Polímeros

Polímeros são macromoléculas que são formadas a partir de moléculas menores repetidas, conhecidas como monômeros. Os polímeros podem ser tanto sintéticos (produzidos em laboratório) ou naturais (produzidos por células). Os polímeros são formados por reações de polimerização, as quais podem ser de adição ou condensação.

Os polímeros são divididos em homopolímeros ou copolímeros, os quais podem apresentar estruturas variadas e que impactarão nas suas propriedades físicas e químicas. Os polímeros sintéticos são, talvez, o grupo de compostos mais úteis para a sociedade nos tempos atuais, enquanto os polímeros naturais são essenciais para a vida e sua manutenção.

Leia também: O que são os compostos orgânicos?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre polímeros
• 2 - Videoaula sobre polímeros
• 3 - O que são polímeros?
• 4 - Classificação de polímeros
• 5 - Formação dos polímeros
  • → Polimerização por adição
  • → Polimerização por condensação
• 6 - Tipos de polímeros
• 7 - Estrutura dos polímeros
• 8 - Propriedades dos polímeros
• 9 - Para que servem os polímeros?
• 10 - O que são polímeros biodegradáveis?
• 11 - Exercícios resolvidos sobre polímeros

Resumo sobre polímeros

• Polímeros são macromoléculas formadas a partir de moléculas menores que se repetem.

• Podem ser naturais ou sintéticos.

• São formados por meio de reações de polimerização, as quais podem ser de adição ou condensação.

• Podem ser divididos em homopolímeros e copolímeros.

• Os polímeros sintéticos são muito utilizados no mundo todo, enquanto os polímeros naturais são essenciais para a vida.

• Os polímeros biodegradáveis são alternativas ambientalmente melhores para os polímeros sintéticos persistentes.

Videoaula sobre polímeros

O que são polímeros?

Polímeros são macromoléculas formadas a partir da ligação de moléculas menores repetidas conhecidas como monômeros. O processo de formação de um polímero a partir dos monômenos é conhecido como polimerização.

Classificação de polímeros

Os polímeros podem ser divididos de duas formas.

• Biopolímeros (ou polímeros naturais): são aqueles sintetizados pelas células, como, por exemplo, as proteínas, o DNA, o RNA e os polissacarídeos.

• Polímeros sintéticos: são aqueles produzidos em laboratório, via ação antropogênica. Destacam-se os diversos tipos de plásticos, fibras sintéticas e elastômeros. Exemplos de polímeros sintéticos são o polietileno, o polipropileno, o PET (politereftalato de etileno), o PVC (policloreto de vinila), o náilon, a poliacrilonitrila, o teflon e o neopreno.

Formação dos polímeros

A reação de formação dos polímeros é conhecida como polimerização. Existem, entretanto, duas formas de polimerização: a de adição e a de condensação.

→ Polimerização por adição

Nessa técnica os polímeros são formados pela adição em cadeia dos monômeros. Tal reação é dividida em três etapas: iniciação, propagação e terminação. A iniciação pode ser desencadeada por um radical ou por um íon (cátion ou ânion).

Nas reações de adição os monômeros possuem uma ligação dupla, como o eteno (H₂C=CH₂) ou derivados (H₂C=CHR). Polímeros formados a partir do etileno ou derivados são chamados de polímeros vinílicos.

A função dos iniciadores é criar um sítio reativo no monômero, sendo um elétron desemparelhado, ou torná-lo positivamente ou negativamente carregado, de modo que tal monômero possa se ligar com outro e assim propagar a reação e fazer a cadeia aumentar até o estágio de terminação.

→ Polimerização por condensação

Nessa modalidade de polimerização há uma reação intermolecular entre os grupos funcionais das moléculas. Após a reação, na maioria das vezes, há a eliminação de uma pequena molécula, como água, álcool ou ácido clorídrico.

Tipos de polímeros

Os polímeros podem ser divididos de diversas formas. Algumas formas derivam da ordenação dos monômeros, outras a partir da sua estrutura molecular. A principal forma de dividir polímeros em tipos diferentes é por meio da nomenclatura homopolímeros (formados por um único tipo de monômero) e copolímeros (formados por dois ou mais tipos de monômeros).

Os copolímeros podem ser divididos ainda em alternantes (quando há alternação sistêmica dos monômeros na estrutura), aleatórios (quando não há um padrão de repetição entre os monômeros formadores do copolímero), em bloco (quando os monômeros estão dispostos em blocos que se repetem) e enxertados (quando um monômero do copolímero atua como ramificação de outro monômero do copolímero).

Estrutura dos polímeros

Quanto à estrutura molecular, os tipos de polímeros conhecidos são lineares, ramificados, com ligações cruzadas (onde cadeias lineares adjacentes são ligadas umas às outras por meio de ligações covalentes) e reticulados (cadeias poliméricas que se ligam entre si e formam uma rede tridimensional).

Os polímeros também podem ser diferenciados quanto à sua função orgânica. Essa designação é mais utilizada para copolímeros, sendo então:

• Polimamidas: possuem na sua estrutura a função amida, como é o caso do náilon.

• Poliésteres: possuem na estrutura a função éster, como é o caso do PET.

• Policarbonatos: possuem dois grupos OR ligados a uma carbonila (C=O). É o caso do polímero Lexan.

• Poliuretanos: possuem a presença do grupo uretano, que consiste em uma carbolina ligada, ao mesmo tempo, a um grupo OR e a um grupo NHR.

Propriedades dos polímeros

As propriedades físicas dos polímeros são resultado da sua formação. As cadeias poliméricas, sendo extensos hidrocarbonetos, exercem principalmente interações do tipo dispersão de London (dipolo induzido-dipolo induzido); contudo, essas interações só operam significativamente em pequenas distâncias, significando que só serão intensas se as cadeias conseguirem se alinhar e empacotar de forma devida.

A região onde os polímeros estão altamente compactados, com as cadeias altamente organizadas e ordenadas, é chamada de cristalito. Quando mais cristalino (organizado) for o polímero, mais denso, duro e resistente ao calor é o polímero. Contudo, caso o polímero possua substituintes e ramificações que dificultem esse empacotamento, a densidade será diminuída. As regiões não cristalinas do polímero são chamadas de amorfas.

A tabela a seguir apresenta propriedades do polietileno em função da cristalinidade.

Os polímeros podem ser dissolvidos por solventes adequados, sejam eles polares ou apolares. A dissolução do polímero, diferentemente das demais moléculas de baixa massa molecular, pode ser lenta, necessitando de horas e maior temperatura, ou também pode ser imediata. Os polímeros em rede, por exemplo, não se dissolvem.

A solubildiade do polímero depende de diversos fatores, como, por exemplo, massa molecular, grau de cristalinidade, extensão das ramificações e temperatura. Alguns polímeros, como é o caso da poliacrilamida, são solúveis em água por conta da presença de grupos muito polares, enquanto polímeros como o polietileno são apenas solúveis em solventes apolares.

Para que servem os polímeros?

Os polímeros sintéticos são, provavelmente, o grupo de compostos sintéticos mais importante na vida moderna. Muitos produtos são feitos a partir de polímeros sintéticos, que possuem a vantagem de serem resistentes e baratos.

Basta você olhar à sua volta e perceber a quantidade de plástico presente: estão nos celulares, computadores, nas roupas, em peças de automóveis, em peças da sua casa... Enfim, de fato os polímeros sintéticos são muito utilizados. É possível perceber polímeros em copos, garrafas, embalagens, sacolas, utensílios, supercolas, brinquedos, fibras e tecidos, sapatos, dispositivos eletrônicos, enfim, uma infinidade de instrumentos e objetos úteis para nosso cotidiano.

Entre os polímeros naturais, as proteínas são essenciais para o funcionamento do nosso corpo, propiciando a síntese do DNA, responsável pela estocagem de nossas informações genéticas, além de facilitarem as transformações bioquímicas necesssárias, coordenado praticamente todos os processos vitais, auxiliando na integridade das células, bem como controlar e regular suas funções. Os polissacarídeos, por exemplo, armazenam a energia necessária para o funcionamento do nosso corpo.

O que são polímeros biodegradáveis?

Polímeros biodegradáveis são polímeros que podem ser degradados por microrganismos, como bactérias, fungos e algas. Tanto polímeros sintéticos quanto naturais podem ser biodegradáveis.

Após o processo de biodegradação, há a produção de CO₂, metano, água e biomassa. A grande vantagem dos plásticos biodegradáveis é que os mesmos podem diminuir os grandes impactos gerados pelos plásticos presentes no meio ambiente, os quais possuem grande tempo de permanência no meio ambiente e são produzidos em muitas toneladas por dia. Contudo, a biodegradabilidade dos polímeros depende de condições específicas, necessitando de coleta adequeada e direcionamento correto, se não, do contrário, não poderão ser biodegradados e assim se comportarão como polímeros convencionais no meio ambiente.

Exercícios resolvidos sobre polímeros

Questão 1

(Ufam) Os polímeros se classificam em naturais e sintéticos. Os polímeros naturais, ou biopolímeros, são os que ocorrem na natureza. Os polímeros sintéticos, ou artificiais, são produzidos em laboratório, em geral, de produtos derivados de petróleo. Para exemplificar, assinale a alternativa que contém um polímero natural e um polímero sintético:

A) acrílico e nylon

B) polietileno e nylon

C) celulose e amido

D) proteína e nylon

E) proteína e amido

Resolução:

Alternativa D.

Entre as alternativas são polímeros sintéticos: polietileno, acrílico e nylon. Já os polímeros naturais são: celulose, amido e proteína. A alternativa que possui um polímero natural e um sintético é a letra D.

Questão 2

(Unesp) Considere a estrutura do polímero conhecido pela sigla PET (polietilenotereftalato).

O exame dessa estrutura mostra que o PET é

A) um poliéster.

B) um poliálcool.

C) uma poliamida.

D) um poliéter.

E) uma policetona.

Resolução:

Alternativa A.

O PET apresenta uma carbonila configurando a estrutura RCOOR’, sendo R o anel aromático e R’ a cadeia de dois carbonos. Isso configura uma função éster. Como está dentro de um polímero, entende-se que é um poliéster.

Fontes

BRUICE, P. Y. Organic Chemistry. 8. ed. Upper Saddle River, Nova Jersey: Pearson Education Inc., 2015.

FUNDAÇÃO CECIERJ. Polímeros. In: Química. Fascículo 8, unidade 20. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2016.

CHAVES, A. Funções das proteínas. Universidade Federal de Pelotas. Disponível em: https://wp.ufpel.edu.br/aquitembioquimica/files/2018/06/Resumo-sobre-Fun%C3%A7%C3%B5es-das-Prote%C3%ADnas.pdf.

SIGMA ALDRICH. Reference: Polymer Properties. Disponível em: https://www.sigmaaldrich.com/deepweb/assets/sigmaaldrich/marketing/global/documents/919/972/polymer_solutions.pdf.