​Premio Nobel de Química 2000:
*MªDolores López Saavedra
*Desirée López-Reina Palomino
*Antonio Martín Revuelta
*Beatriz Melendez Aranda



Antes de empezar nuestro trabajo haremos una breve introduccion en la que hablaremos un poco sobre los premios Nobel.

El premio Nobel se instituyó en honor a Alfred Nobel, quien como ultima voluntad donó todo el dinero que ganó en la industria de la dinamita, que aunque principalmente su mercado era la mineria tambien se vendia para la guerra.La primera ceremonia de entrega de premios se celebró en la Antigua Real Academia de Musica de Estocolmo en 1901.
Los premios los emtrega el rey de Suecia, y a los premiados a parte de un diploma tambien se les concede un premio economico de unos 10 millones de coronas (aproximadamente 1 millon de euros). La finalidad de esta suma es evitar las preocupaciones económicas del laureado, para que así pueda desarrollar mejor sus futuros trabajos, promoviendo así el desarrollo de la cultura, la ciencia y la tecnología alrededor del mundo.

Aqui podemos ver un fragmento del testamento de Alfed Nobel:



"La totalidad de lo que queda de mi fortuna quedará dispuesta del modo siguiente: el capital, invertido en valores seguros por mis testamentarios, constituirá un fondo cuyos intereses serán distribuidos cada año en forma de premios entre aquéllos que durante el año precedente hayan realizado el mayor beneficio a la humanidad. Dichos intereses se dividirán en cinco partes iguales, que serán repartidas de la siguiente manera: una parte a la persona que haya hecho el descubrimiento o el invento más importante dentro del campo de la física; una parte a la persona que haya realizado el descubrimiento o mejora más importante dentro de la química; una parte a la persona que haya hecho el descubrimiento más importante dentro del campo de la fisiología y la medicina; una parte a la persona que haya producido la obra más sobresaliente de tendencia idealista dentro del campo de la literatura, y una parte a la persona que haya trabajado más o mejor en favor de la fraternidad entre las naciones, la abolición o reducción de los ejércitos existentes y la celebración y promoción de procesos de paz. Los premios para la física y la química serán otorgados por la Academia Sueca de las Ciencias, el de fisiología y medicina será concedido por el Instituto Karolinska de Estocolmo; el de literatura, por la Academia de Estocolmo, y el de los defensores de la paz, por un comité formado por cinco personas elegidas por el Storting (Parlamento) noruego. Es mi expreso deseo que, al otorgar estos premios, no se tenga en consideración la nacionalidad de los candidatos, sino que sean los más merecedores los que reciban el premio, sean escandinavos o no."


Premio Nobel de Química 2000

Alan J. Heeger *1936
(Estados Unidos)
"Por su descubrimiento y desarrollo de los polimeros conductoresy por su revolucionario descubrimiento de que el plástico puede, con ciertas modificaciones, ser conductor de electricidad"

El Premio Nobel de Química: Alan J. Heeger *1936
El Premio Nobel de Química: Alan J. Heeger *1936

Alan G. MacDiarmid *1927
(Estados Unidos)
El Premio Nobel de Química: Alan G. MacDiarmid
El Premio Nobel de Química: Alan G. MacDiarmid
Hideki Shirakawa *1936
(Japón)
El Premio Nobel de Química: Hideki Shirakawa *1936
El Premio Nobel de Química: Hideki Shirakawa *1936



En el 2000, recibieron el Premio Nobel de Química: Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa.


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Alan J. Heeger:

Alan J. Heeger (nacido en 1936) recibió su doctorado en la Universidad de California, Berkeley en 1961 y se convirtió en profesor asociado en la Universidad de Pennsylvania en 1962, y fue catedrático allí entre 1967 y 1982. Desde 1982 es profesor de Física en la Universidad de California en Santa Bárbara y el director del Instituto de Polímeros y Sólidos Orgánicos. En 1990 fundó UNIAX Corporation, donde es el Presidente de la Junta.


Durante su carrera ha publicado numerosos artículos científicos sobre materiales, especialmente sobre polímeros orgánicos. Sus investigaciones sobre la capacidad conductora de los polímeros orgánicos y sus aplicaciones tecnológicas le han valido diversos galardones, entre los que destacan el Premio Balzan, el Premio John Scout o el Premio Oliver E. Buckley para la Materia Física Concentrada.


-Alan G. MacDiarmid:


Alan G. MacDiarmid (nacido en 1927) creció en Nueva Zelanda, y recibió su doctorado en la Universidad de Wisconsin, en 1953 y en la Universidad de Cambridge, Reino Unido, en 1955. Fue profesor asociado de la Universidad de Pennsylvania en 1956 y fue catedrático allí en 1964. Desde 1988 es Profesor de Química.

Sus estudios sobre los polímeros orgánicos conductores comenzaron en 1975, año en que contactó con el doctor Hideki Shirakawa, del Instituto Tecnológico de Tokio. Desde entonces ha mantenido una estrecha colaboración con él, así como con el doctor Alan Heeger, físico de la Universidad de Pensilvania.
Actualmente sus intereses científicos se centran en el polímero conductor más importante desde el punto de vista tecnológico, la polianilina, así como en los polímeros orgánicos fotoemisores. Ha publicado más de 600 artículos científicos en las más prestigiosas revistas y es poseedor de más de veinte patentes en el campo de los polímeros orgánicos conductores, especialmente del poliacetileno y la polianilina.
Ha sido galardonado con numerosos premios, entre los que destacan el Premio en Materiales Químicos otorgado por la Sociedad Americana de Química, que obtuvo en 1999. En el año 2000 fue galardonado con el Premio Nobel de Química por su contribución al desarrollo de la Ciencia y las aplicaciones de los polímeros orgánicos con capacidad para conducir la corriente eléctrica.


-Hideki Shirakawa:


Hideki Shirakawa (nacido en 1936) recibió su doctorado en el Instituto Tecnológico de Tokio 1966 se convirtió en profesor asociado en el Instituto de Ciencia de los Materiales en la Universidad de Tsukuba en 1966. Es profesor allí desde 1982.

Sus investigaciones en el campo de los campos de los polímeros, especialmente del acetileno, le llevaron al descubrimiento, cuando ocupaba la plaza de investigador asociado en el laboratorio de Química del Instituto Tecnológico de Tokio, de las propiedades conductoras de este material al ser contaminado con trazas de otras sustancias.
Los descubrimientos de Shirakawa interesaron al químico neozelandés Alan G. MacDiarmid y al físico estadounidense Alan J. Heeger, con los que inició una fructífera relación científica e investigadora que dio como resultado la publicación conjunta del artículo Síntesis de polímeros orgánicos conductores de la electricidad: derivados halógenos del poliacetileno (CH) n, en el prestigioso Journal of Chemical Society en el verano de 1977, en el cual anunciaban el descubrimiento del poliacetileno.


¿QUE DESCUBRIERON ESTOS CIENTÍFICOS PARA QUE SE LES PREMIARA CON EL PREMIO NOBEL DE QUIMICA?

Hasta hace poco, lo que nos enseñaban sobre el plástico es que se trata de un material aislante. Actualmente, sin embargo, debido al descubrimiento de estos científicos, se ha podido comprobar que el plástico en ciertas circunstancias, puede comportarse como un metal. Por este descubrimiento, dichos científicos fueron premiados con el Premio Nobel de Química.

Lo que sabemos del plástico es que es un polímero, donde las moléculas forman largas cadenas, y que éstas se repiten como perlas de collar, pero debido a su estructura, no puede ser conductor.
Para ser conductor de electricidad, el polímero ha de imitar al metal, es decir, los electrones deben moverse libremente y no estar vinculados al átomo. Para ello, el polímero debe alternar enlaces simples y dobles, formando el enlace conjugado. La estructura del poliacetileno que se forma por la polimerización del acetileno de hidrocarburos, tiene como estructura:

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Poliacetileno

Sin embargo, dichos enlaces no son suficientes. Para ser conductor, el plástico ha de ser alterado, bien mediante la eliminación de electrones (oxidación), o bien insertando esos electrones (reducción). Este proceso se conoce como dopaje.
En la ilustración, podemos observar un modelo simple de un polímero dopado. Las piezas no pueden moverse a menos que haya al menos un vacío “agujero”. En el polímero, cada pieza es un electrón que salta a un agujero dejado vacante por otro. Esto crea un movimiento a lo largo de la molécula, la corriente eléctrica.


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420px-Dopaje_polaron.png


.

Lo que Heeger, MacDiarmid y Shirakawa descubrieron fue que había una delgada película de poliacetileno que al ser oxidado con vapores de yodo, aumentando su conductividad mil millones de veces. Este hallazgo fue el resultado de su trabajo, pero también de coincidencias y circunstancias accidentales.

El polímero, una molécula plana con un ángulo de 120º, está formada por isómeros cis-poliacetileno y trans-poliacetileno. A comienzos de la década de los 70, el químico japonés Shirakawa descubrió que era posible sintetizar poliacetileno de una nueva manera, en la que se podía controlar las proporciones de los isómeros cis y trans. Por error, añadió demasiado catalizador, pero para sorpresa de Shirakawa, se formó una película de plata. Dicha película, era de trans- poliacetileno, y la reacción a otra temperatura dio lugar a otra película, de cobre en su lugar. Ésta consistía en cis-poliacetileno casi puro. La forma de variar la temperatura y la concentración de catalizador supuso un hecho decisivo para su desarrollo en el futuro.
En otra parte del mundo, el químico MacDiarmid y el físico Heeger estaban experimentando con una película de aspecto metálico de nitruro de azufre, un polímero inorgánico. Cuando MacDiarmid escuchó el descubrimiento de Shirakawa, se puso en contacto con él para modificar el poliacetileno por oxidación con vapores de yodo. Shirakawa sabía que las propiedades ópticas habían cambiado en el proceso de oxidación y MacDiarmid sugirió que Heeger echara un vistazo a las películas. La conductividad del polímero se había multiplicado diez millones de veces. El descubrimiento fue considerado un gran avance.
Desde entonces este campo ha crecido enormemente, y también ha dado lugar a muchas aplicaciones nuevas y emocionantes.
Los polimeros conductores son aquellos en los que la conductividad eléctrica se origina en la conjugación extendida de los electrones a lo largo de la cadena polimérica. Así estos polimeros poseen átomos de carbono con hibridación sp2. Esta hibridación crea enlaces covalentes entre los átomos de la cadena principal y las ramificadas. Según esta conformación, se queda un orbital P no enlazado que se solapa y forma un enlace pi con una distribucion de dobles enlaces (C=C) alternandose con enlaces sencillos (C--C).




POLIMEROS CONDUCTORES: SINTESIS, PROPIEDADES Y
APLICACIONES ELECTROQUIMICAS


INTRODUCCION

El desarrollo científico y tecnológico ha dado lugar a dos tipos de materiales conductores electrónicos con matriz polimérica: los conductores extrínsecos y los intrínsecos. Los conductores extrínsecos con matriz polimérica con materiales compuestos formados por un polímero, generalmente termoplástico, y una carga: negro de humo, polvo metálico, hilos metálicos, etc. Por encima de la concentración de percolación los caminos conductores existentes a lo largo del material le confieren conductividad electrónica. La matriz polimérica permite procesar al material en operaciones industriales para conseguir distintos tipos de productos y acabados.
Cuando el umbral de percolación requiere concentraciones elevadas de carga, las propiedades del compuesto pueden estar muy alejadas de las del material termoplástico.
Los conductores intrínsecos son materiales poliméricos cuyas moléculas son capaces de conducir la electricidad. La conductividad es una propiedad intrínseca del material, Los polímeros conductores más comunes poseen una distribución de dobles enlaces C = C alternándose con enlaces carbono-carbono sencillos a lo largo de la cadena: poliacetileno, polipirrol, politiofeno, polianilina,...


Poliacetileno

Polipirrol

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Métodos de síntesis
Los métodos de síntesis más habituales de polímeros conductores son:


1. Por síntesis directa (el método fue desarrollado por Sirakawa en 1971). La pared interna de un recipiente de vidrio se recubre con un catalizador Ziegler-Natta. El paso de una corriente de acetileno da lugar a una película brillante de poliacetileno.

2. Por oxidación química del monómero. En una disolución monomérica se añade un oxidante cuyo potencial corresponda al potencial de oxidación del monómero: sales de Fe3+ en disoluciones de pirrol. Se forma un precipitado negro de polipirrol. La presencia de otras sales mejora las propiedades del polímero al favorecer su oxidación reversible.

3. Por oxidación electroquímica: Análoga a la oxidación química. Ahora el proceso es heterogéneo y se produce sobre el ánodo de una célula electroquímica que contiene un disolvente y una sal. Esta permite el paso de corriente y favorece la oxidación del polímero.

4. Por oxidación en plasma: La generación de un plasma inicia la polimerización en la superficie sobre la que se proyecta.

5. A partir de precursores: Un polímero precursor, generalmente soluble, es aplicado en la superficie deseada. Por calentamiento se descompone dando una molécula gaseosa y un polímero conductor insoluble.

6. Otros métodos: Pirólisis parcial de polímeros no conductores, polimerizaciones fotoiniciadas, polimerizaciones por condensación, etc.

Conductividad. La conductividad, determinada por el método de las cuatro puntas, de un polímero neutro es baja (10-7-10-5 S.cm-1). Al ser oxidado la conductividad del material aumenta progresivamente hasta alcanzar 10-104 S.cm-1. Cuando en la literatura se habla de polímeros conductores, en realidad se trata de polímeros oxidados. La oxidación supone la generación de radical-cationes o dicationes a lo largo de la cadena polimérica (polarones ó bipolarones en la nomenclatura física).

Polarón

Bipolarón



APLICACIONES

Además de su interés en la química, estas investigaciones han dado pie a numerosas aplicaciones recientes como las pantallas de video, los diodos emisores de luz, el procesamiento de las películas, etc.

Aplicaciones Brillantes
Los cables metálicos conducen la electricidad pueden emitir luz cuando una corriente lo suficientemente fuerte está pasando. Los polímeros, en algunos casos, también pueden emitir luz, pero por otro principio, la electroluminiscencia que utiliza fotodiodos. En la electroluminiscencia, la luz es emitida por una fina capa de polímero cuando está excitado por un campo eléctrico. Se utilizan tradicionalmente fotodiodos semiconductores inorgánicos como el fosfuro de galio, ahora también se pueden utilizar polímeros semiconductores. Estos fotodiodos en principio ahorran más energía y generan menos calor que las bombillas de luz
.

Gracias a estos se han desarrollado las pantallas planas. Existen algunos tipos de estos polimeros que permiten la absorción de la luz por la piel en los mamíferos, esto es lo que sucede con la melanina. Gracias a la flexibilidad, resistencia y facilidad de producción de estos polimeros, se han convertido un área de investigación actual sobre todo en la tecnología.



external image 300px-Polymelanin.png La melanina

Hoy en día existe un interés comercial en fotodiodos y diodos emisores de luz (LED). Un LED puede estar compuesto de un polímero conductor como un electrodo de un lado, a continuación, un polímero semiconductor en el medio y, en el otro extremo, una lámina fina de metal como electrodo. Cuando se aplica un voltaje entre los electrodos, el polímero semiconductor comenzará a emitir luz.



external image 1198806730_leds.jpgDiodos emisores de luz (leds)
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Plástico y semiconductor: una extraña pareja con posibilidades de futuro.

Modelo idealizado de las cadenas moleculares de un polimero conductor (polianilina). Un plástico con propiedades de semiconductor.





Otras aplicaciones


Existen otras muchas aplicaciones de este plástico brillante. En pocos años, por ejemplo, las pantallas de televisión planas basadas en la película de LED, se harán realidad, al igual que las señales de tráfico luminosas y las señales de información. Dado que es relativamente fácil de producir delgadas capas de plástico, uno se puede imaginar también emisores de luz de fondo de pantalla en nuestros hogares, y otras cosas espectaculares.

Otras aplicaciones de polímeros conductores que han aparecido en el mercado o están en fase de ensayo, son:

Derivados de politiofeno, que son de gran uso comercial en el tratamiento antiestático de la película fotográfica.
También pueden ser utilizados en los productos en los supermercados para marcar los productos. Las cajas que se registre automáticamente lo que el cliente tiene en el carro.


Polianilina dopada en material antiestático, por ejemplo, en las alfombras de plástico para oficinas y salas de operaciones, donde es importante para evitar la electricidad estática. También es usado en pantallas de ordenador, proteger al usuario de la radiación electromagnética, y como un inhibidor de la corrosión.

Materiales como “polyphenylenevinylene” pronto puede ser utilizado en las pantallas de teléfonos móviles.
“Polydialkylfluorenes” se utilizan en el desarrollo de nuevas pantallas a color para el vídeo y TV.


Además de todas estas aplicaciones y sus grandes ventajas ( procesamiento rápido y barato, fácil y barata impresión...), también existen problemas como que estos polimeros tienen baja solubilidad y baja rapidez de respuesta.

El Dopaje
En los años 70, estos tres científicos (Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa) demostraron que dopando con yodo el poliacetileno este se podría ser conductor. El dopaje consiste en la adición de un reactivo químico que oxida o reduce el polimero, lo que hace que los electrones transiten de la banda de valencia a la banda de conducción por lo que se convierte en conductor. Ademas del yodo mencionado anteriormente, tambien actuan como dopantes algunas sustancias como el Silicio, Germanio, Boro y Fosforo . Existen dos tìpos de dopaje:
Dopaje químico:consiste en la adición de un oxidante como bromo o yodo o un reductor como metales alcalinos, aunque es mucho más frecuente añadir un oxidante. Esto modifica al polimero como se ha comentado anteriormente.
Dopaje electroquímico: que consiste en la utilización de un electrodo cubierto por el polimero. Este electrodo se baña en una disolución en la cual el polimero es insoluble. Tras este proceso se aplica al electrodo un voltaje que provoca un movimiento de la disolución de iones y electrones que se fijan al polimero o se escapan. Según el métdo seguido esto le da un exceso o un defecto a los electrones de la banda de conducción del polimero (dopaje N o dopaje P). El más fácil de llevar a cabo es el dopaje N, ya que se utiliza hacíendo el vacío (sin presencia de oxígeno).
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Se representan dos moléculas de poliacetileno: sin dopar (arriba) y con moléculas dopantes (abajo). Los enlaces dobles bien definidos de la molécula sin dopar la hacen ser mal conductora, mientras que los enlaces difusos (líneas discontinuas) representan a las bandas semillenas de la molécula conductora.

Explicacion grafica del dopaje tipo N y dopaje tipo P poniendo como ejemplo el dopaje del silicio por el fosforo y por el boro:



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N-doped Si.svg
P-doped Si.svg
P-doped Si.svg


Dopaje tipo N (dona un electron) Dopaje tipo P (se dona un hueco de electron)


A pesar de que al dopar algunos polimeros estos se vuelven conductores, la conductividad de estos polimeros no tiene nada que ver con la conductividad de los metales. Esto se debe al movimiento de los electrones en las bandas de energia y a lo que conlleva el dopaje. Estas son las bandas de energia dependiendo de la conductividad del material:



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Además de la variación en la conductividad, el cambio de estado del polímero debido al dopado puede tener varios efectos. Por ejemplo, cambios en propiedades como: el color del polímero, el volumen y la porosidad. Estas propiedades están relacionadas con el estado de oxidación del polímero, y este está bajo control electroquímico: el polímero neutro, el polímero totalmente oxidado, o cualquier estado intermedio, puede alcanzarse aplicando el potencial eléctrico adecuado.


En ocasiones en el proceso de dopaje se utilizan los colores para identificar los polimeros conductores tratados. Estos son algunos de los polimeros asociados a su color:



Cambios de color asociados al dopaje en algunos polímeros conductores.



Polímero
Color (forma no dopada)
Color (forma dopada)
Politiofeno
Rojo
Azul
Polipirrol
Amarillo verdoso
Azulo Oscuro
Polianilina
Amarillo
Verde o azul
Poliisotianafteno
Azul
Amarillo brillante




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Los tres científicos galardonados con el premio Nobel en Química del año 2000 posando juntos para una revista de ciencia.

El descubrimiento del plástico como conductor, al igual que muchos otros que la historia narra, ocurrió por alguna casualidad, aunque mucho antes de conocer su conductividad ya se conocian algunos polimeros conductores como la polianilina.
Después de todas las investigaciones y descubrimientos que hicieron, tras haber trabajado juntos en alguna ocasión, estos han seguido dando conferencias en numerosos eventos e instituciones químicas del mundo.


La tecnología permite simplificar muchos productos electrónicos
Los estadounidenses Alan Heeger y Alan McDiarmid, y el japonés Hideki Shirakawa fueron galardonados con el Premio Nobel de Química por el descubrimiento y desarrollo de los plásticos conductores de electricidad, un avance técnico con enormes aplicaciones en la simplificación y el abaratamiento de innumerables productos electrónicos, y uno de los fundamentos de los futuros ordenadores moleculares.

Heeger, de 64 años, dirige el Instituto de Polímeros de la Universidad de California en Santa Bárbara. McDiarmid, de 73 años y nacido en Nueva Zelanda, enseña química en la Universidad de Pennsilvania. Y Shirakawa es profesor en el Instituto de Ciencia de Materiales de la Universidad de Tsukuba (Japón).

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Alan J. Heeger recogiendo el Premio Nobel
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Alan G. MacDiarmid recogiendo el premio Nobel


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Hideki Shirakawa recogiendo el premio Nobel

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Los tres científicos premiados


ARTÍCULO SOBRE POLÍMEROS CONDUCTORES:

Revista Iberoamericana de Polímeros Volumen 4(4), Diciembre de 2003

Fernández Polímeros conductores……….….

"El principio de electroneutralidad de la materia se mantiene por incorporación de contraiones (aniones)
(A-). La oxidación es un proceso progresivo (y reversible, como se verá en la parte electroquímica) que da lugar a la formación de un compuesto polímero-contraión de estequiometría variable. La conductividad varía progresivamente con el grado de oxidación. Un solo material cubre, de forma continua, un intervalo de conductividades de 6 a 10 ordenes de magnitud.
Síntesis, propiedades y aplicaciones electroquímicas. En este trabajo trataremos, de los múltiples
aspectos de interés relacionados con los polímeros conductores, aquellos ligados a la electroquímica: la síntesis electroquímica, las propiedades relacionadas con la oxidación/reducción del polímero y los dispositivos y aplicaciones a las que están dando lugar dichas aplicaciones."

Bibliografía:

es.wikipedia.org/wiki/Polímero_conductor
apuntes.rincondelvago.com/polimeros-conductores_aplicaciones.html
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/public.html
es.wikipedia.org/wiki/Premio_Nobel_de_Química
www.eis.uva.es/~macromol/curso04-05/...cond/index.htm
www.eis.uva.es/...05/polimeros.../propiedades.htm
http://wwwprof.uniandes.edu.co/~marcorte/polimeros_conductores_intrinsecos.htm
www.cervantesvirtual.com/servlet/SirveObras/.../028887_0002.pdf