Elasticidad del caucho
Esto se puede repetir muchas veces sin degradación aparente del caucho.
La elasticidad del caucho es producida por varios procesos moleculares complejos y su explicación requiere un conocimiento avanzado de matemáticas, química y física estadística, particularmente el concepto de entropía.
La entropía puede considerarse como una medida de la energía térmica que se almacena en una molécula.
Este fenómeno llamó la atención del físico inglés John Gough.
En 1805 publicó algunas observaciones cualitativas sobre esta característica y cómo la fuerza de estiramiento requerida aumentaba con la temperatura.
En 1838, el inventor estadounidense Charles Goodyear descubrió que las propiedades elásticas del caucho natural podían mejorarse enormemente agregando un pequeño porcentaje de azufre.
Cuando se calientan a unos 150 °C, las moléculas de entrecruzamiento reactivas, como el azufre o el peróxido de dicumilo, pueden descomponerse y las reacciones químicas posteriores producen un enlace químico entre cadenas adyacentes.
Un enlace cruzado se puede visualizar como la letra 'X' pero con algunos de sus brazos apuntando hacia fuera del plano.
Todas las moléculas de poliisopreno se conectan entre sí en múltiples puntos mediante estos enlaces químicos (nodos de la red), lo que da lugar a una única molécula gigante y se pierde toda la información sobre los polímeros largos originales.
Una goma elástica es una sola molécula, al igual que un guante de látex.
En el caucho natural, cada reticulación da lugar a un nodo de red del que salen cuatro cadenas.
Debido a la enorme importancia económica y tecnológica del caucho, predecir cómo responde una red molecular a las tensiones mecánicas ha sido de interés permanente para científicos e ingenieros.
Para entender las propiedades elásticas del caucho, en teoría, es necesario conocer tanto los mecanismos físicos que ocurren a nivel molecular como la forma en que la naturaleza aleatoria de la cadena del polímero define la red.
Estos tres mecanismos son inmediatamente evidentes cuando se estira manualmente una muestra de caucho moderadamente gruesa.
Finalmente, a medida que la muestra se acerca al punto de ruptura, su rigidez aumenta notablemente.
1, una medición típica de tensión frente a deformación para el caucho natural.
Los tres mecanismos (etiquetados como Ia, Ib y II) corresponden predominantemente a las regiones que se muestran en el gráfico.
Es este empujón constante el que produce una fuerza de resistencia (elástica) en las cadenas cuando se las obliga a enderezarse.
Los mecanismos moleculares que producen la fuerza elástica son los mismos para todos los tipos de tensión.
Las interacciones térmicas tienden a mantener las torceduras en un estado de flujo constante, ya que realizan transiciones entre todas sus posibles conformaciones rotacionales.
Debido a que las torceduras están en equilibrio térmico, la probabilidad de que una torcedura resida en cualquier conformación rotacional está dada por una distribución de Boltzmann y podemos asociar una entropía con su extremo a extremo distancia.
En este caso, la fuerza restauradora es de tipo resorte y nos referiremos a ella como régimen II.
La trayectoria tridimensional real de la cadena no es pertinente, ya que se supone que todas las fuerzas elásticas operan a lo largo del contorno de la cadena.
[6] Al igual que con el régimen Ia, el modelo de fuerza para este régimen es lineal y proporcional a la temperatura dividida por la tortuosidad de la cadena.
Cuando todas las unidades de isopreno en una cadena de red se han visto obligadas a residir en solo unas pocas conformaciones rotacionales extendidas, la cadena se vuelve tensa.
Puede considerarse sensiblemente recto, excepto por el camino en zigzag que hacen los enlaces C-C a lo largo del contorno de la cadena.
Estas fuerzas son similares a resortes y no están asociadas con cambios de entropía.
En este punto, la fuerza a lo largo de la cadena es suficiente para romper mecánicamente el enlace covalente C-C.
Este mecanismo explica el fuerte aumento en la tensión elástica, observado en altas deformaciones (Fig.
No se pueden soportar tensiones superiores a unos 7 MPa y la red falla.
