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Polímeros: conceito, classificação, propriedades e reações químicas

Data 29/01/2020

Postado por Prof. Prazeres

Sou Gabriel Prazeres, professor de Química do Estratégia Vestibulares, e neste artigo tratarei sobre os principais tópicos que abordam o tema Polímeros. Nesta aula, você vai aprender de forma simples o que é um polímero, sua classificação e propriedades, bem como acontecem as polimerizações.

Primeiramente, vamos começar pela pergunta básica: o que é um polímero?

O que é um polímero?

Polímeros (poli=muitos e meros=partes) são macromoléculas formadas pela combinação de monômeros (mono=um e meros=partes). A combinação entre os monômeros envolve rompimento e formação de ligações, podendo ou não liberar pequenas moléculas.

Tipos de polímeros

Os polímeros são classificados em dois tipos e você vai entender bem cada um deles:

  1. Natural ou biopolímero
  2. Sintético

Os polímeros naturais, ou biopolímeros, são aqueles sintetizados pelos organismos vivos. Exemplos mais comuns são a seda, celulose, lã e o próprio DNA. Já os polímeros sintéticos são produzidos, geralmente, de compostos orgânicos, renováveis ou não renováveis, em processos laboratoriais.

Reações de polimerização

Polimerização por adição ou poliadição

Formação de uma macromolécula pela combinação de monômeros, iguais ou diferentes, sem que ocorra eliminação de átomos ou pequenas moléculas. A reação de adição é caracterizada pelo rompimento da ligação pi entre carbonos e formação de ligações sigma entre carbonos.

Esquema que mostra como acontece a polimerização por adição ou poliadição
Esquema que mostra como acontece a polimerização por adição ou poliadição

Polimerização por condensação ou policondensação

Formação de uma macromolécula pela combinação de monômeros, iguais ou diferentes, que ocorra eliminação de átomos ou pequenas moléculas. Os grupos funcionais de dois monômeros reagem formando uma nova função orgânica e contribuem para o aumento da cadeia carbônica.

Esquema que mostra uma polimerização por condensação
Esquema que mostra uma polimerização por condensação

Polimerização por rearranjo ou polirrearranjo

A polimerização por rearranjo se assemelha à polimerização por condensação, que ocorre reação entre os monômeros e eliminação de átomos ou pequenas moléculas, mas diferem no mecanismo de reação. As reações de rearranjo são caracterizadas pela mudança da posição dos átomos na mesma molécula.

Estrutura dos Polímeros

Polímeros lineares

As cadeias poliméricas são lineares, ou seja, não são ramificadas.

polímeros lineares
Polímeros Lineares

Polímeros ramificados

As cadeias poliméricas são ramificadas e formam grandes estruturas isoladas e ramificadas.

polímeros ramificados
Polímeros Ramificados

Polímeros reticulados

As cadeias poliméricas conectam-se entre si.

polímeros reticulados
Polímeros Reticulados

NOTE E ADOTE: Quanto mais linear a cadeia carbônica do polímero, maior a facilidade de acoplamento delas e, consequentemente, maior a densidade e temperaturas de fusão e ebulição do polímero.Quanto mais ramificado o polímero, menor a sua densidade.

Propriedades dos polímeros

Termoplástico

São polímeros que sofrem fusão. Para que um polímero seja termoplástico é necessário que não seja reticulado, ou seja, as cadeias poliméricas encontram-se separadas. Ao serem aquecidas, as cadeias poliméricas, que não são interligadas entre si, podem deslizar uma sobre as outras e, por isso, um termoplástico sólido pode ser derretido.

polímeros termoplástico
As cadeias poliméricas lineares ou ramificadas encontram-se separadas entre si.

Polímeros termorrígidos

Também chamados de termofixo, termoendurecidos ou termoestáveis, os Polímeros termorrígidos não sofrem fusão. Quando muito aquecidos, os polímeros termorrígidos sofrem decomposição.

Para que um polímero seja termorrígido é necessário que seja reticulado, ou seja, as cadeias poliméricas encontram-se interligadas. Essa ligação entre as cadeias poliméricas impede que possam deslizar entre elas e, assim, esse tipo de polímero não sofre derretimento.

polímeros termorrígidos

As cadeias poliméricas encontram-se ligadas e, por isso, ao aumentar a agitação molecular, não ocorre separação entre elas.

RECICLAGEM

  • Termoplásticos: ficam amolecidos quando aquecidos e são reciclados pela ação do calor.
  • Termorrígidos: ficam endurecidos quando aquecidos e não são reciclados pela ação do calor.

Polímeros sintéticos: propriedade mecânica

Plástico

Apresentam aspecto compacto e são, fisicamente, classificados por poderem ser viscosos, sólidos parcialmente cristalinos ou sólido amorfo vítreo.

Elastômero

De maneira geral, os elastômeros, também chamados de borrachas, são polímeros reticulados termofixos e apresentam elevada elasticidade. As borrachas podem ser naturais ou sintéticas.

Fibra

Materiais finos e alongados. As fibras são utilizadas com a finalidade de suportarem tensões, por exemplo, teia de aranha, nylon, fibra de vidro e fibra de carbono.

Natureza dos Monômeros

Homopolímero

As cadeias poliméricas são formadas por um único tipo monômero e podem ser lineares, ramificadas ou reticuladas.

Copolímero

As cadeias poliméricas são formadas por mais de um tipo de monômero e podem ser lineares, ramificadas ou reticuladas.

Os copolímeros são classificados pela combinação de seus monômeros. Os copolímeros podem ser:

  • Alternados
  • Em blocos
  • Aleatório
  • Enxertado

Observação: alguns químicos utilizam o termo terpolímero para caracterizar polímeros formados pela combinação de três tipos de monômeros.

Reações de polimerização por adição

As reações de polimerização por adição são, geralmente, iniciadas por um mecanismo radicalar, que utiliza peróxidos orgânicos, como, por exemplo, o peróxido de benzoíla.

Os peróxidos contribuem para a ruptura da ligação pi localizada entre os carbonos e formação da ligação covalente simples entre os carbonos.

Simplificadamente, são polímeros de adição aqueles que apresentam ligação dupla entre carbonos. A seguir estão listados os monômeros, polímeros de adição e algumas de suas aplicações.

Polietileno (PE)

O Polietileno é aplicado em frascos, sacolas de supermercado e tubulações.

Polímeros, fórmula estrutural do polietileno
Fórmula estrutural do Polietileno (PE)

Polipropileno (PP)

O Polipropileno é aplicado em copos, talheres, pratos e Tupperware.

Polímeros, fórmula estrutural do 
 polipropileno
Fórmula estrutural do Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

O Poliestireno é aplicado em embalagens e isopor.

Polímeros, fórmula estrutural do poliestireno
Fórmula estrutural do Poliestireno (PS)

Policloreto de vinila (PVC)

O Policloreto de vinila, ou PVC, é aplicado em tubos, fios, cabos e no couro artificial.

Polímeros, fórmula estrutural do Policloreto de vinila (PVC)
Fórmula estrutural Policloreto de vinila (PVC)

Poliacetato de vinila (PVA)

Polímeros, fórmula estrutural do Policloreto de vinila (PVC)
Fórmula estrutural Policloreto de vinila (PVC)

OBSERVAÇÃO: existem dois tipos de polietileno, o de alta e o de baixa densidade. O Polietileno de Alta Densidade (PEAD) é o polietileno formado por cadeias poliméricas lineares. Já o Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) é aquele formado por cadeias poliméricas ramificadas.

Polímeros: quadro que demonstra a estrutura do polietileno de alta e baixa densidade

Observação: É comum encontrarmos as siglas HDPE e LDPE para os polímeros PEAD e PEBD, respectivamente. HDPE significa High Density Polyethylene, enquanto LDPE significa Low Density Polyethylene.

Borrachas

A borracha, ou elastômero, é um material amorfo que apresenta a característica física elástica. Os elastômeros apresentam uma temperatura de transição vítrea (tg). Quando uma borracha é muito resfriada, geralmente abaixo de -40 °C, se torna quebradiça.

Geralmente, os elastômeros são obtidos a partir de dienos, ou seja, cadeias carbônicas que apresenta duas duplas ligações. A presença das duplas ligações dificulta o acoplamento (encaixe) das cadeias poliméricas. As borrachas são classificadas em: natural ou artificial.

Borracha natural

A borracha, ou elastômero, é um material amorfo que apresenta a característica física elástica. Os elastômeros apresentam uma temperatura de transição vítrea (tg). Quando uma borracha é muito resfriada, geralmente abaixo de -40 °C, se torna quebradiça.

Geralmente, os elastômeros são obtidos a partir de dienos, ou seja, cadeias carbônicas que apresenta duas duplas ligações. A presença das duplas ligações dificulta o acoplamento (encaixe) das cadeias poliméricas.

As borrachas são classificadas em: natural ou artificial.

O látex é um material viscoso e de baixa compactação e, portanto, pouca aplicabilidade. Em 1839, Charles Goodyear descobriu um método para configurar a borracha na consistência que conhecemos atualmente. O processo químico de produção dessa consistência é chamado de vulcanização da borracha e revolucionou a indústria química.

A vulcanização da borracha consiste na reação do látex com enxofre (3 a 8%), que forma ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. As ligações cruzadas realizadas pelos átomos de enxofre podem caracterizadas por pontes de sulfeto (um átomo de enxofre entre duas cadeias poliméricas) ou pontes de dissulfeto (dois átomos de enxofre entre duas cadeias poliméricas).

Polímeros: pontes de dissulfetos formadas durante a vulcanização da borracha.
Pontes de dissulfetos formadas durante a vulcanização da borracha.

Quando aplicado uma tensão sobre a borracha, as cadeias poliméricas se alinham, porém quando a tensão é cessada, esse material retorna para o formato inicial. Essa propriedade é chamada de memória, histerese ou resiliência da borracha.

NOTE E ADOTE: Quanto mais reticulado for a estrutura polimérica da borracha, mais compacta e quebradiça será.

Borracha artifical

As borrachas sintéticas são produzidas pelos monômeros eritreno e cloropreno. As borrachas sintéticas são mais resistentes mecanicamente e termicamente do que as borrachas naturais.

Eritreno

A seguir, você confere a fórmula estrutural do Eritreno.

polímeros, fórmula estrutural do eritreno
Fórmula estrutural Eritreno

Cloropreno

A seguir, você confere a fórmula estrutural do Cloropreno.

polímeros, fórmula estrutural do cloropreno
Fórmula estrutural do Cloropreno

A borracha NBR (Acrylonitrile Butadiene Rubber) ou Buna-N é chamada de borracha nitrílica, apresenta boa resistência à óleos, à baixas temperaturas e é aplicada para luvas sem látex, mangueiras, couro sintético, anéis de vedação etc.

NBR Acrylonitrile Butadiene Rubber ou Buna-N
O NBR é formado pelos monômeros butadieno (da esquerda) e acrilonitrila (da direita).

Outros elastômeros comerciais copoliméricos:

polímeros - Outros elastômeros comerciais copoliméricos

Reações de polimerização por condensação

As reações de polimerização por condensação ocorrem da reação entre grupos funcionais iguais ou diferentes e, geralmente, apresentam mecanismos eletrofílicos ou nucleofílicos. Existem dois tipos de polimerização por condensação.

  • Reação entre moléculas homobifuncionais diferentes.

Exemplos de moléculas homobifuncionais:

polímeros: moléculas homobifuncionais
moléculas homobifuncionais
  • Reação entre moléculas heterobifuncionais iguais.

Exemplos de moléculas heterobifuncionais:

moléculas heterobifuncionais

Polímeros: policondensações

As principais policondensações são:

Poliéster

Poliéster é um polímero que apresenta a função éster ligando os monômeros. Os poliésteres podem ser formados pela reação de esterificação por moléculas heterobifuncionais contendo as funções orgânicas ácido carboxílico e álcool ou pela reação entre moléculas homobifuncionaisdiácido carboxílico e diálcool.

Exemplos:

  • Ácido Gliólico
  • Etilenoglico

Poliamida

Da mesma forma que o poliéster, a poliamida pode ser formada pela reação de moléculas heterobifuncionais ou homobifuncionais. A reação mais comum de formação de uma amida é a combinação das funções ácido carboxílico e amina.

polímeros - poliamida
polímeros - poliamida

Policarbonato

Os policarbonatos são polímeros identificados pelo grupo:

Polímeros: Fórmula estrutural do Policarbonato
Fórmula estrutural do Policarbonato
Polímeros: Policarbonato
Policarbonato

Silicone

O silicone, apesar de não apresentar átomos de carbono na cadeia polimérica, é considerado um composto orgânico. O silicone é um polímero formado pela sequência intercalada entre silício e oxigênio (-Si-O-Si-O-Si-O-Si-O-) e substituintes hidrocarbônicos, geralmente, metil ou fenil.

Polímeros - Silicone
Silicone

FIQUE ATENTO:

As estruturas ilustradas acima representam, somente, homopolímeros de condensação. Por exemplo, não podemos dizer que o PET é formado por dois monômeros: ácido tereftálico e etilenoglicol.

O PET, apenas, seria um copolímero se houvesse a reação de outro diácido ou outro diálcool em sua formulação. Portanto, os polímeros de condensação formados pela reação de dois tipos de moléculas homobifuncionais são homopolímeros.

Reações de polimerização por rearranjo

São formados por uma ou mais substâncias. O polímero de rearranjo mais comum é a poliuretana (PU), que é resultado da combinação de duas substâncias homobifuncionais.

Poliuretana

A reação de formação da poliuretana não libera pequenas moléculas. Perceba que os átomos de hidrogênio ligados, inicialmente, aos átomos de oxigênio foram migrados para os átomos de nitrogênio.

polímeros, reações de polimerização por rearranjo: Poliuretana
Poliuretana

Polímeros: identificação numérica

Polímeros biodegradáveis

São materiais que se degradam na natureza devido à ação de bactérias e fungos. Os principais polímeros biodegradáveis são os polímeros naturais: celulose, amido, glicogênio, proteínas, látex, etc.

A degradação de polímeros sintéticos é de baixa cinética, ou seja, a decomposição desses materiais é muito lenta. Veja a seguir o tempo de decomposição de alguns polímeros.

PolímeroTempo médio de decomposição
Papel3 a 6 meses
Pano6 meses a 1 ano
Chiclete5 anos
Sacola plástica10 a 20 anos
Náilon20 anos
Isopor50 anos
Garrafa PET500 anos
Pneuindeterminado

Polímeros condutores de eletricidade

Para que um polímero conduza corrente elétrica é necessário que existam elétrons deslocalizados em sua estrutura. A deslocalização dos elétrons nos polímeros condutores de eletricidade é identificada quando existem duplas conjugadas.

Duplas conjugadas: quando existe apenas uma ligação simples entre duplas ligações e/ou par de elétrons não ligantes.

Duplas conjugadas

Duplas não conjugadas

Confira, a seguir, polímeros que condutores de eletricidade:

  • Poliacetilenmo
  • Politiofeno
  • Poli(p-fenileno)
  • Poli (p-fenileno vinileno)
Polímeros condutores de eletricidade

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Prof. Prazeres

Prof. Prazeres

Graduado em Química pela Universidade de Brasília, UnB. Professor de Química do Estratégia Vestibulares.

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