Polímeros: História, Polimerização, Tipos, Propriedades

Os polímeros são compostos moleculares caracterizados por terem elevado peso molecular (variando de milhares a milhões) e consistem em um grande número de unidades, chamados monómeros, que são repetidos.

Por possuírem a característica de serem grandes moléculas, essas espécies são chamadas macromoléculas, o que lhes confere qualidades únicas e muito diferentes daquelas observadas nas menores, atribuíveis apenas a esses tipos de substâncias, como a propensão que possuem para Moldar estruturas de vidro.

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Da mesma forma, como pertencem a um grupo muito grande de moléculas, surgiu a necessidade de conceder-lhes uma classificação, razão pela qual são divididas em dois tipos: polímeros de origem natural, como proteínas e ácidos nucléicos; e os de fabricação sintética, como o nylon ou o lucita (mais conhecido como Plexiglas).

Os estudiosos começaram as investigações da ciência que existe por trás dos polímeros na década de 1920, quando observavam com curiosidade e perplexidade o comportamento de algumas substâncias, como madeira ou borracha. Então, os cientistas da época se dedicaram a analisar esses compostos tão presentes na vida cotidiana.

Ao atingir um certo nível de entendimento sobre a natureza dessas espécies, sua estrutura poderia ser entendida e progredir na criação de macromoléculas que poderiam facilitar o desenvolvimento e a melhoria dos materiais existentes, bem como a produção de novos materiais.

Da mesma forma, sabe-se que numerosos polímeros significativos contêm em sua estrutura átomos de nitrogênio ou oxigênio, ligados a átomos de carbono, formando parte da cadeia principal da molécula.

Dependendo dos principais grupos funcionais que fazem parte dos monômeros, eles serão nomeados; Por exemplo, se o monômero é formado por um éster, um poliéster se origina.

História do polímero

A história dos polímeros deve ser abordada a partir de referências aos primeiros polímeros conhecidos.

Dessa maneira, certos materiais de origem natural que são amplamente utilizados desde os tempos antigos (como celulose ou couro) são feitos principalmente de polímeros.

Século XIX

Ao contrário do que se poderia pensar, a composição dos polímeros era desconhecida até alguns séculos atrás, quando começou a determinar como essas substâncias eram formadas e até tentou estabelecer algum método para fabricá-las artificialmente.

A primeira vez que o termo “polímeros” foi usado foi em 1833, graças ao químico sueco Jöns Jacob Berzelius, que o usou para se referir a substâncias de natureza orgânica que possuem a mesma fórmula empírica, mas que possuem massas molares diferentes.

Este cientista também foi responsável por cunhar outros termos, como “isômero” ou “catálise”; embora se deva notar que naquela época o conceito dessas expressões era completamente diferente do que elas significam hoje.

Após algumas experiências para obter polímeros sintéticos a partir da transformação de espécies poliméricas naturais, o estudo desses compostos se tornou mais relevante.

O objetivo dessas investigações era alcançar a otimização das propriedades já conhecidas desses polímeros e obter novas substâncias que pudessem cumprir propósitos específicos em diferentes campos da ciência.

Século XX

Ao observar que a borracha era solúvel em um solvente de natureza orgânica e, em seguida, a solução resultante exibia algumas características incomuns, os cientistas ficaram inquietos e não sabiam como explicá-las.

Através dessas observações, eles inferiram que substâncias como essa exibem um comportamento muito diferente das moléculas menores, como podiam ver ao estudar a borracha e suas propriedades.

Eles observaram que a solução estudada apresentava alta viscosidade, uma diminuição significativa no ponto de congelamento e uma pressão osmótica de pequena magnitude; é por isso que se deduz que existem vários solutos de massa molar muito alta, mas os estudiosos se recusaram a acreditar nessa possibilidade.

Esses fenômenos, que também se manifestaram em algumas substâncias como gelatina ou algodão, levaram os cientistas na época a pensar que tais substâncias eram constituídas por agregados de pequenas unidades moleculares, como C 5 H 8 ou C 10 H 16 , ligado por forças intermoleculares.

Embora esse pensamento errôneo tenha permanecido por alguns anos, a definição que persiste até hoje foi a definição do químico alemão e vencedor do Prêmio Nobel de Química, Hermann Staudinger.

Século XXI

A definição atual dessas estruturas como substâncias macromoleculares ligadas por ligações covalentes foi cunhada em 1920 por Staudinger, que insistia em conceber e conduzir experimentos até encontrar evidências dessa teoria nos dez anos seguintes.

O desenvolvimento da chamada “química dos polímeros” começou e, desde então, vem atraindo o interesse de pesquisadores de todo o mundo, contando entre as páginas de sua história cientistas muito importantes, dentre os quais destacam-se Giulio Natta, Karl Ziegler. Charles Goodyear, entre outros, além dos anteriormente nomeados.

Atualmente, as macromoléculas poliméricas são estudadas em diferentes áreas científicas, como ciência dos polímeros ou biofísica, onde são investigadas substâncias resultantes da ligação de monômeros através de ligações covalentes com diferentes métodos e propósitos.

Certamente, de polímeros naturais, como o poliisopreno, aos de origem sintética, como o poliestireno, eles são usados ​​com muita frequência, sem diminuir a importância para outras espécies como os silicones, constituídos por monômeros à base de silício.

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Além disso, muitos desses compostos de origem natural e sintética são compostos de duas ou mais classes diferentes de monômeros; essas espécies poliméricas receberam o nome de copolímeros.

Polimerização

Para se aprofundar no assunto dos polímeros, é preciso começar falando sobre a origem da palavra polímero, que deriva dos termos gregos polys , que significa “muito”; e mero , que se refere às “partes” de algo.

Este termo é usado para designar compostos moleculares que possuem uma estrutura que consiste em muitas unidades de repetição, isso causa a propriedade de uma alta massa molecular relativa e outras características intrínsecas destes.

Portanto, as unidades que compõem os polímeros são baseadas em espécies moleculares que possuem uma massa molecular relativa de pequena magnitude.

Nesta ordem de idéias, o termo polimerização se aplica apenas a polímeros sintéticos, mais especificamente aos processos utilizados para obter esse tipo de macromoléculas.

Portanto, a polimerização pode ser definida como a reação química usada na combinação de monômeros (um de cada vez) para, a partir deles, produzir os polímeros correspondentes.

Assim, a síntese de polímeros é realizada através de dois tipos de reações principais: reações de adição e reações de condensação, que serão descritas em detalhes abaixo.

Polimerização por reações de adição

Esse tipo de polimerização tem a participação de moléculas insaturadas que possuem ligações duplas ou triplas em sua estrutura, principalmente as de carbono-carbono.

Nessas reações, os monômeros sofrem combinações entre si sem a eliminação de qualquer um de seus átomos, onde espécies poliméricas sintetizadas por quebra ou abertura do anel podem ser obtidas sem gerar a eliminação de pequenas moléculas.

Do ponto de vista cinético, essa polimerização pode ser vista como uma reação em três etapas: iniciação, propagação e terminação.

Em primeiro lugar, o início da reacção ocorre onde o aquecimento é aplicado a um iniciador considerado molécula (designada como R 2 ) para gerar duas espécies de radicais, como segue:

R 2 → 2R ∙

Se a produção de polietileno for usada como exemplo, o próximo passo é a propagação, em que o radical reativo formado aborda uma molécula de etileno e uma nova espécie de radical é formada da seguinte maneira:

R ∙ + CH 2 = CH 2 → R – CH 2 –CH 2

Esse novo radical é subsequentemente combinado com outra molécula de etileno, e esse processo continua sucessivamente até a combinação de dois radicais de cadeia longa para finalmente originar o polietileno, na reação conhecida como terminação.

Polimerização por reações de condensação

No caso da polimerização por reações de condensação, geralmente ocorre a combinação de dois monômeros diferentes, além da conseqüente eliminação de uma molécula pequena, que geralmente é a água.

Da mesma forma, polímeros produzidos por essas reações geralmente apresentam heteroátomos, como oxigênio ou nitrogênio, formando parte de sua estrutura principal. Acontece também que a unidade repetitiva que representa a base de sua cadeia não possui todos os átomos que estão no monômero nos quais pode ser degradada.

Por outro lado, existem métodos que foram desenvolvidos mais recentemente, dentre os quais se destaca a polimerização por plasma, cuja característica não combina perfeitamente com nenhum dos tipos de polimerização explicados acima.

Assim, reações de polimerização de origem sintética, tanto de adição quanto de condensação, podem ocorrer na ausência ou na presença de uma espécie de catalisador.

A polimerização por condensação é amplamente utilizada na fabricação de muitos compostos comumente presentes na vida cotidiana, como o dacron (mais conhecido como poliéster) ou o nylon.

Outras formas de polimerização

Além desses métodos de síntese de polímeros artificiais, há também a síntese biológica, definida como a área de estudo responsável pela investigação dos biopolímeros, divididos em três categorias principais: polinucleotídeos, polipeptídeos e polissacarídeos.

Nos organismos vivos, a síntese pode ser realizada naturalmente, através de processos que envolvem a presença de catalisadores como a enzima polimerase na produção de polímeros como o ácido desoxirribonucleico (DNA).

Noutros casos, a maioria das enzimas utilizadas na polimerização bioquímica são proteínas, polímeros formados à base de aminoácidos e indispensáveis ​​na grande maioria dos processos biológicos.

Além das substâncias biopoliméricas obtidas por esses métodos, existem outras de grande relevância em nível comercial, como a borracha vulcanizada, produzida através do aquecimento da borracha natural na presença de enxofre.

Assim, entre as técnicas utilizadas para a síntese de polímeros através da modificação química de polímeros que ocorrem naturalmente estão a capagem, reticulação e oxidação.

Tipos de polímeros

Os tipos de polímeros podem ser classificados de acordo com diferentes características; por exemplo, eles são classificados em termoplásticos, termofixos ou elastômeros de acordo com sua resposta física ao aquecimento.

Além disso, dependendo do tipo de monômeros a partir dos quais eles são formados, eles podem ser homopolímeros ou copolímeros.

Do mesmo modo, de acordo com o tipo de polimerização pela qual são produzidos, podem ser polímeros de adição ou condensação.

Da mesma forma, polímeros naturais ou sintéticos podem ser obtidos dependendo de sua origem; ou orgânico ou inorgânico, dependendo de sua composição química.

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Propriedades

– Sua característica mais notável é a identidade repetitiva de seus monômeros como base de sua estrutura.

– Suas propriedades elétricas variam de acordo com sua finalidade.

– Possuem propriedades mecânicas como elasticidade ou resistência à tração, que definem seu comportamento macroscópico.

– Alguns polímeros exibem importantes propriedades ópticas.

– A microestrutura que eles afetam diretamente suas outras propriedades.

– As características químicas dos polímeros são determinadas pelas interações do tipo atraente entre as cadeias que os formam.

– Suas propriedades de transporte são relativas à velocidade do movimento intermolecular.

– O comportamento de seus estados de agregação está relacionado à sua morfologia.

Exemplos de polímeros

Entre o grande número de polímeros existentes, estão os seguintes:

Poliestireno

Utilizado em recipientes de diferentes tipos, bem como em recipientes utilizados como isolantes térmicos (para resfriar água ou armazenar gelo) e até mesmo em brinquedos.

Politetrafluoretileno

Mais conhecido como Teflon, é usado como isolante elétrico, também na fabricação de rolos e no revestimento de panelas.

Cloreto de polivinil

Utilizado na produção de canais de parede, ladrilhos, brinquedos e tubos, esse polímero é conhecido comercialmente como PVC.

Referências

  1. Wikipedia (sf). Polímero Recuperado de en.wikipedia.or
  2. Chang, R. (2007). Química, nona edição. México: McGraw-Hill.
  3. LibreTexts. (sf). Introdução aos polímeros. Obtido em chem.libretexts.org
  4. Cowie, JMG e Arrighi, V. (2007). Polímeros: Química e Física de Materiais Modernos, Terceira Edição. Recuperado de books.google.co.ve
  5. Britannica, E. (sf). Polímero Obtido em britannica.com
  6. Morawetz, H. (2002). Polímeros: As Origens e o Crescimento de uma Ciência. Recuperado de books.google.co.ve

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