Como é um material elástico sintetizado?

A capacidade de sintetizar um material elástico é o que realmente torna os polímeros interessantes, e pode ser elaborado de acordo com a maneira pela qual os tipos de moléculas de que eles são compostos atuam.

Materiais elásticos são aqueles materiais com a capacidade de recuperar sua forma física após serem deformados. Esses tipos de materiais também são conhecidos como polímeros.

Portanto, para saber sintetizar um material elástico, é preciso conhecer as capacidades dos polímeros e suas características. Criar um material que pode ser esticado, portanto, significa executar um processo de polimerização.

Polímeros: características e sua capacidade de sintetizar

Estritamente falando, um polímero ou material elástico é um composto químico no qual as moléculas se unem umas às outras em longas cadeias de moléculas repetitivas. Estes polímeros têm propriedades únicas e podem ser adaptados dependendo do seu propósito.

O termo polímero é comumente usado hoje na indústria de plásticos e é freqüentemente usado para implicar o significado de "plástico" ou "resina". Na verdade, o termo polímero significa muito mais.

Os polímeros são compostos de muitas moléculas ligadas para formar correntes muito longas (e às vezes estruturas mais complicadas também).

As propriedades de qualquer coisa feita de polímeros refletem realmente o que está acontecendo no nível molecular.

Portanto, coisas que são feitas de polímeros são vistas, sentidas e agem em termos de como seus átomos e moléculas estão conectados, bem como os que são usados ​​em sua síntese (Polymer Science Learning Center, S.F.).

As gomas são um tipo de polímero conhecido como elastômeros cujas propriedades são elasticidade e deformabilidade.

Polímeros elásticos, como borracha natural e sintética, possuem propriedades interessantes.

A borracha natural pode esticar pelo menos o dobro do seu comprimento original e retornará rapidamente ao comprimento original quando for liberada.

As propriedades elásticas dos polímeros podem ser explicadas em termos do tamanho e flexibilidade das moléculas do polímero.

As cadeias poliméricas são muito longas e, como pedaços de fio ou linha, ficam facilmente emaranhadas. Quando uma força é aplicada, as moléculas de borracha "se estendem" ao seu comprimento total.

A borracha é esticada, mas não quebra, porque a ligação cruzada entre as cadeias poliméricas mantém as moléculas juntas. Quando a força é removida, as moléculas de borracha retornam ao seu menor "emaranhado emaranhado" de energia mais baixa.

Polimerização

Como mencionado acima, um polímero é uma molécula longa, o produto da repetição de uma molécula chamada monômero.

A polimerização é o método para criar um polímero sintético combinando muitas moléculas de monômero de cadeia pequena unidas por ligações covalentes (Reusch, 2015).

As reações de polimerização podem ser classificadas em dois ou três tipos básicos. Wallace Hume Carothers, uma figura grande e trágica na história da ciência dos polímeros, sugeriu que a maioria dos polímeros poderia ser classificada em duas grandes categorias: condensação ou adição.

Por razões que se tornarão aparentes, os termos crescimento gradual e polimerização em cadeia proporcionam uma descrição mais precisa e completa (Polymer Synthesis, S.F.).

A principal diferença entre os dois tipos de polimerização é que, na polimerização de crescimento da cadeia, as moléculas monoméricas são adicionadas à cadeia, uma a uma.

No caso da polimerização por crescimento em etapas, as moléculas monoméricas podem ser diretamente ligadas entre si (Kelley, S.F.).

Se observássemos de perto uma cadeia polimérica, veríamos que a estrutura visual e as propriedades físicas da cadeia molecular imitariam as propriedades físicas reais do polímero.

Por exemplo, se a cadeia polimérica é composta por ligações fortemente retorcidas entre os monómeros e estas são difíceis de quebrar, é provável que este polímero seja forte e resistente.

Ou, se uma cadeia polimérica no nível molecular exibe características elásticas, é provável que esse polímero tenha propriedades flexíveis também (Johnson, 2017).

Síntese de gomas ou materiais elásticos sintéticos / polímeros sintéticos

1- Preparação de borracha em pequena escala

A borracha sintética é um elastômero com a capacidade de se deformar e serve como um substituto para a borracha natural.

A borracha de tiokol é nomeada em homenagem à empresa homônima que inventou o procedimento, que é uma polimerização em cadeia bastante simples.

Esta preparação de borracha Thiokol é um processo de duas etapas. O primeiro passo é a preparação do polissulfeto de sódio pela reação do enxofre, S₈, com uma base forte, hidróxido de sódio, NaOH.

S₈ + 2 NaOH → Na₂S₈

Sob condições ambientais, o enxofre é normalmente na forma de anéis e cadeias S₈. A reação com sódio produz uma mistura de Na₂S₈ na maior parte com outros comprimentos de cadeia de enxofre presentes. Essa mistura é chamada de polissulfeto de sódio (Katz, 2010).

A segunda etapa desta preparação é a reação do polissulfeto de sódio com o dicloreto de etileno.

Cl-CH₂-CH₂-Cl + Na₂S_x → [-CH₂-CH₂-S₈-]_n + 2_n NaCl

2- Bolas de borracha de látex

O látex é um polímero natural encontrado em certas árvores que originalmente cresceram no Brasil. O propósito do látex na natureza é proteger a árvore contra danos. Se a casca estiver danificada, o látex irá exsudar e agir como uma "bandagem" para a árvore.

Os nativos americanos descobriram as propriedades úteis da borracha de látex há mais de 3.000 anos e fabricaram produtos simples a partir de material de borracha (Flinn Scientific, Inc, 2016).

Uma polimerização de condensação pode ser realizada com muita facilidade para produzir uma bola de látex, apenas os seguintes materiais são necessários:

Látex líquido, 15 ml. (disponível em lojas de artesanato ou lojas de materiais de arte)

Copo de papel.

Vinagre, 15 ml.

Toalhas de papel.

Água da torneira, 15 ml.

Vara de madeira ou de plástico.

Copo, 1-L ou balde, 1/2 cheio de água da torneira

Corante alimentar (opcional).

O procedimento é bem simples:

1. Use um cilindro graduado de 50 mL para medir 15 mL de látex. Despeje em um copo de papel. Enfie o dedo no látex para sentir sua textura. Lave suas mãos imediatamente.
2. Use um cilindro graduado limpo de 50 mL para medir 15 mL de água (a água da torneira está boa). Despeje no copo de papel que contém o látex. Mexa a mistura com um palito de madeira. Adicione um par de gotas de corante alimentar, se desejar.
3. Use um cilindro graduado limpo de 50 mL para medir 15 mL de vinagre. Adicione ao copo de papel contendo a mistura de água / látex enquanto mexendo.
4. Retire o bastão do copo de papel com o pacote de polímero anexado e coloque-o no copo grande ½ cheio de água.
5. Sob a água, puxe suavemente o bojo de borracha do bastão. Mantendo a borracha sob a água, esprema o pacote em uma bola e, em seguida, aperte mais várias vezes para remover os produtos químicos não utilizados.
6. Retire a bola da água e esprema-a em toalhas de papel. Coloque-o no chão e observe as suas propriedades (faça uma bola de borracha a partir de latex líquido, S.F.).

Referências

1. Centro de Aprendizagem em Ciência de Polímeros. (S.F.). O que é um polímero? Obtido em pslc.ws.
2. Flinn Scientific, Inc. (2016). Bolas De Borracha De Látex Diversão Com Polímeros. Recuperado de flinnsci.com.
3. Johnson, T. (2017, 26 de março). O que é um polímero. Retirado de thoughtco.com.
4. Katz, D. A. (2010). Preparação de Borracha Sintética. Retirado de chymist.com.
5. Kelley, F. N. (S.F.). Como são feitos os polímeros? Recuperado de scientificamerican.com.
6. Faça uma bola de borracha de látex líquido. (S.F.). Obtido em admin.mtu.edu.
7. Síntese de Polímeros. (S.F.). Retirado de people.clarkson.edu.
8. Reusch, W. (2015, 16 de janeiro). Síntese de Polímeros Adicionais. Retirado dechem.libretexts.org.