Traducido por María Chueca.
¿Qué tipos de plásticos se usan para hacer un coche? ¿Cómo se sintetizan y cómo se reciclan? Marlene Rau y Peter Nentwig nos presentan dos actividades del proyecto 'Chemie im Kontext'.
/ iStockphoto
Hay muchos adolescentes interesados en los coches, los cuales contienen una gran cantidad de plásticos: polímeros obtenidos a partir del crudo o de materiales renovables. Podemos aprovechar este interés para introducir el tema de plásticos y polímeros, por ejemplo, en las lecciones de química orgánica.
Lleva a tus alumnos a ver coches. ¿Saben algo sobre los plásticos que se usan para fabricar coches? ¿Qué les gustaría saber? Podrían clasificar sus ideas en función de las diferentes partes del coche (ver Tabla 1, abajo).
Tabla 1: El uso de plásticos en coches
La cuestión está en los requerimientos específicos de cada componente del coche: por ejemplo un cinturón de seguridad tiene que ser fuerte y flexible a la vez. Por ello sus constituyentes deben tener unas características específicas (por ejemplo el material del cinturón no debe desgarrarse). Para conseguirlo es necesario usar materiales específicos (por ej. politereftalato de etileno). Si los estudiantes no logran hacer estas conexiones por sí solos pregúntales por qué no basta con usar un sólo tipo de plástico para fabricar un coche.
Las actividades que se encuentran en este artículo tratan sobre dos de los tópicos que aparecen en Tabla 1: plásticos para las luces traseras y cómo se reciclan los plásticos de los coches. Cada actividad incluye una hoja de cálculo e información de base. Las actividades son parte de una planificación didáctica más larga (ver el cuadro) adecuada para estudiantes a partir de 16 años que deben trabajar en grupos de dos o tres. Prever una o dos clases de 45 minutos para cada actividad.
'Chemie im Kontext' ('La química en contexto') es un proyecto coordinado por el Instituto Leibniz para la Educación de las Ciencias y las Matemáticas de la Universidad de Kiel, Alemania. Entre los años 2002 y 2008 una serie de profesores de química, otros profesores de ciencias y autoridades de la educación crearon unidades didácticas para la enseñanza de la química (para todos los niveles y tipos de escuela) desarrollando sus contenidos curriculares en contextos cotidianos. Se puede encontrar onlinew1 varios ejemplos de recursos y recomendaciones para crear nuevos materiales didácticos. Es posible encargar gratis un juego de recursos producido por los profesores y también se pueden descargar gratis cuatro de las programaciones didácticas (todo en alemán). Existe un libro de texto y una guía publicada por Cornelsen Verlag (en alemán).
Este artículo consiste en un extracto de una de las unidades didácticas. La planificación didáctica completa incluye seis actividades diferentes, una para cada uno de los cuadros de la Tabla 1.
acrílico cristalino
Imagen cortesía de BASF 1998
Las luces de los coches tienen cubiertas de plástico para que se mantengan limpias y secas y, en algunos casos, para proporcionarles un color (p.ej. rojo para las luces traseras y naranja para los intermitentes). El material usado debe ser transparente, ligero, coloreable, fácilmente moldeable y razonablemente fuerte. En esta actividad vamos a sintetizar el plástico usado: PMMA o polimetacrilato de metilo.
El polimetacrilato de metilo es conocido comúnmente como vidrio acrílico cristalino o plexiglás y pertenece al grupo de plásticos denominado 'polymerisates'. Su característica común está en que sus unidades monoméricas básicas contienen uno o más enlaces dobles. Bajo la influencia de radicales (moléculas con un electrón libre desapareado), estas unidades sufren la polimerización de sus radicales resultando en macromoléculas de largas cadenas.
Las características de la macromolécula dependen del tipo de cadena lateral que tiene, lo cual depende del monómero utilizado. Utilizando diferentes monómeros en la formación de plásticos 'polimerisates' podemos crear plásticos con diferentes aplicaciones en los coches. Por ejemplo, las voluminosas cadenas laterales del PMMA impiden la formación de estructuras cristalinas cuando solidifica, lo cual haría que la luz se reflejara. En su lugar este plástico amorfo es transparente lo cual hace que sea un útil sustituto del vidrio: más ligero, más maleable y con menos tendencia al estallido.
El tanque de gasolina es de polietileno, nos puede servir como ejemplo de una polimerización de radicales. El polietileno se forma a partir de monómeros de etileno (o eteno, C2H4) en una reacción iniciada por peróxido de benzoílo. A 90 grados centígrados el peróxido de benzoílo se divide en dos radicales. Cuando uno de esos radicales encuentra una molécula de etileno, el doble enlace de la molécula de etileno se rompe y se une al radical peróxido formando un nuevo radical más grande. De esta manera empieza una reacción en cadena que sólo se detiene cuando dos radicales reaccionan entre sí.
Monómero |
Polímero |
---|---|
Etileno |
Polietileno |
Propileno |
Polipropileno |
Cloruro de vinilo |
Policloruro de vinilo |
Estireno |
Poliestireno |
Acrilonitrilo |
Poliacrilonitrilo |
Éster metílico del ácido metacrílico |
Polimetacrilato de metilo |
Tetrafluoroetileno |
Politetrafluoroetileno |
Figura 2: Etapas de la polimerización
Imágenes cortesía del Leibniz Institute for Science and Mathematics Education
En nuestro experimento utilizamos peróxido de benzoílo para iniciar un proceso similar: en lugar de usar etileno usaremos 2-metilproenoato de metilo para producir polimetacrilato de metilo.
Imagen cortesía del Leibniz
Institute for Science and
Mathematics Education
Usar guantes, gafas de seguridad y trabajar bajo una campana de gases. El 2-metilpropenoato de metilo, el peróxido de benzoílo y la acetona son inflamables; la acetona es además irritante. Los tres deben ser usados con cuidado. El resto del Rojo de Sudán no debe ser vertido por la fregadera.
Ver también la nota de seguridad general.
experimento
Imagen cortesía del Leibniz
Institute for Science and
Mathematics Education
La reacción va a durar unos 20 minutos, a partir de ese momento la mezcla se volverá visiblemente viscosa. Mientras tanto lee la información que se encuentra bajo el título ‘'Polimerización: plástico para los faros del coche’ e intenta deducir el mecanismo de reacción para la polimerización de radicales del 2-metilpropenoato de metilo.
Si el plástico se empieza a solidificar en el tubo de ensayo, pues disolverlo con acetona. Entonces puedes continuar con el experimento tal y como está descrito, dando un tiempo adicional para la evaporación de la acetona.
¿Cómo evaluarías las propiedades de tu plástico y las compararías com las del vidrio?
distintos combustibles; de
izquierda a derecha: aceite de
calefacción; residuo plástico
como olefinas; lignito. Haga
clic sobre la imagen para
ampliarla
Imagen cortesía del Leibniz
Institute for Science and
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En esta actividad los estudiantes primero van a aprender cómo pueden ser reciclados los plásticos de los coches y a continuación van a hacer su propia experiencia de reciclaje transformado una botella de plástico en una pieza de plástico moldeada.
¿Qué pasa cuando se acaba la vida de un vehículo? Enseguida nos acordamos de esos montones de coches oxidados y de esos neumáticos usados destinados al vertedero, sin embargo muchas partes del coche se reciclan para recuperar valiosos recursos, especialmente los metales.
Los plásticos de un coche también pueden ser reciclados, y se hace de tres maneras: como partes, como componentes químicos o como combustible.
En esta actividad vas a reciclar botellas de plástico en piezas moldeadas. Lo que hagas con ellas está limitado sólo por tu imaginación: llaveros, pendientes, decoraciones de Navidad.
Imagen cortesía de hippokrat /
iStockphoto
Usar gafas de seguridad y trabajar bajo la campana de humos. No permitir que la llama entre en contacto con el plástico. Ten cuidado de no cortarte.
Ver también la nota de seguridad general.
Compara las características del plástico antes y después del reciclaje. Qué conclusiones sacas sobre el reciclaje de plásticos?
En tu grupo, discute los tres métodos de reciclaje descritos en el apartado ‘Reciclando plásticos de coches’ y compara sus posibles aplicaciones. Reflexiona sobre el experimento que has realizado : ¿Cuáles son las posibles aplicaciones de tu plástico?
En la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)w2, llevan más de una década estudiando fibras de alto rendimiento como el plástico Kevlar® . Cinco veces más resistentes que el acero, peso por peso, el Kevlar se usa en ruedas de bicicleta, armaduras, barcos de regatas y líneas de amarre.
Gran parte del trabajo del ESRF sobre fibras de alto rendimiento se centra en su morfología piel-núcleo: las diferencias en estructura entre las capas exteriores de la fibra y su centro. Estas diferencias pueden influir en las propiedades mecánicas de la fibra, así que entendiendo la morfología piel-núcleo es posible diseñar a medida las propiedades de las fibras durante el proceso de manufactura.
En el ESRF se usa rutinariamente haces de rayos X micro focales para realizar nuevos estudios sobre estos notables materiales, tanto para investigación académica como industrial. No existe ninguna otra técnica que dé una información similar sin seccionar la fibra ni alterar potencialmente su microestructura interna. Para más información ver Capellas Espuny, 2009.
ESRF es un miembro de EIROforumw3, editor de Science in School.
Parchmann I et al. (2006) Chemie im Kontext: a symbiotic implementation of a context-based teaching and learning approach. International Journal of Science Education 28(9): 1041-1062
Nentwig P et al. (2007) Chemie im Kontext: situated learning in relevant contexts while systematically developing basic chemical concepts. Journal of Chemical Education 84: 1439
Sturm B (2009) The drama of science. Science in School 13: 29-33.
Bradley D (2007) Plásticos, naturalmente. Science in School 5.