Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Como se sabe, una molécula de polímero consiste en una cadena de unidades repetidas o monómeros. Algunos polímeros son reticulados, lo que quiere decir que su estructura consiste en una red tridimensional de cadenas poliméricas unidas de algún modo entre sí. Dependiendo del grado de reticulación se pueden conseguir desde polímeros gelatinosos a otros muy duros y tenaces como el kévlar o la bakelita. En este experimento se obtiene de uno de los del primer tipo.
Solo se necesita cola blanca (que contenga alcohol polivinílico) y tetraborato de sodio (bórax, que es un producto de lavandería). El resultado se conoce en muchos países angloparlantes como gluep. Es parecido a la sustancia inventada por el despistado químico de la película Flubber y el profesor chiflado.
Este gel viscoelástico es fácil de fabricar y tiene interesantes propiedades. Po ejemplo, absorbe la tinta hidrosoluble de un papel; se pueden fabricar pelotas con el material, las cuales rebotan más alto cuanto menor es el contenido de agua; y, además, puede utilizarse como pegamento.
El experimento
Se vierte en un vaso una cucharada grande (8 g) de bórax (tetraborato de sodio, Na2B4O7·10H2O; puede ser de lavandería), añadiendo un vaso (200 mL) de agua y agitando durante unos minutos. Si queda algo sin disolver, dejar que se asiente y decantar el líquido claro.
Se vierte en un vaso una cucharada grande (unos 15 mL) de cola blanca y la misma cantidad de agua, removiendo la mezcla (se puede añadir un poco de colorante alimentario líquido para dar color al producto que se va a obtener).
Se añaden 2 cucharadas pequeñas (unos 10 mL) de la disolución de bórax al vaso que contiene la mezcla de cola y agua, agitando con una varilla o cuchara. Se formará un polímero pegajoso; se saca del vaso y se coloca sobre papel encerado o similar (pues se podría adherir a otras superficies). Se amasa con las manos hasta que se seque.
Ensayos
Después pueden hacerse algunas pruebas para conocer las propiedades del polímero. Por ejemplo, si se hace una bola con él y se pasa por encima de una imagen dibujada en un papel con un rotulador de tinta hidrosoluble, la borrará. Esta bola rebotará si se tira al suelo.
Si una bola de polímero de diámetro algo mayor que la boca de una botella se coloca sobre dicha boca (previamente recortada de la botella), transcurrido un cierto tiempo acabará pasando por ella.
Si se inserta una pajita en el centro de la bola y se sopla suavemente, se hinchará. Otro ensayo de interés consiste en observar el comportamiento de una bola del polímero cuando se le agregan 10-20 gotas de vinagre y cuando, posteriormente, se le añade bicarbonato de sodio.
Pueden obtenerse otras muestras variando las proporciones de los ingredientes para comprobar los resultados.
Variante
Un experimento alternativo consiste en fabricar el gel viscoelástico a partir de poli(alcohol vinílico), (CH2CHOH)n, en vez de cola. Se necesita esta sustancia y la misma cantidad en peso de bórax.
Se calienta agua hasta aproximadamente 80 oC en una placa calefactora con agitador magnético (las temperaturas superiores a 90 oC pueden provocar la descomposición) y se espolvorea lentamente el poli(alcohol vinílico) para obtener una disolución al 4 por ciento (por ejemplo, 40 g del polímero por 960 g de agua). Si se desea, añadir también un colorante. Se obtendrá una mezcla homogénea y viscosa que se debe dejar enfriar.
Por otro lado, se prepara una disolución de tetraborato de sodio decahidratado al 4 por ciento en agua.
Se mezclan bien con una varilla de vidrio 50 mL de la suspensión de poli(alcohol vinílico) con 10 mL de la de bórax. Después de unos minutos se formará un gel.
Es interesante repetir el experimento con otras proporciones de los ingredientes para investigar el efecto en la reticulación.
Explicación
El fundamento del experimento es que el bórax o tetraborato de sodio decahidratado (Na2B4O7·10H2O) forma iones borato, B(OH)4–, cuando se disuelve en agua. Estos iones son capaces de crear uniones entre las cadenas de moléculas de poli(alcohol vinílico), quedando estas entrecruzadas. A medida que las cadenas de polímero se van conectando, el producto va adquiriendo una textura de gel cada vez más consistente.
Cola blanca y bórax
La conocida cola blanca es básicamente poli(acetato de vinilo), que es un polímero del acetato de vinilo (CH3–COO–CH=CH2).
Este polímero termoplástico se puede hidrolizar lentamente conduciendo a poli(alcohol vinílico) y ácido acético. El poli(alcohol vinílico) está formado por cadenas de longitud variable.
Por otro lado, el ion tetraborato se hidroliza de este modo:
B4O72– + 7 H2O ⟶ 2 OH– + 4 H3BO3
El ácido resultante reacciona con el agua:
H3BO3 + 2 H2O ⟶ B(OH)4– + H3O+
El B(OH)4– esterifica los grupos OH del polialcohol (la esterificación es la reacción entre un ácido o derivado de ácido y un alcohol con producción de H2O):
La reacción anterior es la responsable de la reticulación (débil) que se produce en el poli(alcohol vinílico) para crear el gel viscoelástico.
La reacción de entrecruzamiento se puede revertir. Así, cuando se adiciona un ácido, el B(OH)4– se protona para dar H3BO3 y el grado de reticulación baja. Se observará mejor el efecto con un ácido fuerte como el sulfúrico, pero el vinagre (ácido acético) también servirá. Una base neutralizaría al ácido y permitiría que los entrecruzamientos se formen de nuevo. Si el ácido que se ha utilizado es vinagre, el bicarbonato de sodio sería una base adecuada.
Por otro lado, la relativamente alta solubilidad en agua del polímero sugiere la existencia de enlaces de hidrógeno con el disolvente.
El polímero que se obtiene del entrecruzamiento del alcohol polivinílico con el bórax es de los llamados fluido de Maxwell. Este tipo de materiales son viscoelásticos, es decir, tienen al mismo tiempo las propiedades de la elasticidad y la viscosidad. Fluyen cuando le presión que se ejerce sobre ellos es baja pero ofrecen gran resistencia a presiones altas. Por ello, no cumplen la ley de viscosidad de Newton, según la cual la viscosidad solo se ve afectada por la temperatura; se dice que el material obtenido en este experimento es un fluido no newtoniano.
Seguridad
El bórax es tóxico; usar mascarilla y guantes para manipularlo. También para amasar el polímero. Evitar que el polímero entre en contacto con el cabello o la ropa. No debe colocarse sobre superficies de madera.
Bibliografía
- JCE staff. What’s Gluep? Characterizing a Cross-Linked Polymer. J. Chem. Educ., 1998, 75, 1432A. DOI: 10.1021/ed075p1432A.
- C. Baker. A crossed-link polymer. Education in Chemistry, 2005. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/a-crossed-link-polymer/2020035.article.
- Time for slime. American Chemical Society. https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/adventures-in-chemistry/experiments/slime.html.
Imagen de cabecera: Nevit / Wikimedia Commons.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
