13a_aula_-_materiais_organicos

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MATERIAIS ORGÂNICOS E 
SUAS PROPRIEDADES 
Bauru, outubro de 2012 
1 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 Categorias de materiais 
 
• Metais 
• Orgânicos 
• Cerâmicas 
• Polifásicos 
• Compostos 
 
 
2 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 Categorias de materiais 
 
• Metais 
• Orgânicos 
• Cerâmicas 
• Polifásicos 
• compostos 
 
 
3 
Madeira 
Couro 
Feltro 
Cortiça 
Óleos 
Resina 
Plásticos 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 Categorias de materiais 
 
• Metais 
• Orgânicos 
• Cerâmicas 
• Polifásicos 
• compostos 
 
 
4 
Madeira 
Couro 
Feltro 
Cortiça 
Óleos 
Resina 
Plásticos 
 
Moléculas grandes 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
Temperatura de fusão versus tamanho da molécula 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
Tamanho do polímero versus propriedades 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
• Grau de polimerização 
 
GP = massa molecular do polímero 
 massa molecular do mero 
 
*GP expresso em meros/molécula ou meros/mol 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
• Grau de polimerização 
 
GP = massa molecular do polímero 
 massa molecular do mero 
 
• Exemplo: qual o grau de polimerização de uma 
molécula de policloreto de vinila contendo 1000 
átomos de carbono, 1500 de hidrogênio e 500 de 
cloro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
• Grau de polimerização 
 
GP = massa molecular do polímero 
 massa molecular do mero 
 
• Exemplo: se um determinado tipo de polietileno 
tiver massa molecular de 150.000 g/mol, qual é o 
seu grau de polimerização? 
 
- CH2 – CH2 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
• Medidas através de viscosidade, pressão 
osmótica ou espalhamento de luz 
 
• Massa molecular média: utiliza a fração, em 
peso, do polímero que está numa das muitas 
frações de dimensões 
 
𝑴 𝒘 =
 (𝑾𝒊)(𝑴𝑴)𝒊
 𝑾𝒊
 
 
Wi = fração em peso de cada fração de tamanho 
(MM)i = massa molecular média dessa fração 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MASSAS MOLECULARES 
 
• Massa molecular média: exemplo 
Determinou-se que uma amostra de acetato de 
polivinila tem a distribuição molecular mostrada na 
figura abaixo. Qual a massa molecular média e o 
grau de polimerização médio? 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dado: acetato de vinila = C2H6O2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Adição 
 
 
 
 
 
• Condensação – formação de subprodutos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Funcionalidade: cada monômero deve ter dois ou 
mais pontos de reação nos quais possam ser 
feitas as junções 
 
 
 
 
 
*Moléculas com três pontos de reação = 
trifuncionais 
** quatro pontos de reação = tetrafuncionais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
Etilieno = bifuncional 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por adição: molécula origina seus 
pontos de reação pela ruptura de duplas ligações 
e formação de duas ligações simples 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
polimerização do butadieno 
polimerização do etileno 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por adição – deve ser acelerada 
pela aplicação de calor, luz, pressão ou um 
catalisador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por adição – porque o processo de 
polimerização não continua indefinidamente? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
iniciador 
Instável 
todos carbonos 
tem 4 ligações 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por adição 
 
• Co-polimerização: quando mais de uma espécie 
de mero é utilizado no processo de adição 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
Co-polimerização do cloreto de vinila e do 
acetato de vinila 
acetato de 
vinila 
cloreto de vinila 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por adição 
 
• Co-polimerização: quando mais de uma espécie 
de mero é utilizado no processo de adição 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
Co-polimerização do butadieno e do estireno 
butadieno 
estireno 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por condensação: formam uma 
segunda molécula não-polimerizável 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
Condensação do fenol –C6H5OH e do 
formaldeído – CH2O 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por condensação: exemplo 
Um polímero comum é formado pela condensação 
de uréia e formaldeído. Esses dois compostos tem 
as estruturas mostradas abaixo. Mostre como estas 
substâncias podem ser polimerizar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
uréia 
formaldeído 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
• Polimerização por condensação: exemplo 
Um polímero comum é formado pela condensação 
de uréia e formaldeído. Esses dois compostos tem 
as estruturas mostradas abaixo. Mostre como estas 
substâncias podem ser polimerizar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 MECANISMOS DE POLIMERIZAÇÃO 
 
(1)Polímeros de adição 
 
𝒏𝑨 → (−𝑨−)𝒏 
𝒏𝑨 +𝒎𝑩 → (−𝑨𝒏𝑩𝒎−) 
 
(2) Polímeros de condensação 
 
𝒑𝑪 + 𝒑𝑫 → −𝑬 − + 𝒑𝑯𝟐𝑶 ou outra molécula similar 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 DEGRADAÇÃO OU DESPOLIMERIZAÇÃO 
 
• Pode ser causada por mudanças na vizinhança, 
resultando no reversão da reação 
 
𝒏𝑨 ← (−𝑨−)𝒏 
 
 
𝒑𝑪 + 𝒑𝑫 ← −𝑬 − + 𝒑𝑯𝟐𝑶 
 
• Utilização prática: craqueamento do petróleo 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
Estrutura linear 
de monômeros 
bifuncionais 
Estrutura 
tridimensional de 
unidades 
polifuncionais 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Forma das Moléculas Poliméricas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
Polietileno – estrutura 
simples e uniforme 
 
Cloreto de polivinila 
 
 
(1)Movimento das moléculas restrito 
(2)Forças de Van Der Walls mais intensas 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Forma das Moléculs Poliméricas – 
mudança do arranjo polimérico 
Isômeros de ftalato de dimetila 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
Estrutura assimétrica – 
resina dura com pouca 
flexibilidade 
Estrutura simétrica – 
plástico resistente mas 
flexível 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Estéreo Isometria 
-arranjos isotático 
 
 
-arranjo sindiotático 
 
 
-arranjo atático 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Estéreo Isometria 
 
-posicionamento cis: as posições insaturadas 
estão do mesmo lado da cadeia 
 
 
 
-posicionamento trans: as posições insaturadas 
estão em lados opostos da cadeia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
MATERIAISORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Cristalização – não é perfeita em 
polímeros 
(1)Apenas as forças de Van Der Waals atuam no 
sentido de alinhar as moléculas 
(2)Um grande número de átomos deve ser 
posicionado corretamente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
Forma ideal 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Cristalização – não é perfeita em 
polímeros 
(1)Apenas as forças de Van Der Waals atuam no 
sentido de alinhar as moléculas 
(2)Um grande número de átomos deve ser 
posicionado corretamente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 
Forma ideal 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO 
• Ligações Cruzadas – união de cadeias 
moleculares entre si 
 
 
 
 
 
 
*altera as propriedades mecânicas 
**permite-se menor movimento entre as 
moléculas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO - Ligações 
Cruzadas 
Exemplo – envelhecimento da borracha 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Formação de ligações cruzadas no butadieno 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO - Ligações 
Cruzadas 
Exemplo – vulcanização da borracha natural com 
enxofre 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*ancoramento com átomos de enxofre evita 
movimentos intermoleculares 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO POLÍMERO - Ligações 
Cruzadas 
Exercício – quantos quilos de enxofre por 100 kg de 
borracha são necessários para provocar todas as 
ligações cruzadas possíveis em uma borracha de 
butadieno? 
Dado: composição do mero do butadieno 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 ESTRUTURA DO 
POLÍMERO 
 
• Ramificação: 
obtenção de moléculas 
tridimensionais a partir 
de cadeias poliméricas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 DEFORMAÇÃO DOS POLÍMEROS 
 
• Deformação elástica de polímeros 
 
• Módulo de Elasticidade: 
Metais >104 kgf/mm2 
Plásticos < 103 kgf/mm2 
 
 aumento do 
comprimento das ligações 
 
 
 endireitamento das ligações 
 
 Elastômeros – apresentam grande deformação 
elástica > 200% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 DEFORMAÇÃO DOS POLÍMEROS 
 
• Deformação plástica de polímeros 
 
• Plásticos – facilmente deformados plasticamente 
• Comportamento útil durante o processamento 
• Ocorre através do escorregamento entre 
moléculas Forças de Van Der Waals 
 
 Polímeros termoplásticos – plasticidade aumenta 
com a temperatura 
 
 Polímeros termofixos – tem estrutura 
tridimensional e unida por ligações covalentes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS 
 
• Comportamento Térmico 
 
• Plásticos termoplásticos – forças 
intermoleculares são superadas em altas 
temperaturas 
 
• Plásticos termofixos – perdem resistência ao 
serem expostos em altas temperaturas 
 
degradação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS 
 
• Comportamento Mecânico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tratamento térmico e por deformação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS - 
Comportamento Mecânico 
 
• melhoramentos das propriedades - orientação 
molecular 
 
 
 
 
 
 
 
*orientação molecular por extrusão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
40 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS - 
Comportamento Mecânico 
 
• Velocidade de Deformação – velocidades 
menores dão mais tempo para o ajustamento 
plástico à tensão aplicada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS - 
Comportamento Mecânico 
 
 Relaxação de tensão 
• Tempo de relaxação - tempo necessário para o 
ajuste de tensões 
 
 𝒅𝝈 𝒅𝒕 = −𝝈 𝝀 σ0 = tensão inicial 
 𝝈 = 𝝈𝟎𝒆
−𝒕 𝝀 λ = tempo de relaxação 
 
𝟏
𝝀
= 𝑪𝒆−𝑸 𝑹𝑻 
 
C= constante 
Q=energia de ativação 
T=temperatura (K) 
R=cte gases 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
42 
Tensão diminui com o tempo 
λ = tempo necessário para que σ 
seja 1/e do σ0 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS - 
Comportamento Mecânico 
 
• Relaxação de tensão – exemplo 
 
A fim de se distender uma tira de borracha de 10cm 
para 14cm, aplica-se uma tensão de 1kgf/mm2. 
após 42 dias, para o mesmo comprimento, a tira 
exerce uma tensão de apenas 0,5kgf/mm2. 
(a)Qual é o tempo de relaxação? 
(b)Que tensão seria exercida pela tira, para o 
mesmo comprimento distendido após 90 dias? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 COMPORTAMENTO DOS POLÍMEROS 
 
 Propriedades Elétricas dos Materiais 
Orgânicos 
 
• Plásticos são bons isolantes elétricos 
• Tendem naturalmente a formar fios 
• Predominância de ligações covalentes limita a 
condução elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 EXERCÍCIO 
 
• Determine a fração molar de cloreto de vinila e 
de acetato de vinila num copolímero que tem um 
peso molecular de 10 520 g/mol e um grau de 
polimerização (GP) de 160. 
 
Dado: peso molecular do mero de PVC é de 
62,5g/mol 
 peso molecular do mero de PVA é de 86 g/mol 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
46 
 EXERCÍCIO 
 
• Um copolímero de cloreto de vinila-acetato de 
vinila tem um quociente de 10:1 entre os meros 
de PVC-PVA e um peso molecular de 
16000g/mol. Qual é o seu grau de 
polimerização? 
 
Dado: peso molecular do mero de PVC é de 
62,5g/mol 
 peso molecular do mero de PVA é de 86 g/mol 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
 EXERCÍCIO 
 
O tempo de relaxação de um elastômero a 25 °C é 
de 40 dias, enquanto que a 35 ° C o tempo de 
relaxação é de 30 dias. 
Calcule a energia de ativação deste processo de 
relaxação de tensões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS ORGÂNICOS E 
SUAS PROPRIEDADES 
48