La vaporización es el principal proceso mediante el cual una sustancia cambia de estado líquido a gaseoso.
Se denomina ebullición cuando el cambio de estado ocurre por aumento de la temperatura en el interior del líquido; el punto de ebullición es la temperatura a la cual un líquido determinado hierve (a una presión dada), y permanece constante mientras dure el proceso de cambio de estado.
Se le denomina evaporación cuando el estado líquido cambia lentamente a estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se produce a cualquier temperatura, siendo más rápida cuanto más elevada está.
En el campo terapéutico, la vaporización denomina el uso medicinal de vapores, en especial en contextos relacionados con aguas termales.
La vaporización, por lo tanto, puede ser el cambio de estado de un líquido a un gas. Este proceso puede llevarse a cabo de dos maneras: cuando el paso de líquido a gaseoso se desarrolla en la totalidad de la masa de la sustancia, se habla de ebullición. Se llama punto de ebullición, en este contexto, a la temperatura que hace que un líquido, a una cierta presión, hierva y empiece a atravesar el mencionado cambio de estado; si este último solo se lleva a cabo en la superficie del líquido, el fenómeno se conoce como evaporación.
La vitrificación es el proceso de conversión de un material en un sólido amorfo similar al vidrio, carente de toda estructura cristalina. Esto se consigue por medio de calentamiento o enfriamiento muy rápido o mediante la mezcla con un aditivo. El proceso debe ser lo más rápido o instantáneo posible, un ejemplo de vitrificación se puede ver en la criolipolisis.
Cuando el material de partida es sólido, la vitrificación normalmente conlleva el calentamiento de la sustancia a muy altas temperaturas, entre 1100C y 1700C. Muchos materiales cerámicos se producen de este modo. Este tipo de vitrificación también puede suceder de modo natural cuando un rayo cae sobre arena: las altas temperaturas pueden crear unas estructuras ramificadas llamadas fulguritas.
Cuando el material de partida es un líquido, necesitaremos un enfriamiento muy rápido o la introducción de agentes que impidan la formación de cristales. De forma natural, las ranas las mariposas y los gatos ,1 peces e insectos árticos producen glicerol y glucosa para reducir la formación de hielo.
La solidificación de un śolido vítreo se produce a la temperatura de transición vítrea, que es menor que la temperatura de fusión.
Vitrificación y embriología[editar]
Se utiliza ampliamente como técnica de crioconservación de embriones y ovocitos. Dicha vitrificación se consigue mediante un enfriamiento muy rápido en el cual se utiliza una solución altamente concentrada que no cristaliza durante la congelación, en tanto que su viscosidad aumenta con el descenso de temperatura hasta la formación de un estado sólido amorfo.Para conseguir un gran cambio de temperatura a gran velocidad, se usa un volumen mínimo de medio ( menos de 0,1 microlitros) y nitrógeno líquido a -196ºC. La exposición y las tasas de congelación deben ser lo suficientemente rápidas para evitar la toxicidad y la formación de cristales intracelulares que puedan dañar el contenido celular. Para conseguir que la deshidratación sea muy rápida se utilizan crioprotectores en concentraciones elevadas, la velocidad de congelación/descongelación es indirectamente proporcional a la concentración de crioprotectores. Antes de la congelación, el material biológico debe equilibrarse con esta solución crioprotectora (en menor concentración) para que pueda soportar el choque osmótico. La tasa de supervivencia de las muestras es mayor del 90%, y los embriones suelen sobrevivir intactos.
Una vez puesta a punto la vitrificación en el laboratorio, la supervivencia es mayor del 90%, independientemente del tipo de muestra. Los embriones suelen sobrevivir intactos (100% de las blastómeras), siendo útil tanto para embriones como para ovocitos, pero no para los espermatozoides.
Se necesita una velocidad extrema en el proceso de desvitrificación, sacando la muestra del nitrógeno líquido e introduciéndola en medio a 37ºC.
Se necesita una velocidad extrema en el proceso de desvitrificación, sacando la muestra del nitrógeno líquido e introduciéndola en medio a 37ºC.
La vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Se dice que fue descubierta accidentalmente por Charles Goodyear en 1839 al volcar un recipiente de azufre y caucho encima de una estufa. Esta mezcla se endureció y se volvió impermeable, a la que llamó vulcanización en honor al dios Vulcano. Sin embargo, hay estudios que demuestran que un proceso similar a la vulcanización, pero basado en el uso de materiales orgánicos (savias y otros extractos de plantas) fue utilizado por la cultura olmeca 3.500 años antes para hacer pelotas de hule destinadas al juego de pelota mesoamericano de la época precolombina. Durante la vulcanización, los polímeros lineales paralelos cercanos constituyen puentes de entrecruzamiento entre sí. El resultado final es que las moléculas elásticas de caucho quedan unidas entre sí a una mayor o menor extensión. Esto forma un caucho más estable, duro, mucho más durable, más resistente al ataque químico y sin perder la elasticidad natural. También transforma la superficie pegajosa del material en una superficie suave que no se adhiere al metal o a los sustratos plásticos
La vulcanización es un proceso de curado irreversible y debe ser fuertemente contrastado con los procesos termoplásticos que caracterizan el comportamiento de la vasta mayoría de los polímeros modernos. Este proceso irreversible define a los cauchos curados como materiales termoestables (no se funden con el calor) y los saca de la categoría de los termoplásticos (como el polietileno y el polipropileno).
Usualmente el entrecruzamiento químico es realizado con azufre, pero existen otras tecnologías como los sistemas basados en peróxidos. Se suelen usar combinadamente con agentes aceleradores y retardadores.
El azufre es un elemento con singulares propiedades. En determinadas circunstancias, formará cadenas de sus propios átomos. El carbono y el silicio pueden formar también esas cadenas. El proceso de vulcanización hace uso de este fenómeno. A lo largo de la molécula del caucho, hay un número de sitios que son atractivos para los átomos de azufre. Son los llamados sitios de cura. En cada sitio de cura, un átomo de azufre se puede unir a sí mismo, y a partir de allí la cadena de átomos de azufre puede crecer hasta que alcance el sitio de cura de otra molécula. Estos puentes de azufre son usualmente de 2 a 10 átomos de largo, en contraste con los polímeros más comunes en los que la «columna vertebral» de carbonos puede ser varios miles de veces de larga.
Historia[editar]
La historia del caucho es antigua. Los mayas y los indígenas meso-americanos extraían el látex orgánico de los árboles de Castilla elastica de los bosques americanos, transformaban esa viscosa sustancia en pelotas, y jugaban con ellas el juego de pelota. Este juego tenía connotaciones sagradas: los perdedores, a veces, eran ejecutados ritualmente. Esas pelotas no podían durar mucho más que los jugadores ganadores. El caucho natural no curado se vuelve muy oloroso y en pocos días comienza a pudrirse. El proceso de putrefacción tiene, en parte, relación con la ruptura de las proteínas, como sucede con las proteínas de la leche, pero también con la ruptura de las largas moléculas de caucho a medida que se oxidan en el aire o en tierra.
La primera referencia al caucho en Europa aparece en 1770, cuando Edward Nairne vendía cubos de caucho natural de su hogar. Los cubos, con la intención de ser gomas de borrar, se vendían al altísimo precio de 18 chelines por unidad.
A mediados del siglo XIX, el caucho era un material novedoso, pero no encontraba gran aplicación en el mundo industrial. Era usado, en principio, como goma de borrar y como dispositivo médico para conectar tubos y para la inhalación de gases medicinales. Cuando los químicos descubrieron que el caucho era soluble en el éter, se hallaron nuevas aplicaciones en el mundo del zapato y en impermeables.
A pesar de todo, la mayoría de estas aplicaciones eran en pequeños volúmenes y el material no duraba mucho. La razón de la falta de aplicaciones importantes era el hecho de que el material no era duradero, era pegajoso, y en ocasiones se pudría liberando mal olor porque no estaba bien curado.
La contribución de Goodyear[editar]
La mayoría de los libros de texto indican que Charles Goodyear fue el primero en usar azufre para vulcanizar el caucho. Dependiendo del lector, la historia de Goodyear es el resultado de la pura suerte o de una cuidadosa investigación.
Goodyear reclamó que le correspondía el descubrimiento de la vulcanización basada en azufre en 1839, pero no patentó su invento hasta el 5 de julio de 1843 y no escribió la historia de su descubrimiento hasta 1853 en su libro autobiográfico, Gum-elastic and Its Varieties: With a Detailed Account of Its Applications .1 Mientras tanto, Thomas Hancock (1786-1865), un científico e ingeniero británico, patentó el proceso en el Reino Unido el 21 de noviembre de 1843, ocho semanas antes que Goodyear depositara su propia patente.
La Goodyear Tire and Rubber Company adoptó el nombre de Goodyear por sus actividades en la industria del caucho, pero no tenía ninguna relación con Charles Goodyear y su familia.
Este es el relato de Goodyear sobre su invención, tomada de Gum-Elastic.... Aunque el libro es una autobiografía, Goodyear eligió escribirlo en tercera persona, así que «el inventor» y «él» que se refieren en el texto corresponden al autor en realidad. El describe el escenario de la fábrica de caucho donde su hermano trabajó.
(...) El inventor hizo muchos experimentos para verificar los efectos del calor en el mismo compuesto que se había descompuesto en las bolsas de correo y otros artículos. Se sorprendió al encontrar que el espécimen, siendo descuidadamente puesto en contacto con una estufa caliente, se achicharraba como el cuero.
Goodyear continúa describiendo cómo él intentó llamar la atención de su hermano y otros trabajadores de la planta, familiarizados con el comportamiento del caucho disuelto, pero ellos descartaron su observación, creyendo que era otro de sus muchos extraños experimentos. Goodyear afirma que intentó decirles que el caucho se derretía cuando se calentaba excesivamente, pero ellos lo siguieron ignorando.
Goodyear infirió directamente que si el proceso de achicharramiento podía ser detenido en el punto correcto, podría hacer que el caucho se librara de sus adhesivos nativos, lo que implicaría una mejora sustancial sobre la goma nativa. Se convenció más de la validez de su intuición al descubrir que el caucho de la India no podía derretirse en azufre hirviendo ya que siempre se achicharraba. Hizo otra prueba calentando un tejido similar antes de probar con un fuego abierto. El mismo efecto de achicharramiento de la goma continuó; pero había muchos indicios satisfactorios de éxito en producir el resultado deseado cuando, sobre el borde de la porción achicharrada, aparecía una línea que no estaba achicharrada, pero sí perfectamente curada.
Goodyear luego describe su mudanza a Woburn, Massachusetts, y cómo llevó a cabo una serie de experimentos sistemáticos para descubrir las condiciones correctas para el curado del caucho.
(...) Cuando se cercioraba de que había encontrado el objeto de su búsqueda y mucho más, y que la nueva sustancia era resistente al frío y al solvente de la goma nativa, se sintió ampliamente recompensado por el pasado y bastante indiferente a las pruebas del futuro.
Goodyear nunca ganó dinero con su descubrimiento. Empeñó todas las posesiones de su familia en un esfuerzo por ganar dinero, pero el 1º de julio de 1860, falleció cubierto de deudas por importe de más de 200.000 dólares.
Vulcanización de policloropreno[editar]
La vulcanización del caucho neopreno o policloropreno (caucho CR) se lleva a cabo usando óxidos metálicos (concretamente MgO y ZnO, y en ocasiones PbO) preferentemente, en vez de los compuestos de azufre usados con muchos cauchos naturales y sintéticos. Además, debido a otros factores de su procesado (principalmente el scorch, que es el prematuro entrecruzamiento en las gomas por la influencia del calor), la elección del acelerante se rige por reglas diferentes a otros cauchos dienos. Los acelerantes más convencionalmente usados son problemáticos cuando se curan los cauchos CR, y el acelerante más importante es la Etilentiourea (ETU) que, aunque está ampliamente probado como un excelente acelerante para el policloropreno, está clasificado como tóxico para la reproducción. La industria del caucho europea ha comenzado un proyecto de investigación SafeRubber para desarrollar una alternativa más segura al uso de ETU.
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