Polímeros

Polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de unidades menores, chamadas monômeros, e podem ser classificados como naturais, como a celulose e a borracha, ou sintéticos, como o polietileno e o náilon. Sua formação ocorre por meio de reações de polimerização, em que os monômeros se ligam para formar longas cadeias, influenciando as propriedades dos materiais, como resistência e flexibilidade. Os polímeros desempenham um papel essencial em diversos setores, desde embalagens e vestuário até aplicações na medicina e na eletrônica.

Apesar de suas vantagens, os polímeros sintéticos, especialmente os plásticos, geram grandes desafios ambientais, como a poluição marinha. Os microplásticos resultantes do descarte inadequado afetam a vida selvagem e a saúde humana, acumulando-se nos ecossistemas. Em resposta a esses problemas, surgem os polímeros biodegradáveis, como o ácido polilático (PLA), que oferecem uma alternativa sustentável ao reduzirem o tempo de decomposição no ambiente.

Leia também: Quais são as vantagens e as desvantagens dos plásticos biodegradáveis?

Resumo sobre polímeros

• Os polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de unidades menores, chamadas monômeros.
• Podem ser divididos em naturais ou sintéticos.
• São classificados quanto ao método de preparação, à estrutura química e ao comportamento mecânico.
• São usados em embalagens, tecidos, medicina, eletrônica e na construção.
• São obtidos por meio de reações de polimerização.
• A elasticidade, a resistência e o ponto de fusão dos polímeros dependem do tipo de cadeia estrutural.
• Os polímeros podem apresentar cadeia normal, ramificada e cruzada ou reticulada
• São importantes em diversos setores, desde a indústria automotiva até a criação de dispositivos médicos.
• Todos os plásticos são polímeros, porém nem todos os polímeros são plásticos.
• Polímeros biodegradáveis são materiais que podem ser decompostos por microrganismos em condições naturais.

Videoaula sobre polímeros

O que são polímeros?

Os polímeros são macromoléculas formadas pela repetição de unidades menores chamadas monômeros (do grego mono, “único”, e mero, “parte”). O nome “polímero” vem do grego poli, que significa “muitos”, e mero, que significa “parte”. Essas moléculas podem ser compostas de centenas ou milhares de monômeros ligados entre si, o que confere aos polímeros uma ampla variedade de propriedades.

Os polímeros são fundamentais para a criação de materiais versáteis, duráveis e adaptáveis, sendo utilizados em uma infinidade de produtos, desde plásticos e fibras até adesivos e medicamentos.

Tipos de polímeros

Os polímeros podem ser divididos em dois grandes grupos:

• polímeros de origem natural e
• polímeros de origem sintética.

Os polímeros naturais são encontrados na natureza e incluem substâncias como a amilose, um dos componentes do amido (encontrado em plantas), a celulose (principal componente das paredes celulares vegetais) e a borracha natural (extraída de árvores como a seringueira).

Os polímeros sintéticos são fabricados pelo ser humano por meio de processos químicos, como o PVC (usado em tubulações) e o poliestireno (usado em embalagens).

Classificação dos polímeros

Os polímeros podem ser classificados quanto ao método de preparação, quanto à estrutura química e quanto ao comportamento mecânico:

→ Polímeros de adição

Os polímeros de adição são formados por reações de polimerização em que moléculas monoméricas se ligam sem a perda de átomos. Os monômeros devem ter, pelo menos, uma dupla ligação (insaturação) para que a reação de adição ocorra. Um exemplo de polímero de adição é o polietileno, formado do etileno.

A reação ocorre em cadeia, com a abertura da dupla ligação e a formação de novas ligações simples. O polietileno é utilizado na produção de sacolas plásticas.

→ Polímeros de condensação ou eliminação

Os polímeros de condensação são formados por reações em que dois monômeros de grupos funcionais diferentes se combinam por meio desses grupos. A reação ocorre com eliminação de compostos de baixa massa molecular (H₂O, NH₂, HCl), gerando uma diminuição da massa. Um exemplo é o náilon, uma poliamida. A formação do náilon ocorre pela reação entre um diácido carboxílico e uma diamina, com liberação de água, como mostra a reação a seguir.

→ Polímero de cadeia homogênea

Os polímeros de cadeia homogênea são compostos apenas por um único tipo de monômero repetido ao longo da cadeia. Exemplos incluem o polipropileno e o polibutadieno, utilizados na produção de diferentes embalagens de cosméticos, remédios, produção de brinquedos, entre outras formas. Outros polímeros classificados como homogêneos são o polietileno e o policloreto de vinila (PVC), largamente utilizados em materiais plásticos de uso cotidiano.

→ Polímero de cadeia heterogênea

Os polímeros de cadeia heterogênea têm monômeros que apresentam átomos diferentes de carbono (heteroátomo) entre carbonos. Um exemplo é o policarbonato, utilizado em materiais como vidros de segurança e lentes de óculos devido à sua resistência e transparência.

Outro exemplo de polímero heterogêneo é o polietileno tereftalato (PET), muito utilizado na produção de garrafas descartáveis e na indústria têxtil.

→ Plásticos

Os plásticos são um tipo de polímero amplamente utilizado em diversas indústrias. A baquelite, por exemplo, é utilizada em utensílios domésticos e elétricos; já o epóxi é utilizado como resinas em adesivos e revestimentos. O PVC (policloreto de vinila), PE (polietileno), PP (polipropileno) são outros exemplos de plástico.

→ Fibras

Fibras poliméricas são cadeias longas e finas que apresentam grande resistência mecânica. Um exemplo é a poliacrilonitrila (PAN), a chamada fibra de carbono, usada na produção de roupas de inverno e carpetes.

Outros exemplos são o náilon (poliamida), presente em vestuários e equipamentos esportivos, e o poliéster, também conhecido como PET, uma das fibras mais comuns no setor têxtil.

→ Elastômeros

Os elastômeros são polímeros com alta elasticidade, como o acetato de polivinila (PVA), conhecido como chiclete; o copolímero de estireno e butadieno (SBR), conhecido como borracha sintética; e o policloreto de vinila (PVC), comumente utilizado na produção de fitas isolantes.

Os elastômeros podem ser esticados e retornar à sua forma original, o que os torna ideais para aplicações que requerem flexibilidade e resistência a deformações.

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Para que servem os polímeros?

Os polímeros estão presentes em quase todos os aspectos de nossa vida cotidiana. No setor industrial, eles são essenciais para a fabricação de embalagens, componentes automotivos, fios e cabos, e equipamentos médicos.

No dia a dia, usamos polímeros em itens como sacolas plásticas, embalagens alimentícias, roupas, calçados e móveis. Polímeros como o polietileno e o polipropileno são amplamente usados em plásticos de uso único, enquanto polímeros como o poliuretano são aplicados em espumas, colchões e isolamentos térmicos.

Formação dos polímeros

A reação de polimerização é o processo que une monômeros para formar polímeros. Existem dois tipos principais de polimerização: adição e condensação.

→ Polimerização por adição

Ocorre sem a perda de átomos durante a reação. A reação só é possível se o monômero tiver, pelo menos, uma ligação dupla. Um exemplo clássico é o polietileno, formado do etileno (C₂H₂) por meio da seguinte reação.

A reação é iniciada por um radical livre, em que o elétron não emparelhado ataca o carbono de dupla de outro monômero, forçando a quebra da ligação em um processo sucessivo. Nesse processo, os monômeros de etileno se repetem, formando uma cadeia longa e contínua.

→ Polimerização por condensação

Ocorre a eliminação de pequenas moléculas durante a reação. Os monômeros devem ter, pelo menos, dois grupos funcionais reativos para que a reação ocorra. A reação ocorre de forma gradual, com o crescimento da cadeia polimérica. Um exemplo de polimerização por condensação é a formação da baquelite, um dos primeiros polímeros sintéticos, obtida via condensação entre o fenol e o formaldeído, como mostra a reação a seguir.

Inicialmente, o íon fenolato, um nucleófilo, ataca o carbono carbonílico do formaldeído, um eletrófilo, resultando na formação de um intermediário instável, um álcool benzílico. O álcool benzílico formado sofre desidratação, liberando uma molécula de água e formando uma ligação carbono-carbono entre o fenol e o formaldeído. Essa ligação cria um sítio reativo, permitindo que mais moléculas de formaldeído se adicionem.

As cadeias poliméricas em crescimento podem se ligar entre si por meio de ligações cruzadas, formando uma estrutura tridimensional altamente reticulada. Essa reticulação confere à baquelite sua rigidez e resistência ao calor.

Estrutura e propriedades dos polímeros

Os polímeros podem ter diferentes tipos de cadeias estruturais:

• Cadeia normal: cadeia linear de monômeros.
• Cadeia ramificada: cadeia com ramificações laterais.
• Cadeia cruzada ou reticulada: estrutura tridimensional com ligações cruzadas entre as cadeias.

Essas estruturas influenciam diretamente as propriedades dos polímeros, como sua elasticidade, resistência e ponto de fusão. Por exemplo, polímeros de cadeia ramificada tendem a ser mais flexíveis, enquanto polímeros reticulados são mais rígidos e resistentes a deformações.

Qual a importância dos polímeros?

Polímeros são cruciais em diversos setores industriais e científicos, facilitando avanços tecnológicos, desde a produção de materiais leves e resistentes para a indústria automotiva até a criação de dispositivos médicos biocompatíveis.

Eles também desempenham um papel essencial em soluções sustentáveis, como a criação de polímeros biodegradáveis, que ajudam a minimizar os impactos ambientais.

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Qual a diferença entre polímeros e plásticos?

Embora todos os plásticos sejam polímeros, nem todos os polímeros são plásticos. Plásticos são uma subcategoria de polímeros que podem ser moldados e deformados. Os plásticos são amplamente utilizados, mas seu acúmulo nos oceanos causa poluição marinha, impactando a vida selvagem.

Outro problema atrelado aos plásticos é a formação dos microplásticos via degradação de plásticos maiores. Os microplásticos são partículas de plástico, com menos de cinco milímetros de comprimento, que representam uma grande ameaça para o meio ambiente e para a saúde humana. Essas partículas podem ser encontradas em diversos ambientes, desde os oceanos até o ar que respiramos.

O que são polímeros biodegradáveis?

Polímeros biodegradáveis são materiais que podem ser decompostos por microrganismos em condições naturais. Eles são uma alternativa promissora para mitigar os problemas causados pela poluição plástica. Exemplos incluem o PLA (ácido polilático) e o PHA (polihidroxialcanoato), que já são usados em embalagens e produtos descartáveis.

Exercícios resolvidos sobre polímeros

1. (PUCCAMP) A baquelite ainda é bastante utilizada em utensílios domésticos e materiais elétricos. É polímero de condensação, formado pela reação de fenol com formaldeído, ocorrendo “eliminação” de uma substância composta.

O produto de eliminação indicado na equação anterior é

A) o etanol.

B) o gás carbônico.

C) a água.

D) o próprio fenol.

E) o próprio formaldeído.

Resposta: C

Resolução:

A formação da baquelite envolve a eliminação de uma molécula de água a cada ligação estabelecida entre as unidades monoméricas de fenol e formaldeído. Essa eliminação de água é característica das reações de condensação, mecanismo pelo qual a baquelite é formada.

2. (UFMG) O dexon é um polímero muito utilizado na indústria têxtil. Observando o fragmento de dexon a seguir, assinale a alternativa em que se encontra, respectivamente, o tipo de tecido e a classificação do polímero.

A) Náilon e elastômero.

B) Poliéster e fibra.

C) PVC e termofixo.

D) Linho e poliéster.

E) Poliéster e náilon.

Resposta: B

Resolução:

A repetição da unidade monomérica -(-COO-) indica a presença da função éster, característica marcante dos poliésteres.

O dexon é um poliéster utilizado como fibra em aplicações médicas, como suturas cirúrgicas.

Fontes

CHANG, R. Química Geral: Conceitos Essenciais. - 4. ed. - São Paulo: McGraw-Hill, 2007.

KUMAR, S.; JAIN, S. History, Introduction, and Kinetics of Ion Exchange Materials. Journal of Chemistry, v. 2013, ID 957647, 13 p., 2013. Disponível em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2013/957647

ROBERT G. JOHNSON; T.W.G. SOLOMONS; CRAIG B. FRYHLE. Química Orgânica, volume 1 e 2. LTC, 2013.