{"id":1024,"date":"2015-04-10T10:59:21","date_gmt":"2015-04-10T09:59:21","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/?p=1024"},"modified":"2015-04-10T11:03:42","modified_gmt":"2015-04-10T10:03:42","slug":"los-polipirroles","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/ingenieriamateriales\/2015\/04\/10\/1024\/","title":{"rendered":"Los polipirroles"},"content":{"rendered":"

Por Rafael Ruiz Iglesias, alumno de primer curso del Grado en Ingenier\u00eda de Materiales, UPM<\/span><\/a><\/span><\/p>\n

Tres cient\u00edficos fueron galardonados con el premio nobel de qu\u00edmica en el a\u00f1o 2000 por descubrir y llevar a cabo el desarrollo de pol\u00edmeros conductores.<\/p>\n

Los pol\u00edmeros electr\u00f3nicamente conductores son estructuras org\u00e1nicas cuya cadena carbonada consiste en enlaces alternados sencillos, dobles o triples. En los pol\u00edmeros tradicionales como el polietileno, los electrones de valencia se localizan en enlaces covalentes correspondientes a orbitales h\u00edbridos sp3. Tales electrones tienen baja movilidad y no contribuyene a la conductividad el\u00e9ctrica del material. T\u00edpicamente, los \u00e1tomos de carbono en pol\u00edmeros conductores tienen enlaces covalentes a trav\u00e9s de electrones en orbitales h\u00edbridos sp2 y adicionalmente un electr\u00f3n de valencia en un orbital pz: todos los electrones en orbitales pz se combinan para dar lugar a un conjunto de orbitales deslocalizados a lo largo de la mol\u00e9cula. Uno de los pol\u00edmeros conductores m\u00e1s importantes es el polipirrol, y el mecanismo de conducci\u00f3n el\u00e9ctrica se explica en este caso por la presencia de \u00e1tomos donores o aceptores de electrones, como se explica m\u00e1s abajo .<\/p>\n

La obtenci\u00f3n del polipirrol se lleva a cabo mediante la pirolisis del tri- o tetra-yodopirrol (el pirrol es un compuesto org\u00e1nico arom\u00e1tico constituido por un anillo de cinco \u00e1tomos, cuya f\u00f3rmula qu\u00edmica es C4<\/sub>H5<\/sub>N). En presencia de soluci\u00f3n acida y en ausencia de oxidantes el pirrol polimeriza por adici\u00f3n, obteniendo as\u00ed una mezcla de varios productos de reacci\u00f3n, que se obtiene como un precipitado negro insoluble. Al obtener este polvo negro con diferentes oxidantes se observ\u00f3 que su composici\u00f3n depend\u00eda enormemente de las condiciones de reacci\u00f3n. La temperatura es un factor que influye en los niveles de conductividad el\u00e9ctrica del polipirrol, empeor\u00e1ndolos al aumentar la temperatura. Por otro lado, los mayores niveles de conductividad el\u00e9ctrica se obtienen con un tiempo de reacci\u00f3n de\u00a0 20-30 minutos.<\/p>\n

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(A) Mol\u00e9cula de pirrol. (B) Polipirrol. Fuente: Wikipedia Commons (adaptado).<\/figcaption><\/figure>\n

Al incorporar sustancias donoras o aceptoras \u00a0de electrones en el polipirrol aumenta su \u00a0conductividad el\u00e9ctrica \u03c3 unas 1010-20<\/sup>veces. Este aumento en \u03c3 se debe a que en estos pol\u00edmeros existe una alternancia de simples y dobles enlaces. La estructura de bandas de estos materiales es similar a la de los aislantes y semiconductores: su banda de valencia est\u00e1 completa, su banda de conducci\u00f3n se halla vac\u00eda quedando las dos bandas separadas entre s\u00ed por cierto intervalo energ\u00e9tico (1.5-3 eV). Con el fin de alterar esta estructura se emplea el dopado, tomando electrones de la banda de valencia (dopado positivo) o cediendo electrones a la banda de conducci\u00f3n (dopado negativo). Como resultado, el pol\u00edmero se convierte en conductor porque la banda de valencia o la banda de conducci\u00f3n quedan llenas parcialmente. Dependiendo del reactivo empleado para dicho proceso se obtendr\u00e1 una conductividad que va de 2 a 100 S\/cm (Los valores m\u00e1s altos corresponden a los\u00a0 aniones m\u00e1s grandes, como por ejemplo el tosilato).<\/p>\n

Hoy en d\u00eda este material se emplea para diversas aplicaciones tecnol\u00f3gicas como microelectr\u00f3nica, \u00f3ptica, blindajes electromagn\u00e9ticos o i\u00f3nicos, conductores electr\u00f3nicos, pel\u00edculas calefactoras o emisores de luz. Centr\u00e1ndonos en sus propiedades electroqu\u00edmicas, podemos encontrar finalidades muy curiosas como por ejemplo la obtenci\u00f3n de m\u00fasculos artificiales. Un m\u00fasculo puede ser considerado como un dispositivo electroquimiomec\u00e1nico: el cerebro emite un pulso el\u00e9ctrico a trav\u00e9s del sistema nervioso desencadenando reacciones qu\u00edmicas y provocando un cambio en una longitud, obteniendo como resultado un movimiento macrosc\u00f3pico. Procesos similares son descritos con los polipirroles. En el laboratorio del Profesor Toribio Fern\u00e1ndez Otero, en la Universidad del Pa\u00eds Vasco, fue desarrollado un sistema de dos capas (pol\u00edmero conductor\/pol\u00edmero no conductor, adherente y flexible) para transformar los movimientos moleculares microsc\u00f3picos en movimientos macrosc\u00f3picos.<\/p>\n

El m\u00fasculo artificial, al estar basado en procesos electroqu\u00edmicos reversibles, tiene un comportamiento reversible. Todos los par\u00e1metros que act\u00faan sobre los procesos de oxidaci\u00f3n reducci\u00f3n influyen en la velocidad de movimiento. Han sido desarrollados m\u00fasculos capaces de levantar 1000 veces su propio peso. Como en un m\u00fasculo natural un pulso el\u00e9ctrico desencadena reacciones qu\u00edmicas que originan un cambio de volumen y un trabajo mec\u00e1nico. Ambos procesos ocurren en medio acuoso con flujos de iones a trav\u00e9s de membranas.<\/p>\n

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Ejemplos de microestructuras obtenidas con polipirroles (micrograf\u00edas obtenidas mediante microscop\u00eda electr\u00f3nica). Barras de tama\u00f1o: 10 \u03bcm. Adaptado de las referencias 4 y 5.<\/figcaption><\/figure>\n

Referencias y enlaces<\/p>\n

1.\u00a0http:\/\/www.ehu.eus\/reviberpol\/pdf\/DIC03\/Toribio1.pdf<\/p>\n

2.\u00a0http:\/\/eprints.ucm.es\/2024\/1\/X0000701.pdf<\/p>\n

3.\u00a0http:\/\/repositorio.bib.upct.es\/dspace\/bitstream\/10317\/564\/1\/pfc2657.pdf<\/p>\n

4.\u00a0http:\/\/www.uac.edu.co\/images\/stories\/publicaciones\/revistas_cientificas\/prospectiva\/volumen-6-no-1\/5-sintesis-caracter-v6-1.pdf<\/p>\n

5.\u00a0http:\/\/jaibana.udea.edu.co\/grupos\/revista\/revistas\/nro054\/Articulo%206.pdf<\/p>\n

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