El poliestireno es un polímero que se produce a través de una reacción de polimerización por adición. El monómero utilizado en esta reacción es el estireno, también conocido como etenilbenceno o feniletano. El estireno es un líquido oleoso e incoloro que se obtiene a partir de productos petroquímicos.
El poliestireno se utiliza ampliamente en la industria para fabricar plásticos transparentes, como contenedores, cuchillos, tenedores y cucharas de plástico. También se puede agregar gas durante la producción para crear poliestireno expandido o espuma de poliestireno, que se utiliza como aislante térmico en tazas de café y otros productos.
El poliestireno es un polímero termoplástico, lo que significa que se ablanda al calentarse y luego se enfría para volver a endurecerse. Esto permite reciclar el poliestireno, lo cual es una ventaja desde el punto de vista medioambiental.
Reacción de polimerización del poliestireno
La reacción de polimerización del poliestireno se lleva a cabo a través de una reacción de adición de estireno. La reacción es altamente exotérmica, con un calor de reacción de -121 kJ mol-1 a 25°C.
De acuerdo con el Principio de Le Chatelier, aumentar la temperatura favorecería el lado de los reactivos en la ecuación de reacción. Por lo tanto, la reacción de polimerización del poliestireno se lleva a cabo a temperaturas muy suaves.
Es posible producir poliestireno en el laboratorio escolar como una demostración. Para ello, se puede preparar un baño de agua caliente utilizando 250 mL de agua hirviendo. Se agrega 0.1 g de di(dodecanoil) peróxido a 5 mL de estireno en un tubo de ensayo. Se inserta un tubo de vidrio de 20 cm a través de un tapón de goma y se coloca el tapón en el cuello del tubo de ensayo para minimizar la pérdida de vapores de estireno durante el calentamiento. Se coloca el tubo de ensayo de manera que el nivel de la solución esté por debajo del nivel del agua caliente y se sujeta en su lugar. Se calienta durante 30 minutos hasta que la solución se vuelva viscosa. Se extinguen todas las llamas y se retira el tubo de ensayo del baño de agua y se enfría. Luego, se vierte el contenido del tubo de ensayo enfriado en 50 mL de etanol en un vaso. Se empuja el poliestireno en un trozo utilizando una varilla de vidrio y se vierte el etanol. Se seca el poliestireno sólido sobre papel de filtro.
Estructura del poliestireno
Existen diferentes formas en las que las moléculas de estireno pueden combinarse para formar cadenas poliméricas largas de poliestireno.
Poliestireno isotáctico
En esta estructura, todas las moléculas de estireno se combinan de manera que los anillos de benceno estén todos en el mismo lado de la cadena de carbono. Esta estructura permite un empaquetamiento cercano de las cadenas poliméricas y maximiza las fuerzas intermoleculares entre ellas. Como resultado, el poliestireno isotáctico es rígido y resistente. Sin embargo, en la práctica, se produce muy poco poliestireno isotáctico durante la polimerización del estireno.
Poliestireno sindiotáctico
En esta estructura, los anillos de benceno se alternan entre estar por encima y por debajo del plano de la cadena de carbono. Al igual que el poliestireno isotáctico, el poliestireno sindiotáctico tiene un empaquetamiento cercano de las cadenas poliméricas y fuerzas intermoleculares, lo que lo hace rígido y resistente. Sin embargo, la producción de poliestireno sindiotáctico es limitada debido a su costo elevado.
Poliestireno atáctico
En esta estructura, los anillos de benceno están orientados al azar a lo largo de las cadenas poliméricas, sin un patrón específico. Esto impide un empaquetamiento cercano de las cadenas y resulta en un poliestireno amorfo. El poliestireno atáctico es más flexible y suave en comparación con el poliestireno isotáctico y el sindiotáctico. La mayoría del poliestireno producido es de tipo atáctico y se utiliza en productos como envases, estuches, vasos y cubiertos de plástico.
El rendimiento de la reacción de polimerización del poliestireno global depende de varios factores, como la temperatura y los catalizadores utilizados. La estructura del poliestireno resultante, ya sea isotáctica, sindiotáctica o atáctica, afecta sus propiedades físicas y químicas. Comprender estos aspectos es fundamental para la producción y aplicación de poliestireno en diversas industrias.
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