un papel importante en el campo del estudio y la aplicación de polímeros desde dos puntos de vista. o
Se utiliza para caracterizar la estructura estructur a de múltiples polímeros mediante técnicas como viscosimetría, dispersión de luz, entre otras.
o
Son utilizadas para controlar las propiedades reologicas y la estabilidad de múltiples sistemas comerciales. Ejemplo: pinturas, productos farmacéuticos, producción de petróleo, entre otros.
Se tiene, que un polímero es soluble en agua cuando posee un número suficiente de grupos hidrófilos a lo largo de la cadena principal o de las cadenas laterales. Estos grupos comprenden principalmente de: aminas, amidas, grupos carboxilos y grupos sulfónicos. Las propiedades de los polímeros en solución están determinadas por las características estructurales de la cadena macromolecular solventada. La estructura depende de la naturaleza de la unidad repetitiva y, en el caso de copolimeros, de la composición y distribución de los monómeros en la cadena. El conocimiento de la estructura de los polímeros es importante para el entendimiento, ya que dependiendo de esta puede ser solubles en agua, dispersables en agua y solubles y dispersables en disolventes orgánicos. 6
El comportamiento de los polímeros en solución depende en particular del tipo de gripo de funcionales que forman el polímero, de la manera y la proporción en que dichos grupos funcionales están distribuidos y el peso molecular. Las soluciones de polímeros son, en general, viscosas. La adición de polímeros a un solvente aumenta considerablemente la viscosidad, aun en soluciones muy diluidas. Por tal razón es que la viscosidad es una de las propiedades más importantes de las soluciones poliméricas. La viscosidad depende de la estructura química del polímero, de las interacciones con el disolvente y del peso molecular. Normalmente, una molécula de alto peso molecular en un buen disolvente adquiere un gran volumen hidrodinámico y la viscosidad de la solución aumenta, siendo el volumen hidrodinámico definido como el volumen el volumen que ocupa ovillo (forma que adopta una molécula polimérica cuando se encuentra en solución) de polímero cuando está en solución. El mismo puede variar dependiendo como el polímero interactúa con el solvente y el peso molecular del polímero.
Propiedades del polímero en solución. La principal propiedad es de la modificación de la reologia (viscosidad) de un líquido debido a su alto peso molecular. Además de los enredos entre cadenas y las interacciones polímero- disolvente. El comportamiento en solución se puede predecir considerando la estructura química y el volumen hidrodinámico. Por lo general, las soluciones acuosas de los polímeros solubles en agua muestran comportamiento pseudoplasticos. Esto significa que la viscosidad disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento. Las viscosidades de las soluciones poliméricas dependen de la conformación de los polímeros en solución. Generalmente, la viscosidad se incrementa al aumentar la concentración del polímero en solución.
Relaciones estructura – propiedad. La estructura de los polímeros determina en que aplicaciones se pueden utilizar. Por ejemplo, si se requiere un polímero viscosificante, este debe generar un gran volumen hidrodinámico en solución, ya sea por su peso molecular, por repulsiones electrostáticas o por experimentos estéricos. En el caso de requerir un dispersante, su estructura debe ser de peso molecular moderado y con carga repetida apropiadamente para rodear las partículas de arcilla.
7
En general, al aumentar el peso molecular y/o la concentración del polímero se incrementa la viscosidad de la solución. Sin embargo, cuando se trata de pesos moleculares muy elevados, los polímeros son muy propensos a la degradación por cizallamiento. Otro aspecto que debe ser considerado son las interacciones que existen en disolución, ya sea iónicas, estéricas o hidrófobas. Casi siempre, de estas interacciones depende la extensión de la cadena de polímeros y, por lo tanto las propiedades que se le confiera a la solución.
Factores que afectan el comportamiento de las soluciones poliméricas en medio acuoso. o
Influencia de las sales: con sales: con el aumento de las concentraciones salinas, muchos polímeros solubles en agua muestran una fuerte disminución en la viscosidad. El efecto de iones disolventes es aún más pronunciado que el de iones monovalentes ; la presencia de cationes divalentes en pequeñas cantidades puede ocasionar, incluso, incl uso, el fenómeno de floculación del polímero. Este efecto salino es de importancia en polímero con grupos ionizantes.
o
Influencia de la temperatura: en temperatura: en relación con este aspecto, hay dos factores que deben ser considerados: 1. La temperatura a la que se somete el polímero. 2. El periodo de tiempo que se mantenga esta condición.
En general las soluciones poliméricas pierden viscosidad con el incremento de la temperatura; por otro lado, cuando las soluciones de polímeros pasan por periodos de tiempo prolongado a elevadas temperaturas, ocurre degradaciones de las cadenas poliméricas, lo cual también afecta la viscosidad de la solución.
Tipos de polímeros más comunes. El consumo de polímeros o plásticos ha aumentado en los últimos años. Estos petroquímicos han sustituido parcial y a veces totalmente materiales naturales como la madera, el algodón, el papel, la lana, la piel, el acero y el cemento. Los factores que han favorecido el mercado de los plásticos son los precios competitivos y a veces inferiores a los de los productos naturales, y el hecho de que el petróleo ofrece una mayor disponibilidad de materiales sintéticos que otras fuentes naturales. La crisis petrolera en 1974tambien influyo en el aumento del consumo de los plásticos, sobre todo en la industria automotriz. Los plásticos permitían disminuir el peso de los vehículos, lo cual repercutía en un ahorro en el consumo de combustible por kilómetro recorrido. Entre los polímeros utilizados para reducir el peso de los automóviles se encuentran los poliésteres, polipropileno, cloruro de 8
polivinilo, poliuretanos, polietileno, nylon y ABS (acrilonitrilobutadienoestireno). Sin embargo, el mercado más grande de los plásticos es el de los empaques y embalajes. Termodinámica de polímeros en disolución. Al estudiar estudiar la la termodinámica termodinámica de disoluciones disoluciones de polímeros formadas por un disolvente, disolvente, componente componente 1 y un polímero, componente 2. Estos dan mucha información de las macromoléculas y se ha observado que presentan un comportamiento peculiar, debido al alto peso molecular del polímero, y que se manifiesta en grandes desviaciones respecto del comporta miento ideal. En las disoluciones de polímeros ∆H≠0; ∆V≠0 y ∆S tiene un valor mucho menor debido a la desproporción de tamaños entre el disolvente y el soluto polimérico. Para el estudio termodinámico necesitamos conocer el valor de la energía libre de mezcla: ∆GM= ∆HM∆HM-T∆SM. A partir de la cual se puede determinar el potencial químico de la disolución y así determinar todas las propiedades de la disolución. Se realiza un estudio por etapas. Entropía configuracional de la mezcla. En una primera aproximación Flory y Huggins evaluaron la energía libre de mezcla (∆GM= -T ∆SM) para una disolución atérmica (∆HM=0) calculando el término ∆SM configuracional por la termodinámica estadística a través de la relación de Boltzman: S=kBlnΩ, donde kB es la constante de Boltzman y la entropía viene dada por el número de configuraciones, Ω, o estados igualmente probables del sistema. Mediante cálculos se llega a:
∆ = − ∗ + ∗ La diferencia con la disolución polimérica es que en la ideal aparecen fracciones molares en lugar de fracciones en volumen. Lo que cuenta de cada molécula en la disolución polimérica es el volumen que ocupa. Desde el punto de vista del volumen no cuenta igual una macromolécula que una molécula de disolvente, por ello ∆SM conf viene dada por la fracción del volumen total que ocupa cada clase de moléculas y no por el número relativo de estas o fracción molar. Cuando r=1 se obtiene el valor ideal. Contribución energética Las disoluciones macromoleculares se desvían de la idealidad porque su entropía configuracional no coincide con la ideal y además porque el calor de mezcla no es nulo. El balance energético (∆H≠0) es el cambio energético que acompaña de pas ar de polímero y disolvente en su estado puro a la disolución (polímero+disolvente). En la disolución se forman contactos entre los eslabones del polímero y el disolvente a expensas de los contactos polímero-polímero y disolvente-disolvente. 9
∆ = − ∗ ∗ + ∗ + ∗ En este formalismo el parámetro X1 no se puede calcular “a priori” y e obtiene a partir de datos experimentales. Calculo de potencial químico. Calculamos el potencial químico del disolvente:
∆ ∆ ∆ = ( )2− )2− Por lo que se llega a:
∆ = [[ +(1− 1) + ] Los dos primeros términos son configuracionales y el tercero energético. En la deducción del potencial químico del disolvente según la teoría de FloryHuggins se ha supuesto que el soluto es monodisperso ya que r tiene un valor único. Si se tiene en cuenta la polidispersidad se sustituye r por r n, promedio numérico de todos los r presentes. De la misma forma se puede obtener el potencial químico del soluto. Si el polímero es polidisperso, no habrá un único valor de ∆µ2 sino un potencial químico para cada uno de los pesos moleculares presentes, ri:
∆ = [[ +1− − ṝ + ] Comparación de la teoría con resultados experimentales La validez de la teoría de Flory-Huggins puede comprobarse determinando experimentalmente el potencial químico del disolvente a partir de medidas de presión de vapor de la disolución o de la presión osmótica. La teoría proporciona valores de ∆µ1 en función de la concentración de polímero expresada como fracción en volumen con un parámetro χ1. El valor de este parámetro es característico de cada pareja polímero-disolvente a cada temperatura. Comparando los resultados experimentales de ∆µ1 con la expresión teórica permite determinar el valor de χ1. Según su definición, χ1 es independiente de la composición del sistema y sólo depende de la temperatura, lo que no se cumple para la mayoría de los sistemas polímero-disolvente, como se observa en la figura. En general, la expresión de ∆µ1 describe satisfactoriamente el comportamiento seguido por sistemas no muy polares a concentraciones no muy diluidas.
10
Valores del parámetro de interacción en función de la fracción de polímero a 25 °C para (*) poliisobutileno en ciclohexano y (+) poliestireno en metiletilcetona. Valores del parámetro de interacción χ1 a 25 °C a dilución infinita.
Calculo del punto critico El conocimiento del punto crítico de un sistema polímero-disolvente da información acerca de la mayor o menor solubilidad ya que dicho punto representa el máximo que delimita la zona de temperaturas y composiciones dentro de la cual el sistema no es homogéneo y se separa en fases.
1 1 = 2 1 + √ Como χ1 disminuye al aumentar la temperatura, el punto crítico se desplaza a temperaturas superiores y concentraciones menores al aumentar el peso molecular o r n , de acuerdo con los resultados experimentales. χ1c muy pequeño (o negativo): buen disolvente, una única fase. χ1c cercano a 0,5: mal disolvente.
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χ1c >0,5: no disolvente o precipitante. La temperatura crítica cuando r n → ∞ coincide con la temperatura Θ del par polímero/disolvente (φ2c muy pequeña).
Temperatura Θ A partir de la expresión expresión del punto critico, critico, se puede puede obtener obtener la variación variación de la temperatura temperatura crítica crítica del sistema, Tc, con el grado de polimerización o peso molecular. Para ello tendrem os que escribir χ1 en función de la temperatura. Así, recordando que ∆W12 tiene una componente entálpica y otra entrópica se puede escribir: ∆W12=∆WH∆W12=∆WH -T∆WS. Estas componentes se pueden a su vez escribir como: para el punto crítico se obtiene:
De donde se puede despejar Tc:
a partir de esta expresión se tiene que el parámetro Θ es el valor límite o asintótico de Tc correspondiente a r n → ∞. La temperatura Θ es la temperatura crítica correspondiente al polímero de peso molecular infinito. Cualquier muestra de peso molecular finito tiene una Tc inferior a Θ y tanto menor cuanto más pequeño es su peso molecular. Indica el límite de solubilidad de un polímero. Además la temperatura temperatur a Θ es aquella a la cual las disoluciones diluidas del polímero sig uen el comportamiento ideal (sin perturbar). Cuando T=Θ , χ1=1/2. Otra característica importante es que a la temperatura Θ se anula en el sistema el efecto d e volumen excluido (estado no perturbado de las macromoléculas). macromoléculas). 12
Temperatura Θ para diversos sistemas polímero-disolvente. polímero -disolvente.
Fraccionamiento Pasamos ahora a estudiar una aplicación del equilibrio de fases que se conoce como fraccionamiento de pesos moleculares. Según acabamos de ver, la solubilidad de las cadenas poliméricas en un determinado sistema polímero/disolvente y a una temperatura dada decrece a medida que aumenta el peso molecular de dichas cadenas. Por lo que el equilibrio de fases, el reparto entre las dos fases, no es el mismo para todos los pesos moleculares, con lo cual se puede lograr una separación parcial de estos. El fraccionamiento de polímeros tiene gran interés, tanto desde un punto de vista analítico como preparativo. Analítico porque permite caracterizar la distribución de pesos moleculares, lo cual es importante debido a que las propiedades de un polímero de estructura dada dependen de dicha distribución. Preparativo porque fraccionando se pueden conseguir muestras más homogéneas, cuyos valores de índice de polidispersidad sean menores que los del polímero original. Veamos cual es el fundamento del método.
Esta es la ley de reparto entre dos fases. A es un coeficiente independiente de ri, es decir, del peso molecular y es siempre positivo teniendo en cuenta que χ1> 1/2 (lo cual es cierto para T< Tc). En estas condiciones, a una temperatura dada, φi " > φi ' y la proporción de la especie i en la fase concentrada (con relación a la otra fase) crece exponencialmente con el tamaño molecular de dicha especie. Así pues, cuanto más alto es el peso molecular en mayor proporción va a parar este a la fase concentrada en el equilibrio de fases. 13
Limitaciones de la teoría de Flory-Huggins Flory-Huggins En el marco de disoluciones concentradas o diluidas en polímero, la teoría de FloryHuggins no es válida debido a:
el parámetro de interacción χ1 no depende de la fracción en volumen del polímero, φ2, lo cual
no es válido para disoluciones concentradas.
La teoría de Flory-Huggins no es válida para disoluciones diluidas donde la densidad de
eslabones no es uniforme y falla el cálculo de ∆S. En esta situación es muy importante el efecto de volumen excluido, hay que tener 39 en cuenta las interacciones de corto alcance. Para disoluciones diluidas se utiliza la teoría de Flory-Krigbaum.
La teoría de Flory-Huggins supone que las mezclas polímero/disolvente polímero/disolven te son endotérmicas
(∆HM>0 y χ1>0). Se han observado muchos sistemas exotérmicos como pol iisobuteno/n-alcanos a 25 °C).
El calor de mezcla, ∆HM, no depende de la temperatura por lo que χ1 es inversamente
proporcional a la temperatura y, consecuentemente, un sistema polímero/disolvente sólo puede tener una temperatura crítica superior (UCST: upper critical solution temperature). MASA MOLECULARES Y DISTRIBUCIÓN DE LAS MASAS
Los polímeros están constituidos por un grupo de cadenas, cada una con un peso moleculardiferente.
Estos pesos se distribuyen de manera similar a una campana gauss.
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Para obtener el peso molecular del polímero se debe calcular el peso de cada una de las cadenas presentes.
Donde Mo corresponde al peso molecular de la unidad repetitiva Ejemplo: Polietileno o PE. Donde:
N=Xn se conoce como el grado de polimerización polimerizac ión La estructura química dentro de corchetes se conoce como unidad repetitiva o UR
=PM de 2 carbonos + PM de 4 hidrógenos = 2. (12) +4. (1)= 28 g/mol. Si Xn= 1000 entonces. M= 1000*28g/mol=28000g/mol Debido a la distribución de PM presente en una muestra polimérica, se hace imposible caracterizar al polímero con un PM único y se necesita recurrir a diversos promedios:
Peso molecular promedio en número, Mn. Peso molecular promedio en masa, Mw.
Peso molecular promedio en número, Mw:
W= Peso total de las moléculas en una muestra;
N: Número total de moléculas presentes; 15
Ni: Numero de moléculas de peso molecular Mi; Ni; Fracción molar de moléculas con un peso Mi. Peso molecular promedio en masa, Mw Está basado en el peso molecular de la mayoría de las moléculas, y se ve afectada notablemente por las moléculas más pesadas.
Wi: Fracción en peso moléculas con peso Mi.
Para calcular la polidispersidad polidispers idad se requiere de Mw y Mn.
Si D menor a 1 la muestra es poli dispersa. Si D es igual 1 la muestra es mono dispersa. 16
MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR. Existe una amplia variedad de métodos, tanto físicos como químicos, para determinar el peso molecular de un polímero. Se podrían clasificar en dos tipos; relativos y absolutos. Los métodos absolutos solo dependen de consideraciones teóricas, y miden directamente el peso molecular, por el contrario, los relativos requieren de una calibración previa usando una técnica absoluta de medición del peso molecular. Los métodos absolutos implican altos costos y tiempo, por otro lado, los relativos son más económicos y menos laboriosos. La siguiente tabla reúne los métodos más comúnmente utilizados en la ciencia de los polímeros para la determinación del peso molecular de una muestra polimérica.
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5. DESARROLLO EXPERIMENTAL PARTE 1 METODO DE OSMOMETRIA MATERIALES Y REACTIVOS Materiales: BURETA PIPETA 10 ml MATRAZ ERLENMEYER 125 ml MATRAZ AFORADO 100 ml MATRAZ AFORADO 250 ml PERA DE GOMA HORNILLA ELECTRICA
Reactivos POLIMERO 1 gr. AGUA DESTILADA NAOH 0,1 N FENOFTALEINA
Procedimiento experimental:
Se pesa 1 gr de polímero que se añade a un vaso precipitado luego se le añade 250 ml agua destilada y se hace calentar hasta que llegue a una temperatura de 40 ªC después que el polímero se diluya en el agua destilada, se enfría la solución nuevamente a temperatura ambiente. se añade 50 ml a un matraz aforado de la solución y se afora a 100 ml y se obtiene una solución 2. De la solución 2 nuevamente se añade 50 ml a otro matraz aforado y se aforado aforado a 100 ml y se obtiene una solución 3. Luego se añade 10 ml de solución 3 a un matraz Erlenmeyer y se añade 3 gotas de fenolftaleína y se procede a titular con la solución de NAOH 0,1 N.
PARTE 2 METODO DE VISCOCIMETRO. VISCOCIMETRO. MATERIALES Y REACTIVOS Materiales: BURETA PIPETA 10 ml MATRAZ ERLENMEYER 125 ml MATRAZ AFORADO 100 ml MATRAZ AFORADO 250 ml PICNOMETROS SOPORTE UNIVERSAL VISCOCIMETRO DE OSWALD
Reactivos
POLIMERO 1gr/250 ml AGUA DESTILADA
Procedimiento experimental:
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Se pesa 1 gr de polímero y se añade 250 ml de agua destilada en un matraz aforado en la cual es la concentración1. De la concentración 1 se retira 50 ml a un matraz y se le afora 100 ml, entonces nos da una nueva concentración 2. De la concentración 2 se realiza el mismo procedimiento que el anterior anterior se retira 25 ml de la concentración con una pipeta y se añade otro matraz y se le afora a 100 ml y se forma la concentración 3. De la misma forma de la concentración 3 se retira 25 ml y se añade a un nuevo matraz aforado de 100 ml para formar la concentración 4. Luego de cada concentración obtenida se saca la densidad densidad usando picnómetros y una balanza analítica. Seguidamente se realiza la medición de la viscosidad de las concentraciones utilizando un viscosímetro de Oswald midiendo tres tiempos para cada concentración.
6. DATOS CALCULOS Y RESULTADOS EXPERIMENTO 1 MÉTODO DE OSMOMETRÍA Masa del polímero: 1 gr
Concentración del NaOH=0,05 M
Volumen de agua = 250 ml
Volumen de titulación NaOH p(1) = 6,55 ml
Volumen de agua (1) = 50 ml de agua
Volumen de titulación NaOH p(2) = 3,35 ml
Volumen de agua (2) = 100 ml de agua
A=0,76
Volumen de alícuota = 10 ml
K=2E-4
1) Calculo de la concentración (1) C1 C1
1 =0,004 250 2) Calculo de la concentración (2) C2 C2 ∗=∗ ∗ 50 0, 0 04 1∗1 2 = 2 = 100 =0,002 3) Calculo del peso del del polímero
1 = 10 ∗ 0,004 =0,04 2 = 10 ∗ 0,002 =0,02
4) Calculo del del (n polímero) número de moles moles 19
_=∗_ 1 ∗6,55=0,0003275 1 =0,05 ∗ 1000 = , =,− 1 ∗3,35=0,0001675 2 =0,05 ∗ 1000 = , , − = , 5) Calculo de MASA MOLECULAR DEL POLIMERO POLIMERO
_= _ 0,04 = 488, = ,− / 488,54 / 0,02 = 477, = ,− / 477,61 / =, / RESPUESTA
Experimento 2
Calculo de la concentración 3 (C3)
∗ 25 0, 0 02 2∗2 3 = 3 = 100 =0,0005 Calculo de concentración 3 (C3) ∗ 25 0, 0 005 3∗3 4 = 4 = 100 =0,000125
Tabla 1. De tiempos medidos Muestra H20 C1 C2 C3 C4
T1 s 31,25 46,67 41,70 38,10 31,93
T2 s 32,95 45,67 42,19 35,40 32,42
T3 s 31,55 46,14 42,80 35,41 32,18
Tiempo promedio 31,92 46,16 42,23 36,30 32,17
Ρ densidad 0,997 g/ml 1,12 g/ml 0,87 g/ml 1,111 g/ml 0,879 g/ml 20
CÁLCULOS Y RESULTADOS DEL EXPERIMENTO 2
∗ − 1 Ƞesp = ∗ VISCOSIDAD SOLUCIÓN CONCENTRACIÓN T[MIN]PROMEDIO ESPECIFICA G/ML [ML/G] 1 2 3 4
0,004 0,002 0,0005 0,000125
0,769 0,704 0,605 0,536
0,624692354 0,154589617 0,267499732 0,267499732
Grafica de viscosidad especifica en función a las concentraciones Ci 0,004 0,002 0,0005 0,000125
Ƞ
_esp/Ci 156,173 77,295 534,999 2139,998
Calculo del peso molecular del polímero y = -376937x + 1351,4 R² = 0,4747
ƞ_=∗ =
ƞ _intrínseca=1351,4 _intrínseca=1351,4
1351,4=2−4∗,
Respuesta
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7. DISCUSION DE RESULTADOS: En la práctica se pudo determinar el peso molecular del polímero con la ayuda del viscosímetro. Para determinar el peso molecular del polímero se utilizó el viscosímetro de ostwald, Las muestras de polímero se prepararon por disolución en una mezcla de polímero con agua destilada. Se presentan obtenidos de los resultados utilizando los métodos de;
Método de osmometría;
Método de viscosimetría de ostwald
=, / RESPUESTA =
RESPUESTA
El cálculo realizado de la práctica no coincide ya que en ambos métodos tenemos resultados diferentes.
8. CONCLUSION CONCLUSION Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES
Con base en los resultados experimentales se concluye se ha demostrado cuantitativamente el efecto del solvente en la configuración de moléculas largas. Llevando a cabo un proceso experimental viable, práctico y económico para la determinación del peso molecular de los polímeros. Es de suma importancia conocer y dominar este tipo de técnicas experimentales, sobre todo aplicada al análisis de materiales con gran importancia industrial como son los materiales poliméricos .
9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/tema_polimeros.pdf Macromoléculas, Macromoléculas , A. Horta; UNED, Madrid 1982. Técnicas de caracterización caracterizaci ón de polímeros, MA Llorente y A. Horta; UNED, Madrid, 1991. Polymer Chemistry; G Challa; Ellis Horwood, 1993. Polymers: Chemistry & physics of modern materials; JMG. Cowie; Blachie; London, 1991. Introduction to polymers, RJ. Young and PA. Lovell, Lovell, Chapman & Hall; London, 1991. https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://es.scribd.com/mobile/d ocument/351957579/Determinacion-del-peso-molecular-de-los-polimeros-mediante-elmetodoviscosimetrico&ved=2ahUKEwi6o6X63uPYAhUDbKwKHZmlDWMQFjAAegQIERAB&us g=AOvVaw34dlquwLUAjrnF-UbpsHVJ
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www.academia.edu/10511503/_DETERMINACI%C3%93N_DE_PESOS_MOLECULAR ES_DE_BIOPOL%C3%8DMEROS_POR_MEDIDAS_VISCOSIM%C3%89TRICAS_ POLIMEROS.pdf&ved=2ahUKEwi6o6X63uPYAhUDbKwKHZmlDWMQFjAJegQIFRAB& usg=AOvVaw1rMsnGNOLdbbeaUm2aDCac https://www.importancia.org/polimeros.php 2lt1j9tvdg/determinacion-del-peso-molecular-de-los-polimeros-medi
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