Polímeros
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:
Polimerização
Estrutura molecular
Peso Molecular e Grau de Polimerização
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
Dos polímeros a seguir determine por ordem decrescente, quais destes tem a maior massa molecular.
Cuja estrutura do Nylon, PVC e PS, respectivamente são: C12H22N2O2 ; C2H3Cl e C8H8
- PS, Nylon, PVC
- PVC, Nylon, PS
- Nylon, PS, PVC
Passo 1
Primeiramente devemos calcular a massa molar do Nylon (Mm) cuja fórmula estrutural é: C12H22N2O2.
C:12,01 
H: 1,01
N: 14
O: 16
Como temos 12 moléculas de carbono, 22 de hidrogênio, 2 de nitrogênio e 2 de oxigênio, onde é necessário multiplicar a massa de cada pela quantidade de elementos.
Passo 2
Agora devemos calcular a massa molar do PVC (Mm) cuja fórmula estrutural é: (C2H3Cl).
C:12,01
H: 1,01
Cl: 35,46
Como temos 2 moléculas de carbono, 3 de hidrogênio, 1 de cloro, onde é necessário multiplicar a massa de cada pela quantidade de elementos.
Passo 3
Por último falta calcular a massa molar do poliestireno (PS) (Mm) cuja fórmula estrutural é: (C8H8).
C:12,01
H: 1,01
Como temos 8 moléculas de carbono, 8 de hidrogênio, é necessário multiplicar a massa de cada pela quantidade de elementos.
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #2
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
Dado as estruturas moleculares abaixo, determine visualmente quais apresentam um maior peso molecular.
-
(PP) -
(PMMA)
Passo 1
Primeiramente devemos avaliar se há instaurações no monômero, pois as instaurações tornam a molécula mais densa.
Analisando as alternativas a e b, já podemos descartar a letra A como a que apresenta maior massa molar, pois essa formação é negativa, pois a estrutura molecular do PP apresenta uma estrutura de ligações simples.
Passo 2
Ao contrário do que ocorre com o PMMA que apresenta instaurações e a presença de um heteroátomos, o oxigênio, que favorece também para o aumento da massa molecular (MM).
Resposta
Alternativa 2
Exercício Resolvido #3
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
Dentre as moléculas abaixo, determine quais passaram por uma reação de polimerização por adição.
Passo 1
A característica dos polímeros por adição é a presença de ligação dupla, então devemos primeiramente analisar a presença da mesma.
Passo 2
Observa-se que as moléculas das alternativas B e C não apresenta a dupla ligação, portanto a alternativa correta é a A
Resposta
Alternativa A
Exercício Resolvido #4
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
Dentre as cadeias abaixo, determine as suas estruturas moleculares.
Escolha a opção correta:
- Cadeia linear, ramificada, rede e cruzada
- Cadeia ramificada, rede, cruzada e linear
- Cadeia ramificada, linear, cruzada e rede
Passo 1
Para a identificação da opção correta, vamos avaliar primeiramente a alternativa A. Observem que temos a cadeia principal de carbonos, e a baixo dela temos as ramificações, lembram do ramo de flores?
Passo 2
Na letra B, observa-se que temos somente a presença da cadeia principal, composta pelo carbono e hidrogênio. Nos remete ao formato de linha, certo? Portanto podemos determinar que é uma estrutura linear.
Passo 3
Na letra C, observa-se que temos a presença instaurações e uma estrutura desorganizada, cruzando pela cadeia principal, logo apresenta uma ligação cruzada.
Passo 4
Na letra D, observa-se que temos a presença instaurações e uma estrutura complexa e densa, com a presença de anéis aromáticos, ao ocorrer a reação de polimerização este ira se cruzar de forma densa, formando uma rede.
Resposta
Na opção 3.
Exercício Resolvido #5
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
Conforme as características dos polímeros, determine a alternativa certa:
a) Materiais de baixa densidade, de fácil processamento, formada por meros.
b) Materiais de alta densidade, de fácil processamento, formada por meros.
c) Materiais de baixa densidade, não sendo possível o processamento por extrusão devido a sua baixa resistência a temperatura
d) Materiais de baixa densidade, constituídos por cadeias chamadas de monômeros;
e) Materiais de baixa densidade, facilmente processáveis e são classificados em duas grandes classificações: termoplásticos e fundíveis.
Passo 1
Os materiais poliméricos comparado aos demais apresentam baixa densidade, principalmente os materiais de cadeia simples como o PP, que menos denso que o PET que apresenta instauração em sua estrutura.
Passo 2
Os materiais termoplásticos são processados facilmente devido ao seu baixo ponto de fusão, onde a temperaturas relativamente baixas eles amolecem possibilitando sua moldagem.
Passo 3
Como o próprio nome diz poli (muitos) meros. São constituídas por unidades de repetição (meros) ao longo da cadeia polimérica.
Resposta
Alternativa A
Exercício Resolvido #6
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
O peso molecular médio do PET é de aproximadamente 35000 g/mol. Determine o grau de polimerização médio pelo número de moléculas.
Passo 1
Primeiramente é importante lembrarmos a equação para determinar o grau de cristalinidade, que é dada por:
Onde:
Mp: massa molar média do polímero
Mn: massa molar do monômero
Passo 2
Então devemos calcular a massa molar do PET, a fórmula geral do PET é (C10H8O4)n , mas não se preocupe essa informação é facilmente encontrada na bibliografia.
Agora com o uso de uma tabela periódica, devemos determinar a massa de cada elemento que constitui o PET. No caso o carbono (C), hidrogênio (H) e o oxigênio (O).
C:12,01 
H: 1,01
O: 16
Como temos 10 moléculas de carbono, 8 de hidrogênio e 4 de oxigênio, é necessário multiplicar a massa de cada pela quantidade de elementos.
Passo 3
Após termos encontrado a massa molar do PET, podemos encontrar o grau de cristalinidade do polímero, através da equação:
Resposta
182,12 meros por molécula de PET
Exercício Resolvido #7
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
O PP (polipropileno) é um polímero com a estrutura química simples, cuja sua fórmula estrutural é (C3H6) n.
- Calcule o peso molecular do mero de PP
- Calcule o peso molecular médio pelo peso para o PP cujo o grau de polimerização médio do polímero é de 15000
Passo 1
- Primeiramente devemos calcular a massa molar do PP(Mm) cuja fórmula estrutural é: (C3H6) , para facilitar podemos dar uma olhadinha na tabela periódica.
C:12,01 
H: 1,01
Como temos 3 moléculas de carbono, 6 de hidrogênio, é necessário multiplicar a massa de cada pela quantidade de elementos.
Passo 2
O grau de cristalinidade (N) é calculado por:
1) Para calcularmos o peso molecular médio (Mp) devemos isola-lo na equação, obtendo:
2) Achado o valor da massa molar na alternativa a) Mm= 42,09 g/mol e o grau de cristalinidade do PP é de 15000
Passo 3
Após a identificação dos valores basta substitui-lo na equação
Resposta
- Mm: 42,09 g/mol
- Mp: 631.350,00 g/mol
Exercício Resolvido #8
UFSC – EMB5 006 – Química Tecnológica – Polímeros
Identifique o tipo de reação que ocorre no polímero abaixo.
Passo 1
Primeiramente é necessário entender o tipo de reação que está ocorrendo, analise que na polimerização temos dois monômeros:
Passo 2
Ao ocorrer a reação de polimerização notem que gerou um subproduto, a água.
Passo 3
Ao observarmos que a reação ocorre a partir de dois monômeros e gera como subproduto a água, a reação que ocorreu foi a reação de condensação.
Resposta
Reação de condensação