Teoria
E aí, tudo bem?
Neste capítulo vamos aprender sobre o que são materiais poliméricos, também conhecidos como os famosos “plásticos” ou polímeros.
Já observaram que ao nosso redor muito dos objetos, são feitos desse tipo de material?
Para entender o porquê da enorme gama de aplicações, bora entender o que são estes materiais?
Características dos Polímeros
Polímeros são materiais plásticos, isso já dá a entender que eles são maleáveis, ou, flexíveis.
Em geral, ele contêm apenas elementos não-metálicos, o que faz com que eles sejam leves com relação à outros materiais. Além disso, materiais poliméricos são bons isolantes térmicos e elétricos.
Maneiro maneiro, agora vamos ver como é que os polímeros são feitos!
Polimerização
A maioria dos materiais poliméricos são compostas por moléculas gigantes, compostas de átomos interligados. Mas comoo???
Você quando criança já uniu um clip no outro?
A estrutura molecular do polímero faz a mesma coisa, no exemplo acima temos uma estrutura molecular do PET (Poli Etileno Tereftalato). Vamos ver melhor como é isso!
A polimerização é processo químico que gera a formação de macromoléculas, que são as moléculas beeeeemm grandes, denominadas polímeros. Para produzir o polímero é combinado um número “N” de monômeros (que é uma pequena molécula) que vai se interligando a outros monômeros atraves da reação de polimerização.
Vamos imaginar um jogo de legos:
Após a reação de polimerização rola a ligação dos diversos monômeros formando o polímero. Como quando a gente vai juntando uma pecinha na outra.
A polimerização pode ocorrer por adição ou condensação. E qual que é a diferença?
Polimerização por adição: Nessa polimerização os monômeros apresentam ligações duplas alternadas, essas são quebradas gerando pontos reativos, onde se ligam a outros monômeros, repetindo assim o ciclo para gerar o PVC.
Polimerização por condensação: nessa caso obrigatoriamente temos a polimerização com dois monômeros diferentes onde cada um perde átomos, gerando sempre um subproduto que pode ser: água (H2O), ácido halogenado (HI, HF, HBr), amônia (NH3) ou ácido cianídrico (HCN).
Lembra da meia calça da vovó? Ela é feita de náilon. Vamos ver como obtê-lo?
Temos dois monômeros (Hexametilenodiamina) + (Ácido adipico) por meio da polimerização por condensação se obtêm o náilon e como subproduto a água.
O PET ali em cima também é feito por condensação!
Estrutura molecular
A sua estrutura molecular do polímero tá relacionada à forma que um monômero vai se juntando com o outro. Cada um tem sua própria característica, mas os tipor de estruturas que a gente em que conhecer são: linear, ramificada, cruzada e em rede.
Bora entender essas diferenças?
Polimeros lineares , lembram uma massa de espaguete, longaaa e forma continua. Deu água na boca ne?
Viram a semelhança? Sabe aquelas bolinhas ali do polímero? Sera as almondegas no espaguete? Essas bolinhas são nossos famosos meros, que são segmentos repetidos, como podemos ver na imagem.
Sabe quais polímeros tem essa estrutura? Polietileno , PVC, Náilon e entre outros.
Como nessa estrutura os polímeros tão alinhadinhos, conforme eles vão sendo formados, eles conseguem ficar bem juntinhos um do outro, assim, o material fica mais compactado e também mais denso e pesado.
Em setembro, temos o que?? Primavera, flores, ramos, uhullll!!! Opaa falei em ramos? Seria que poderíamos associar a polímeros ramificados? Notam a semehança? Os galhos das planta seria como as ramificações da estrutura polimérica ligada a cadeia principal. Ao contrário da estrutura linear, os polímeros que tem estrutura ramificada tendem a ser mais leves e porosos, ou seja, com menor densidade (ou massa específica).
Também é possível encontrar polímeros com ligações cruzadas, esta ligação é mais complexa, imagine pegar cordas e fazer uma rede com elas. Este tipo de ligação é formada por cadeias individuais de polímeros ligadas por correntes laterais. As borrachas, elásticos, são exemplo de materiais com este tipo de ligação.
Os polimeros em rede formam redes tridimensionais, isso acontece quando há presença de muitas ligações cruzadas , materiais epóxi são um exemplo dessa classificação .
Vamos ver como que essas estruturas influenciam nas propriedades dos polímeros
Peso Molecular e Grau de Polimerização
Cada polímero tem seu próprio peso molecular, assim como eu e você! Se sua estatura é maior (tipo 1,85 m) consequentemente você irá pesar mais que uma pessoa com 1,55 m. A mesma coisa acontece com o peso molecular dos polímeros. Veja abaixo.
Visualmente, qual polímero você acha que tem um maior peso molecular o PET (da esquerda) ou PP – Polipropileno (da direita)?
Se você pensou em PP.. ceeeeeeeeeeeeerta resposta!!!!!! A molécula do PP é menorzinha, sem anéis aromáticos e insaturações, ou seja conforme o polímero vai formando ele consegue ficar mais compactado, o que torna a cadeia mais pesada.
E para calcular o peso molecular destes materiais? Usaremos a equação a seguir:
Onde: Mp (pesso molecular médio da estrutura), M (peso molecular médio de cada faixa de tamanho e W( fração do peso molecular médio ). A unidade do peso molecular é grama por mol
(g/mol).
Masss calmaaaa!!!!! Vamos resolver um exemplo juntos?
Vamos então calcular o peso molecular médio de um polímero genérico e a fração do peso molecular, para isso usaremos as informações da tabela abaixo.
- Com a faixa de valores do peso molecular, três faixas ao todo, devemos primeiramente calcular a média de cada faixa e colocar o resultado na coluna: Média M (g/mol).
- Calcular o produto w x M de cada faixa de peso molecular
- Agora para acharmos o peso molecular médio, bastar fazer a soma dos valores obtidos em (w x M).
Agora que aprendemos calcular o peso molecular do polímero, e sabendo que eles possuem uma estrutura longa, podemos determinar o comprimento dessa cadeia através do grau de polimerização, que nada mais é que o numero médio de moléculas (nn) ou pelo seu peso (np).
Onde: M (peso molecular médio) e m (peso molecular da unidade de polímero, também denominada mero).
Mas para acharmos o m, utiliza-se a equação:
Onde: f é a fração da cadeia o mj é o peso molecular do mero j.
Vemmm comigooo!!!!
Vamos calcular o grau de polimerização do PVC?? Simmm!!! Aquele utilizado nas tubulações da sua casa, aeee!!!
O PVC consiste em 2 átomos de carbono (C), 3 átomos de hidrogênio (H) e 1 atomo de cloro (Cl). E os pesos moleculares desses elementos respectivamentes são : C (12,01), H (1,01) e Cl (35,45). Mas não se preocupem esses dados são fornecidos nos exercícios, ou facilmente encontrados no tópico tabela periódica do responde aí. O peso molecular médio do PVC é de .
- Primeiramente devemos calcular o “m” (peso molecular do mero de PVC)
- Agora podemos utilizar a equação do grau de polimerização, que é a razão do peso molecular médio do polímero e o peso molecular do mero.
Para isso faremos o somatório de cada elemento, como mostrado abaixo: