Polímeros História, Polimerização, Tipos, Propriedades e Exemplos

O polímeros são os compostos moleculares que são caracterizados por terem uma alta massa molar (variando de milhares a milhões) e que são constituídos por um grande número de unidades, chamadas monômeros, que são repetidas.

Por ter a característica de serem moléculas de grandes dimensões, estas espécies são chamados de macromoléculas, o que lhes confere qualidades únicas e muito diferentes das observadas na menor, único atribuíveis a estas substâncias, tais como a propensão para ter a conformar estruturas de vidro.

Da mesma forma, como pertencente a um grupo muito grande de moléculas, que veio a necessidade de proporcionar uma classificação, portanto, são divididos em dois tipos: os polímeros naturais tais como proteínas e ácidos nucleicos; e os de fabricação sintética, como nylon ou lucite (mais conhecido como Plexiglas).

Estudiosos iniciaram as investigações da ciência que existe por trás dos polímeros na década de 1920, quando observaram com curiosidade e perplexidade como certas substâncias, como madeira ou borracha, se comportam. Então, os cientistas da época se dedicaram a analisar esses compostos tão presentes na vida cotidiana.

Em um certo nível de compreensão sobre a natureza destas espécies podia entender sua estrutura e promover a criação de macromoléculas que poderiam facilitar o desenvolvimento e melhoria dos materiais existentes, e a produção de novos materiais.

Da mesma forma, sabe-se que numerosos polímeros significativos contêm em sua estrutura átomos de nitrogênio ou oxigênio, ligados aos 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 monómero for formado por um éster, é produzido um poliéster.

Índice

• 1 História dos polímeros
  • 1.1 século XIX
  • 1.2 Século XX
  • 1.3 Século XXI
• 2 polimerização
  • 2.1 Polimerização por reações de adição
  • 2.2 Polimerização por reações de condensação
  • 2.3 Outras formas de polimerização
• 3 tipos de polímeros
• 4 Propriedades
• 5 Exemplos de polímeros
  • 5,1 poliestireno
  • 5,2 politetrafluoroetileno
  • 5.3 Policloreto de vinila
• 6 referências

História dos Polímeros

A história dos polímeros deve ser abordada começando com as referências aos primeiros polímeros conhecidos.

Desta forma, certos materiais de origem natural que têm sido amplamente utilizados desde a antiguidade (como celulose ou couro) são compostos principalmente de polímeros.

Século XIX

Ao contrário do que se poderia pensar, a composição dos polímeros era um mistério para desvendar até um par de séculos, quando começou a determinar como eles foram formados estas substâncias, e até procurou estabelecer algum método para conseguir fabricá-los artificialmente atrás.

A primeira vez que o termo "polímero" utilizado foi em 1833, graças ao químico sueco Jöns Jacob Berzelius, que utilizado para se referir a substâncias de natureza orgânica que possuem a mesma fórmula empírica, mas com diferentes massas molares.

Esse cientista também foi encarregado de cunhar outros termos, como "isômero" ou "catálise"; embora seja digno de nota que naquela época o conceito dessas expressões era completamente diferente do que elas significam atualmente.

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

O objetivo dessas investigações foi obter a otimização das propriedades já conhecidas desses polímeros e a obtenção de novas substâncias que pudessem atender a propósitos específicos em diferentes áreas das ciências.

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 perturbados e não sabiam como explicá-los.

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

Observaram que a solução estudada tinha alta viscosidade, diminuição significativa no ponto de congelamento e pressão osmótica de pequena magnitude; a partir disso, pode-se deduzir que havia vários solutos de massa molar muito alta, mas os estudiosos se recusaram a acreditar nessa possibilidade.

Estes fenómenos, também manifestados em algumas substâncias, tais como gelatina ou algodão, feitos os cientistas pensam que o tempo que estas substâncias foram composta de agregados de pequenas unidades moleculares como C₅H₈ ou C₁₀H₁₆, ligado por forças intermoleculares.

Embora esse pensamento errôneo tenha permanecido por alguns anos, a definição que persiste até os dias atuais foi a concedida pelo químico alemão e ganhador do Prêmio Nobel de Química, Hermann Staudinger.

Século XXI

A atual definição dessas estruturas como substâncias macromoleculares ligadas por ligações covalentes foi cunhada em 1920 por Staudinger, que insistiu em planejar e realizar experimentos até encontrar evidências dessa teoria durante os dez anos seguintes.

O desenvolvimento da chamada "química polimérica" ​​começou e desde então só despertou o interesse de pesquisadores de todo o mundo, contando entre as páginas de sua história cientistas muito importantes, entre os quais se destacam Giulio Natta, Karl Ziegler, Charles Goodyear, entre outros, além daqueles previamente nomeados.

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

Certamente, de polímeros naturais como o poliisopreno aos de origem sintética, como o poliestireno, eles são usados ​​com muita frequência, sem prejudicar outras espécies, como os silicones, compostos de monômeros à base de silício.

Além disso, muitos destes compostos de origem natural e sintética são constituídos por duas ou mais classes diferentes de monómeros, tendo estas espécies poliméricas o nome de copolímeros.

Polimerização

A fim de aprofundar o assunto dos polímeros, devemos começar falando sobre a origem da palavra polímero, que vem dos termos gregos polys, o que significa "muito"; e mera, que se refere às "partes" de alguma coisa.

Este termo é usado para designar os compostos moleculares que possuem uma estrutura consistindo de muitas unidades repetitivas, isto causa a propriedade de uma massa molecular relativa alta e outras características intrínsecas destes.

Assim, as unidades que compõem os polímeros baseiam-se em espécies moleculares que possuem uma massa molecular relativa relativamente pequena.

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

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

Desta forma, 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

Este tipo de polimerização tem a participação de moléculas insaturadas que possuem ligações duplas ou triplas, especialmente carbono-carbono.

Nestas reacções, os monómeros sofrem combinações uns com os outros sem a eliminação de qualquer um dos seus átomos, onde as 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 de três etapas: iniciação, propagação e terminação.

Primeiro, ocorre o início da reação, na qual o aquecimento é aplicado a uma molécula considerada como um iniciador (denotado como R₂) para gerar duas espécies radicais da seguinte maneira:

R₂ → 2R ∙

Se a produção de polietileno é usada como exemplo, então o próximo passo é a propagação, onde o radical reativo formado se aproxima de uma molécula de etileno e uma nova espécie radical é formada da seguinte maneira:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

Este novo radical é posteriormente 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, a combinação de dois monômeros diferentes geralmente ocorre, além da conseqüente eliminação de uma molécula pequena, que geralmente é água.

Da mesma forma, os polímeros produzidos por essas reações geralmente têm 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 a totalidade dos átomos que estão no monômero ao qual ela poderia ser degradada.

Além disso, existem métodos que têm sido desenvolvidos mais recentemente, incluindo a polimerização de plasma, que apresentam não coincidem perfeitamente com qualquer dos tipos de polimerização acima discutido é realçado.

Deste modo, as reacções de polimerização de origem sintética, tanto a adição como a 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 diária, como o dacron (mais conhecido como poliéster) ou o nylon.

Outras formas de polimerização

Para além destes métodos de síntese de polímeros artificiais, há também a síntese biológica, que é definido como a área de estudo que lida com a investigação de biopolímeros, que são divididos em três categorias principais: polinucleótidos, polipéptidos e polissacáridos.

Em organismos vivos pode levar a cabo a síntese de, naturalmente, através de processos que envolvem a presença de catalisadores, tais como a enzima polimerase, na produção de polímeros, tais como ácido desoxirribonucleico (DNA).

Em outros casos, a maior parte das enzimas que são usadas na polimerização do tipo bioquímico são proteínas, que são formados com base em polímeros de aminoácidos e são essenciais para a maioria dos processos biológicos.

Além das substâncias biopoliméricas obtidas por estes métodos, existem outros comercialmente altamente relevante, tal como borracha vulcanizada é produzido por aquecimento a borracha na presença do enxofre que ocorre naturalmente.

Assim, entre as técnicas utilizadas para a síntese de polímeros através da modificação química de polímeros que ocorrem naturalmente são a leilão, 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 monómeros a partir dos quais são formados, 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 da sua origem; ou orgânico ou inorgânico, dependendo da sua composição química.

Propriedades

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

- Suas propriedades elétricas variam de acordo com o seu propósito.

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

- Alguns polímeros exibem importantes propriedades ópticas.

- A microestrutura afeta diretamente suas outras propriedades.

- As características químicas dos polímeros são determinadas pelas interações do tipo atrativo entre as cadeias que as formam.

- Suas propriedades de transporte estão relacionadas 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 que existem são os seguintes:

Poliestireno

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

Politetrafluoroetileno

Mais conhecido como Teflon, é utilizado como isolante elétrico, também na fabricação de rolos e para revestimento de utensílios de cozinha.

Cloreto de polivinila

Utilizado na produção de canais para paredes, telhas, brinquedos e tubos, este polímero é comercialmente conhecido como PVC.

Referências

1. Wikipédia. (s.f.) Polímero Obtido em en.wikipedia.or
2. Chang, R. (2007). Química, nona edição. México: McGraw-Hill.
3. LibreTexts. (s.f.) Introdução aos Polímeros. Retirado de chem.libretexts.org
4. Cowie, J. M. G. e Arrighi, V. (2007). Polímeros: Química e Física de Materiais Modernos, Terceira Edição. Recuperado de books.google.co.ve
5. Britannica, E. (s.f.). Polímero Obtido de britannica.com
6. Morawetz, H. (2002). Polímeros: as origens e o crescimento de uma ciência. Recuperado de books.google.co.ve