Aula 1 e 2 -Tecnologia de polímeros

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Tecnologia de Polímeros
Professora: Msc. Natália Mascarenhas
2022
Ementa:
Polímeros químicos, sintéticos e naturais. Classificação dos polímeros; matérias-primas e constituintes dos polímeros; propriedades, características e utilizações de polímeros; métodos de avaliação; tecnologia de elastômeros, plásticos, fibras; principais polímeros comerciais.
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Objetivo da disciplina:
Conhecer os conceitos básicos de macromoléculas; as reações de polimerização; a caracterização de polímeros e a relação estrutura - propriedades e processamento de polímeros.
I Unidade - Conteúdo:
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros;
2. Reações de polimerização: diferentes tipos de mecanismos.
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II Unidade - Conteúdo:
3. Caracterização de polímeros: Classificação e caracterização de materiais poliméricos, principais polímeros de engenharia: características e aplicações.
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IV Unidade - Conteúdo:
5. Processamento de polímeros: Principais técnicas de processamento de polímeros: extrusão; injeção; sopro; termoformagem.
III Unidade - Conteúdo:
4. Relação estrutura – propriedades: 
Principais organizações moleculares;
Propriedades mecânicas poliméricas;
Introdução à reologia.
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Bibliografia:
BARBOSA, Luiz Claudio de Almeida. Introdução à química orgânica. São Paulo (SP): Prentice-Hall, 2004. xvi, 311 p. 
MANO, Eloisa Biasotto; SEABRA, Affonso P. Práticas de química orgânica. 3. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1987. 246 p. 
SHREVE, Randolph Norris; BRINK, Joseph A. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, c1997. 717 p. 
Bibliografia complementar:
FARAH, Osvaldo Elias. O petróleo e seus derivados. Rio de Janeiro LTC 2012 1 recurso online 
GARCIA, Cleverson Fernando. Química orgânica estrutura e propriedades. Porto Alegre Bookman 2015 1 recurso online 
PERRY, Robert H; CHILTON, Cecil H. Manual de engenharia química. 5. ed. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Dois, 1980. 
PROCESSAMENTO de petróleo e gás. 2. Rio de Janeiro LTC 2014 1 recurso online 
SHACKELFORD, James F. Ciência dos Materiais - 6ª edição. Pearson 574
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BARBOSA, Luiz Claudio de Almeida. Introdução à química orgânica. São Paulo (SP): Prentice-Hall, 2004. xvi, 311 p. 
https://docero.com.br/doc/n1xxse8
SHREVE, Randolph Norris; BRINK, Joseph A. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, c1997. 717 p. 
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SHACKELFORD, James F. Ciência dos Materiais - 6ª edição. Pearson 574
FARAH, Osvaldo Elias. O petróleo e seus derivados. Rio de Janeiro LTC 2012 1
https://docero.com.br/show/?q=Ci%C3%AAncia+dos+Materiais+SHACKELFORD
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1ª Nota - Avaliação 
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros;
2. Reações de polimerização: diferentes tipos de mecanismos.
3. Caracterização de polímeros: Classificação e caracterização de materiais poliméricos, principais polímeros de engenharia: características e aplicações.
Avaliação
2ª Nota - Avaliação 
4. Relação estrutura – propriedades: Principais organizações moleculares; Propriedades mecânicas poliméricas; Introdução à reologia.
5. Processamento de polímeros: Principais técnicas de processamento de polímeros: extrusão; injeção; sopro; termoformagem.
3ª Nota
Trabalho em grupo – Seminário
Presença e participação
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Avaliação
1ª Prova – AV1
13/04
2ª Prova – AV2
15/06
2ª Chamada – AV1 e AV2
28 a 30/06
Substitutiva - AV4
06/07
Seminário
01/06: Equipe 1, 2, e 3
08/06: Equipe 4, 5 e 6
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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O que são moléculas?
Moléculas são substâncias formadas a partir de ligações inter atômicas, ou seja, ligações entre os átomos, do tipo covalente (molecular), ou seja, por meio do compartilhamento de elétrons (ametal com ametal, e ametal com hidrogênio). 
São estruturas que possuem uma massa molar determinada e um número relativamente pequeno e exato de átomos ligados entre si. 
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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O que são moléculas?
Formado por moléculas de CH4­, em que quatro átomos de hidrogênio se ligam covalentemente a um átomo de carbono.
Exemplos de moléculas
Gás oxigênio
Suas moléculas são formadas cada uma por uma ligação dupla, isto é, pelo compartilhamento de dois pares de elétrons entre dois átomos de oxigênio
Água
Formada por moléculas de H2O, o que significa que cada molécula possui dois átomos de hidrogênio compartilhando um par de elétrons cada um com um átomo de oxigênio
Metano
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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O que são macromoléculas?
Também conhecidas como sólidos covalentes ou sólidos de rede covalente, são estruturas de massa molar bastante elevada e imprecisa, além de serem formadas por uma grande e indeterminada quantidade de átomos que se ligam covalentemente formando retículos tridimensionais. 
Nos seres vivos, encontramos quatro tipos de macromoléculas principais: ácidos nucléicos, lipídios, carboidratos e proteínas. Existem também outros de origem sintética, como plásticos.
As macromoléculas formam os cristais covalentes ou cristais atômicos.
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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São formadas por uma quantidade exata de átomos que se ligam covalentemente.
São formadas por um número indeterminado de átomos.
Moléculas
Macromoléculas
X
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Mero
Monômero
Polímero
O termo polímero significa “muitos meros”
Bloco de montagem da molécula de cadeia longa ou da rede
Pequena molécula composta por um único mero, que pode ligar-se a outros monômeros formando moléculas maiores denominadas polímeros
Uma estrutura de cadeia longa resulta da junção de muito monômeros
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros
Compostos de elevada massa molecular, formados por unidades que se repetem, chamados de monômeros.
Polimerização
Reação que resulta na formação de polímeros
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros
Resina natural (colas e vernizes)
Polímeros Naturais
Polímeros Sintéticos
Celulose (fibra das árvores)
Seiva da seringueira (borracha natural)
Celofane
Poliamida (nylon)
Teflon
Poliestireno;
Polietileno (plástico)
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Os polímeros podem ser divididos conforme suas características termomecânicas 
Termoplásticos
Termorrígidos
Elastômeros
Exemplos: PVC, PVA, Pet
Exemplos: Resina epóxi, Poliamida
Exemplo: Borrachas
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros
Termoplásticos
Industrialmente, podem ser reaproveitados para a produção de novos artigos, por serem materiais fusíveis, podem ser aquecidos e moldados facilmente. Também são materiais de fácil reaproveitamento (reciclagem).Ex: PET é a abreviatura para Polietilenotereftalato, esse polímero tem sua utilização crescendo gradativamente, tudo porque se tornou o recipiente de guardar bebidas mais prático que existe.
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Tecnologia de PolímerosPolímeros
Termorrígidos ou Termofixos
Representam 20% do total de plásticos produzidos no Brasil, e são aqueles que uma vez conformados (moldados), por um dos processos usuais de transformação, não se consegue mais reprocessá-los, por não “amolecerem” ou fundirem-se mais, impedindo uma nova moldagem. Um exemplo clássico desta categoria é a baquelite (polifenol), aplicada por exemplo em cabos de panelas.
Polifenol (Baquelite)  São polímeros que possuem uma ou mais hidroxilas ligadas à um anel aromático. Polímeros desse tipo são resistentes ao aquecimento, por isso podemos encontrá-los em cabos de panela e também em materiais elétricos, como interruptores e tomadas.
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros
Elastômeros
Classe intermediária entre os termoplásticos e termorrígidos, conhecidos como borracha, não são fusíveis, mais apresentam alta elasticidade, sua reciclagem é complicada pela incapacidade de fusão. Uma aplicação importante desse tipo de polímero é na fabricação do pneu que passa por um processo chamado vulcanização, que visa tratar a borracha com enxofre, melhorando sua resistência.
Processo de vulcanização
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros
Elastômeros
A vulcanização é um método criado em 1839 pelo americano Charles Goodyear, que consiste na aplicação de calor e pressão a uma composição de borracha em combinação com enxofre, para atribuir-lhe maior força, elasticidade e resistência ao pneu.
No caso de polímeros sintéticos, o n é variável, ou seja, as moléculas não possuem a mesma massa molecular. 
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros
Homopolímero
Copolímero
Quando uma única unidade se repete
Quando mais de um tipo de unidade forma o polímero
A figura representa formulas genéricas de um homopolímero e de um copolímero, onde o n representa o número de vezes que a unidade se repete. 
1. Conceitos de macromoléculas: meros, monômeros e polímeros
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Polímeros quanto ao tipo de cadeia
Cadeia Linear
Ramificada na cadeia linear básica
Ligações cruzadas
Reticulada (tridimensionalmente)
ou em rede
2. Reações de polimerização: diferentes tipos de mecanismos.
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Polimerização
É o processo de formação do polímero, ou seja, o processo pelo qual moléculas de cadeia longa são formadas, a partir de moléculas orgânicas relativamente pequenas, pode ocorrer de duas maneiras distintas.
Polimerização por adição ou Crescimento em cadeia
Polimerização por condensação ou Crescimento em estágios
Envolve reações químicas individuais entre pares de monômeros reativos, ou seja, é um processo muito mais lento, e durante a reação ocorre a liberação de moléculas pequenas como água ou algum álcool. Esse é o tipo de polimerização envolvida na fabricação de baquelite, náilon, proteínas e celulose. 
2. Reações de polimerização: diferentes tipos de mecanismos.
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Polimerização
Envolve uma reação rápida entre cadeias de monômeros quimicamente ativados, onde a reação entre os monômeros ocorre sem a liberação de moléculas de massa molecular baixa.
Polimerização por adição
Polimerização por condensação
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Mecanismo detalhado de polimerização por um processo de crescimento em cadeia (polimerização por adição). Uma molécula de peróxido de hidrogênio, H2O2. fornece dois radicais hidroxilas, OH+, que servem para iniciar e terminar a polimerização do etileno (C2H4) para o polietileno (C2H4).
Polietileno
Exemplo 1 de Polimerização
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Processo se divide em três etapas, de início, crescimento e terminação. 
Polietileno
O processo começa com um iniciador, ou seja, um radical livre, que nesse exemplo foi hidroxila. O radical livre é um átomo reativo ou grupo de átomos que contém um elétron não emparelhado. 
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Polietileno
Na etapa de iniciação, há uma conversão de uma ligação dupla de um monômero em uma ligação simples, no qual esse carbono estará livre para reagir com o monômero de etileno mais próximo, aumentando assim, a cadeia molecular, que no caso, é chamado de etapa de crescimento. 
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Polietileno
Essa reação em cadeia pode continuar em rápida sucessão, limitada apenas pela disponibilidade dos monômeros de etileno não reagidos. 
Na etapa de terminação, um outro radical hidroxila irá atuar como terminador, gerando uma molécula estável, com n unidades de mero. Cada molécula de peróxido de hidrogênio fornece um par iniciador-terminador para cada molécula polimérica.
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Etapa de terminação
Recombinação
Remoção do hidrogênio
Desproporcionação 
A etapa de terminação na polimerização do polietileno é denominada de recombinação, embora ela seja mais fácil de ilustrar, ela não é o mecanismo mais comum de terminação.
São etapas de terminação mais comuns do que a recombinação
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Etapa de terminação
Envolve obter um átomo de hidrogênio, com um elétron não emparelhado, a partir de um grupo de hidrocarboneto de impureza
Envolve a formação de uma ligação dupla, como um monômero
Recombinação
Remoção do hidrogênio
Desproporcionação 
Cada radical fornece um par iniciador-terminador para cada molécula polimérica
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Iniciador radicalar AIBN
Figura 01 – Decomposição térmica do iniciador azobisisobutironitrila (AIBN), onde Kd representa a constante cinética da decomposição.
Exemplo 2 - Polimerização entre a acrilamida e ADAM QUAT (cloreto de acriloiloxietiltrimetilamônio). 
Essa polimerização em cadeia irá ser iniciada por espécies reativas produzidas por compostos denominados iniciadores. A Figura 1 representa a decomposição térmica do iniciador radicalar AIBN, comumente utilizado na síntese de poliacrilamidas em emulsão, onde Kd representa a constante cinética da decomposição. 
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Acrilamida
Radical de iniciação de cadeia (RIC)
Figura 02 – Etapa de iniciação da reação de polimerização, onde Ki representa a constante de velocidade da reação de iniciação. 
Exemplo 2 - Polimerização entre a acrilamida e ADAM QUAT (cloreto de acriloiloxietiltrimetilamônio). 
A Figura 2 representa a etapa de iniciação da reação de polimerização, na qual esse radical irá atacar a ligação p da vinila do monômero acrilamida, formando o radical de iniciação de cadeia (RIC), onde Ki representa a constante de velocidade da reação de iniciação. 
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Figura 3 - Etapa de propagação da reação de polimerização, onde Kp representa a constante de velocidade da reação de propagação.
Acrilamida
Cloreto de acriloiloxietiltrimetilamônio – ADAM QUAT
Exemplo 2 - Polimerização entre a acrilamida e ADAM QUAT (cloreto de acriloiloxietiltrimetilamônio). 
O processo será repetido pela adição de grandes quantidades de monômeros insaturados (acrilamida e cloreto de acriloiloxietiltrimetilamônio – ADAM QUAT), obtendo o crescimento do radical de iniciação de cadeia. 
Esta etapa é denominada propagação, representada pela Figura 3, onde Kp representa a constante de velocidade da reação de propagação.
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Exemplo 2 - Polimerização entre a acrilamida e ADAM QUAT (cloreto de acriloiloxietiltrimetilamônio). 
A etapa de terminação pode ocorrer pela reação bimolecular entre dois radicais por combinação, que é o chamado derecombinação, ou pelo desproporcionamento. 
Figura 4 - Etapa de terminação por recombinação da reação de polimerização, onde Ktc representa a constante de velocidade da reação de terminação por combinação.
Figura 5 - Etapa de terminação por desproporcionamento da reação de polimerização, onde Ktd representa a constante de velocidade da reação de terminação por combinação.
A Figura 4 representa a reação de terminação por recombinação.
A Figura 5 representa a reação de terminação por desproporcionamento, no qual ocorre quando um radical hidrogênio de um centro radicalar é transferido para outro centro radicalar, formando uma ligação dupla no outro centro radicalar.
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 Etileno
 Etileno
Cloreto de vinila
 Cloreto de vinila
Se uma solução de diferentes tipos de monômeros for polimerizada, o resultado é um copolímero, semelhante à liga de uma solução sólida dos sistemas metálicos A figura representa um copolímero em bloco, ou seja, os componentes poliméricos individuais aparecem em “blocos” ao longo de uma única cadeia de átomos de carbono ligados.
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 Etileno
 Etileno
Cloreto de vinila
 Cloreto de vinila
O arranjo alternativo dos diferentes meros pode ser irregular ou regular. Uma blenda é outra forma de liga em que diferentes tipos de moléculas poliméricas já formadas são misturadas. Essa mistura é semelhante às ligas metálicas com solubilidade sólida limitada. 
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Poliformaldeído, polioximetileno ou poliacetal
Os diversos polímeros lineares ilustrados nessa figura, são baseados na conversão de uma ligação dupla carbono-carbono para duas ligações simples carbono-carbono
Também é possível converter a ligação dupla carbono-oxigênio no formaldeído em ligações simples. O produto é conhecido por vários nomes, como poliformaldeído, polioximetileno e poliacetal
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Formação do fenol-formaldeído pelo processo de crescimento em estágios
A figura mostra a formação do fenol-formaldeído pelo processo de crescimento em estágios. As duas moléculas de fenol são ligadas pela molécula de formaldeído em uma reação na qual os fenóis liberam um átomo de hidrogênio e o formaldeído libera um átomo de oxigênio para produzir uma molécula de água como subproduto. 
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Formação do fenol-formaldeído pelo processo de crescimento em estágios
A polimerização extensiva requer que essa reação de três moléculas seja repetida para cada incremento unitário no comprimento molecular. O tempo exigido para esse processo é substancialmente maior que aquele para a reação em cadeia.
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Bifuncional
O mero tem dois pontos de contato com meros vizinhos
Estrutura molecular linear
Possui diversos pontos de contato em potencial
Polifuncional
A ocorrência comum dos subprodutos da condensação nos processos de crescimento em estágios gera o termo descritivo polimerização por condensação. 
O mero do polietileno tem dois pontos de contato com meros vizinhos e, por isso, é chamado de bifuncional, o que leva a uma estrutura molecular linear. 
Por outro lado, a molécula de fenol, possui diversos pontos de contato em potencial e é chamada de polifuncional.
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Estrutura molecular em rede tridimensional
Na prática não existe espaço para mais de três conexões de CH2 por molécula de fenol, mas esse número é suficiente para gerar uma estrutura molecular em rede tridimensional, ao contrario da estrutura linear do polietileno. 
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Grau de polimerização
DP = 
Grau de polimerização
Peso molecular do polímero
Peso molecular da unidade de repetição
A polimerização é uma reação química que liga monômeros para formar grandes cadeias de polímeros. Um polímero finalmente terá unidades repetidas, uma vez que se liga a várias unidades monoméricas. Este número de unidades de repetição ajuda a determinar as propriedades físicas e químicas de um polímero e varia dependendo do polímero e do seu peso molecular. Assim, o cálculo do número de unidades de repetição ou o grau de polimerização (DP) é muito importante na indústria de polímeros.
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O termo grau de polimerização é definido como o número de unidades de repetição numa molécula de polímero. Em alguns casos, este termo é utilizado para expressar o número de unidades monoméricas numa molécula média de polímero. No entanto, isso é aplicável somente se as unidades repetidas consistirem em um único tipo de monômero. 
Grau de polimerização
DP = 
Grau de polimerização
Peso molecular do polímero
Peso molecular da unidade de repetição
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Uma amostra de polietileno tem um peso molecular médio de 25.000 uma. Qual é o grau de polimerização, n, da molécula de polietileno ‘média’? 
Exercício 1
Solução:
DP = 
DP = 
DP = 892,9
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Quanto de peróxido de hidrogênio (H2O2) precisa ser acrescentado ao etileno (C2H4) para gerar um grau médio de polimerização de 750? Considere que todo o H2O2 se desassocia em grupos OH que servem como terminais para as moléculas, e expresse a resposta em percentual em peso.
Exercício 2
Com relação a figura observamos que existe uma molécula de H2O2 (=dois grupos OH) por molécula de polietileno.
Solução:
%p H2O2 = x 100
%p H2O2 = x 100
%p H2O2 = 0,162%
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Um copolímero regular de etileno e cloreto de vinila contém meros alternados de cada tipo. Qual é o percentual em peso do etileno nesse copolímero? 
Exercício 3
Solução:
% p etileno = x 100
% p etileno = x 100 
% p etileno = 31% p
Como existe um mero de etileno para cada molécula de cloreto de vinila:
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Calcule o peso de uma molécula de poliacetal com um grau de polimerização de 500.
Exercício 4
Solução:
DP = 
= 15.000 uma
DP = 
500 = 
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Quanto de peróxido de hidrogênio (H2O2) precisa ser acrescentado ao etileno (C2H4) para gerar um grau médio de polimerização de (a) 500 e (b) 1.000? 
Exercício 5
Solução:
%p H2O2 = x 100
%p H2O2 = x 100
%p H2O2 = 0,128%
a)
%p H2O2 = x 100
%p H2O2 = x 100
b)
%p H2O2 = 0,064%
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Qual seria o percentual molar de etileno e cloreto de vinila em um copolímero irregular quem contém 50% p de cada componente?
Exercício 6
Solução:
% p etileno = x 100
% p etileno = x100 
% p etileno = 31% p
Como existe um mero de etileno para cada molécula de cloreto de vinila:
%p cloreto de vinila = x 100
%p cloreto de vinila = x100 
% p cloreto de vinila = 69% p
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Tecnologia de Polímeros
Calcule o grau de polimerização para uma molécula de poliacetal com um peso molecular de 25.000.
Calcule o peso de uma molécula de poliacetal com um grau de polimerização de 500.
Exercício 7
Solução:
DP = 
= 833
DP = 
DP = 
A polimerização por adição
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Os alquenos podem reagir entre si para formar longas cadeias
Por exemplo
Processo chamado de polimerização por adição. 
Uma molécula de eteno pode ligar-se a outra molécula de eteno, outra molécula de eteno pode juntar-se à nova molécula e assim por diante, formando uma longa cadeia de hidrocarboneto. 
O alqueno original, neste caso o eteno, é chamado de monômero. 
Cada monômero torna-se uma unidade repetitiva, isto é, a estrutura que se repete muitas vezes para produzir a cadeia do polímero. O produto, uma cadeia de unidades repetitivas ligadas por covalência, é o polímero. 
Opolímero de adição mais simples é o polietileno, (CH2CH2) n , feito pela polimerização do eteno e formado por longas cadeias de unidades repetitivas CH2CH2 .
A indústria de plásticos desenvolveu polímeros a partir de muitos monômeros de fórmula CHX=CH2, em que X é um átomo (como o Cl no cloreto de vinila, CHCl=CH2) ou um grupo de átomos (como o CH3 no propeno). 
A polimerização por adição
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Esses etenos substituídos dão polímeros de fórmula (CHXCH2) n e incluem o cloreto de polivinila (PVC), (CHClCH2) n e o polipropileno, (CH(CH3)CH2) n. 
Eles diferem em aparência, rigidez, transparência e resistência às intempéries.
Um procedimento muito usado em sínteses é a polimerização via radicais, a polimerização por uma reação em cadeia via radicais. 
A polimerização por adição
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Em um procedimento típico, um monômero (como o eteno) é comprimido até aproximadamente 1.000 atm e aquecido até 100°C na presença de uma pequena quantidade de um peróxido orgânico (um composto de fórmula R O O R, em que R é um grupo orgânico). 
A reação é iniciada pela dissociação da ligação O O para dar dois radicais:
Uma vez iniciada, a reação em cadeia se propaga quando os radicais atacam moléculas do
monômero CHX=CH2 (em que X = H no eteno) e formam um novo radical, muito reativo:
A polimerização por adição
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Radical
Monômero
Novo radical
Esse radical ataca outra molécula do monômero, e o crescimento da cadeia começa:
A reação continua até que todas as moléculas do monômero sejam utilizadas ou até que ela termine com os pares de cadeias se ligando para formar espécies não radicalares. O produto consiste em macromoléculas com muitas unidades repetidas. 
A polimerização por adição
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Por exemplo, o polietileno é formado por longas cadeias de fórmula (CH2CH2) n , em que n pode chegar a muitos milhares. Muitos polímeros de adição têm também um certo número de ramificações, geradas quando novas cadeias surgem em pontos intermediários ao longo do “esqueleto” da estrutura.
Polímeros fortes e resistentes têm cadeias que se empacotam muito bem. 
A polimerização por adição
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Tecnologia de Polímeros
Um problema com as primeiras tentativas de fabricar polipropileno era que as orientações dos grupos H e CH3 em cada átomo de C eram aleatórias, o que impedia o empacotamento adequado das cadeias. O material resultante era amorfo, pegajoso e praticamente inútil. 
Hoje, no entanto, a estereoquímica das cadeias pode ser controlada com o uso de catalisadores, como o catalisador Ziegler-Natta, que é um catalisador formado pelos compostos tetracloreto de titânio, TiCl4, e trietilalumínio, (CH3CH2)3Al. 
A polimerização por adição
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Tecnologia de Polímeros
Um polímero no qual cada unidade ou par de unidades repetitivas tem a mesma orientação relativa é descrito como estereorregular; a estereorregularidade se dá pela maneira como as cadeias crescem no catalisador.
(a) Polímero em que os substituintes se localizam aleatoriamente nos lados da cadeia. (b) Polímero estereorregular produzido com catalisadores Ziegler-Natta. Neste caso, todos os substituintes estão do mesmo lado da cadeia.
As cadeias de polímeros estereorregulares produzidas pelos catalisadores Ziegler-Natta empacotam-se bem e formam materiais altamente cristalinos e densos.
O tapete de polipropileno é resistente devido à regularidade da estrutura das cadeias que o formam. As manchas escuras são regiões nas quais as fibras se uniram.
A polimerização por adição
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A borracha é um polímero de isopreno.
A borracha natural é obtida a partir da casca da seringueira na forma de um líquido branco leitoso, chamado de látex, e consiste em uma suspensão de partículas de borracha em água. 
Coleta de látex de uma seringueira na Malásia, um dos principais produtores.
A borracha em si é um sólido branco e macio que se torna ainda mais macio quando aquecido. É usada para apagar escritos a lápis e já foi utilizada como sola de sapato.
A polimerização por adição
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Durante muito tempo, os químicos foram incapazes de sintetizar a borracha, mesmo sabendo que ela era um polímero do isopreno. As enzimas da seringueira produzem um polímero estereorregular no qual todas as ligações entre monômeros estão em arranjo cis. 
A polimerização via radicais, no entanto, produz uma mistura aleatória de ligações cis e trans, e um produto grudento e inútil. O polímero estereorregular foi obtido pelo uso de um catalisador Ziegler-Natta, e um cis-poliisopreno quase puro e com propriedades de borracha pode ser atualmente produzido. O trans-poliisopreno, com todas as ligações trans, é o material duro e de ocorrência natural conhecido como guta-percha, que era colocado antigamente dentro das bolas de golfe e ainda é usado para preencher canais em dentes.
(a) Na borracha natural, as unidades de isopreno polimerizam e dão um produto sempre cis. (b) O material mais duro, guta-percha, é o polímero sempre trans.
A polimerização por condensação
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Nos polímeros por condensação, os monômeros ligam-se por reações de condensação, como as usadas para formar ésteres ou amidas. 
Os polímeros formados pela ligação de monômeros que têm grupos ácidos carboxílicos com os que têm grupos álcool são chamados de poliésteres. Os polímeros desse tipo são muito usados na fabricação de fibras artificiais. Um poliéster típico é o Dacron ou Terylene, um polímero produzido pela esterificação do ácido tereftálico com etilenoglicol (1,2-etanodiol, HOCH2CH2OH). Seu nome técnico é poli(tereftalato de etileno). A primeira condensação é
Ácido tereftálico com etilenoglicol (1,2-etanodiol, HOCH2CH2OH)
Poli(tereftalato de etileno)
Etilenoglicol
A polimerização por condensação
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Uma nova molécula de etilenoglicol pode ligar-se ao grupo carboxila, à esquerda do produto, e outra molécula de ácido tereftálico, ao grupo hidroxila, à direita. Como resultado, o polímero cresce em ambas as extremidades e torna-se
Ácido tereftálico com etilenoglicol (1,2-etanodiol, HOCH2CH2OH)
Poli(tereftalato de etileno)
Etilenoglicol
Micrografia eletrônica de varredura do poliéster Dacron e fibras de algodão em um tecido misto para camisas. Compare os cilindros lisos de poliéster (em cor laranja) com a superfície irregular do algodão (em verde). O poliéster liso resiste ao amassamento, e as fibras irregulares de algodão produzem uma textura mais confortável e absorvente.
A polimerização por condensação
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Na polimerização de alquenos via radicais, as cadeias laterais podem crescer em muitos pontos da cadeia principal. Na polimerização por condensação, porém, o crescimento só pode ocorrer nos grupos funcionais das extremidades, de modo que a ramificação da cadeia é muito menos provável
Como resultado, as moléculas de poliéster dão boas fibras, porque as cadeias não ramificadas podem ser acomodadas lado a lado, por estiramento do produto aquecido e passagem por um furo fino.
As fibras produzidas dessa maneira podem ser torcidas e transformadas em fios
As fibras sintéticas são feitas pela extrusão do polímero líquido através de pequenos furos, em uma versão industrial da roca de aranha.
A polimerização por condensação
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Os poliésteres também podem ser moldados e usados em implantes cirúrgicos, como corações artificiais, ou transformados em filmes finos para embalagens e fita adesiva.
A polimerização por condensação de aminas com ácidos carboxílicos leva às poliamidas, substâncias mais comumente conhecidas como náilons.Uma poliamida comum é o náilon-66, que é um polímero de 1,6-diamino-hexano, H2N(CH2)6NH2, e ácido adípico, HOOC(CH2)4COOH. O 66 do nome corresponde ao número de átomos de carbono dos dois monômeros.
Para que ocorra polimerização por condensação, é necessário que existam dois grupos funcionais em cada monômero e que se misturem quantidades estequiométricas dos reagentes. Os reagentes da produção de poliamidas formam inicialmente o “sal de náilon” por transferência de próton:
“sal de náilon” 
A polimerização por condensação
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Nesse ponto, o excesso de ácido ou de amina pode ser removido. O aquecimento do sal de náilon inicia a condensação, como ocorre na preparação das amidas simples. A primeira etapa é:
A amida cresce em ambas as extremidades por condensações sucessivas, e o produto final é:
A polimerização por condensação
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As cadeias longas de poliamida (náilon) podem ser transformadas em fios (como os poliésteres) ou moldadas. As ligações hidrogênio N–H · · · O=C que ocorrem entre cadeias vizinhas são, em grande parte, responsáveis pela resistência das fibras de náilon.
A resistência das fibras de náilon é uma indicação da energia das ligações hidrogênio entre as cadeias vizinhas de poliamida (em linhas tracejadas em vermelho).
Uma fibra de náilon muito grosseira pode ser feita pela dissolução do sal de uma amina em água e dissolução do ácido em uma camada de hexano, que flutua na água. O polímero se forma na interface das duas camadas, e um fio longo pode ser puxado lentamente.
EXEMPLO 1. Identificação das fórmulas de polímeros e monômeros
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Reconhecer as unidades monoméricas nos polímeros é importante para entender como eles são preparados. Suponha que você esteja estudando as propriedades de vários materiais poliméricos e precise relacionar suas propriedades aos blocos de construção usados nas reações de síntese. Escreva as fórmulas de (a) os monômeros de Kevlar, uma fibra resistente usada para fazer roupas à prova de balas, e (b) as duas unidades repetitivas do polímero formado pela adição de peróxidos a CH3CH2CH=CH2 em temperatura e pressão elevadas.
EXEMPLO 1. Identificação das fórmulas de polímeros e monômeros
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Examine o esqueleto do polímero, isto é, a cadeia longa à qual os demais grupos se ligam. Se os átomos são todos átomos de carbono, então o composto é um polímero de adição. Se grupos éster ocorrem no esqueleto, então o polímero é um poliéster e os monômeros serão um ácido e um álcool. Se o esqueleto contém grupos amida, então o polímero é uma poliamida e os monômeros serão um ácido e uma amina. 
Se o monômero é um alqueno ou um alquino, então os monômeros adicionam-se uns aos outros. A ligação π será substituída por novas ligações σ entre os monômeros. Se os monômeros consistem em um ácido e um álcool ou uma amina, então forma-se um polímero de condensação, com perda de uma molécula de água.
Solução - Planejamento:
EXEMPLO 1. Identificação das fórmulas de polímeros e monômeros
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Grupos amida ocorrem no esqueleto; portanto, o polímero é uma poliamida. Os grupos amida estão em direções opostas, logo existem dois monômeros diferentes, um com dois grupos ácido e um com dois grupos amina. Separe os grupos amida e adicione uma molécula de água por ligação amida:
Solução:
(a) Escreva as fórmulas dos monômeros de Kevlar
EXEMPLO 1. Identificação das fórmulas de polímeros e monômeros
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(b) O monômero é um alqueno, logo ele forma um polímero de adição. Substitua a ligação π por duas ligações σ, uma para cada monômero adjacente:
Solução:
(b) Escreva as fórmulas de duas unidades repetitivas do polímero formado pela adição de peróxidos a CH3CH2CH=CH2 em temperatura e pressão elevadas.
Exercício 1. 
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Escreva a fórmula do monômero do polímero comercializado como Teflon, (CF2CF2) n . 
Solução:
Resposta: CF25CF2
Politetrafluoreto de vinila (Teflon)
Tetrafluoreto de vinila
Classificação de copolímeros. (a) Polímero simples, formado por um único monômero, representado pelos retângulos vermelhos. (b) Copolímero alternado, formado por dois monômeros, representados pelos retângulos vermelhos e cor azuis. (c) Copolímero em bloco. (d) Copolímero graftizado.
Os copolímeros e materiais compósitos
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Os copolímeros são polímeros formados por mais de um tipo de unidade repetitiva. 
Um exemplo é o náilon-66, no qual as unidades repetitivas são o 1,6-diamino-hexano, H2N(CH2)6NH2, e o ácido adípico, HOOC(CH2)4COOH. Eles formam um copolímero alternado, no qual os monômeros ácido e amina se alternam.
Os copolímeros e materiais compósitos
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Em um copolímero em bloco, um longo segmento, no qual a unidade repetitiva é um dos monômeros, é seguido por um segmento que só contém o outro monômero. 
Um exemplo é o copolímero em bloco formado pelo estireno e o butadieno. O poliestireno puro é um material transparente e quebradiço, isto é, que se parte facilmente. O polibutadieno é uma borracha sintética muito resistente, porém mole. Um dos copolímeros em bloco dos dois monômeros é o poliestireno de alto impacto, um material durável e resistente, e um plástico transparente. Uma formulação diferente dos dois polímeros produz a borracha estireno-butadieno (SBR), que é usada principalmente em pneus de automóveis e calçados para corrida, e, também, nas gomas de mascar.
Os copolímeros e materiais compósitos
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Mecanismo de polimerização da borracha SBR
Os copolímeros e materiais compósitos
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Em um copolímero aleatório, monômeros diferentes ligam-se sem nenhuma ordem em particular. Um copolímero graftizado é formado por cadeias longas de um monômero com cadeias laterais formadas pelo outro monômero. Por exemplo, o polímero usado para fazer lentes de contato rígidas é um hidrocarboneto apolar que repele água. O polímero usado para fazer lentes de contato moles é um copolímero graftizado com cadeias de monômeros apolares e cadeias laterais de um monômero que absorve a água. As cadeias laterais absorvem tanta água que 50% do volume da lente de contato é água, o que torna as lentes flexíveis, macias e mais confortáveis do que as lentes de contato rígidas.
Fotomicrografia da seção transversal da camada de madrepérola que reveste a concha de um molusco. O material compósito que compõe a madrepérola consiste em cristais planos de carbonato de cálcio incorporados em uma matriz orgânica dura, mas flexível e resistente a rachaduras.
Os copolímeros e materiais compósitos
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Um material compósito consiste em duas ou mais substâncias combinadas em um material
homogêneo, sem perderem suas características individuais. 
As conchas do mar são formadas por compósitos naturais que devem sua resistência a uma matriz orgânica rígida e sua dureza aos cristais de carbonato de cálcio incorporados na matriz. 
Alguns materiais de ocorrência natural também são compósitos — por exemplo, a madeira e o osso. Entretanto, a maioria dos compósitos que consideramos em nossas discussões são sintéticos (ou feitos pelo homem).
Os copolímeros e materiais compósitos
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Alguns compósitos leves, como o compósito de grafita usado em raquetes de tênis nos quais as fibras do material estão incorporadas em uma matriz polimérica, podem ter uma razão resistência densidade três vezes maior do que a do aço.
Um material compósito contendo flocos cerâmicos em um polímero ácido poliláctico é usado como soldarápida para ossos fraturados. O material é injetado em forma de pasta no osso fraturado, onde ele solidifica na temperatura do corpo, formando uma estrutura que atua como tecido ósseo e promove a solda, com a formação de novas células ósseas na região adjacente.
Exercícios.
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1. Identifique o tipo de copolímero formado pelos monômeros A e B: AAAABBBBB.
Solução:
Resposta: Copolímero em bloco
2. Identifique o tipo de copolímero formado pelos monômeros A e B: ABABABAB.
Solução:
Resposta: Copolímero em bloco
Mecanismos da polimerização dos alquenos
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Os alquenos podem ser polimerizados por diversos métodos, sendo o produto restante denominado polímero de adição.
História
O etileno, o alqueno mais simples, foi polimerizado acidentalmente em 1935, quando químicos ingleses submeteram uma mistura dele com o benzaldeído a 1.900 atm de pressão, a 17 °C. Após 15 meses de tentativas frutadas de realizar a reação entre os dois compostos, os químicos perceberam a formação de 8 gramas de um sólido branco no reator. Analisando esse sólido, perceberam que haviam sintetizado um polímero de etileno. 
Mecanismos da polimerização dos alquenos
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Três anos mais tarde, a empresa percebeu que o produto poderia ter valor comercial. O processo foi posteriormente desenvolvido, e a produção de polietileno passou a ser realizada em escala industrial, sendo o gás submetido a 900 atm e 200 °C. O produto assim obtido possuía massa molecular média de 27.000 u.
Como naquela época a indústria petroquímica era pouco desenvolvida, o etileno era obtido pela desidratação do etanol, com ácido fosfórico. Hoje, o etileno é obtido por pirolise de alcanos.
Mecanismos da polimerização dos alquenos
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Mecanismo da pirolise do alcano
Inicialmente, sob altas temperaturas e pressão, duas moléculas de etileno se combinam formando um birradical. 
Nos experimentos iniciais, os químicos haviam descoberto que o inicio da polimerização é catalisada pelo oxigênio. 
Etileno
Birradical
Mecanismos da polimerização dos alquenos
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Tecnologia de Polímeros
Mecanismo da pirolise do alcano
O radical inicialmente formado se combina com outras moléculas de etileno formando o polímero A, também um birradical. 
Polímero A
Birradical
Durante um processo, um radical B pode abstrair um átomo de hidrogênio de cadeia A, por exemplo, gerando as espécies C e D. 
B
C
D
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Mecanismo da pirolise do alcano
O novo radical D gerado pode reagir com outras moléculas de etileno, dando origem a um polímero ramificado. 
D
Esses radicais finalmente abstraem átomos de hidrogênio uns dos outros, levando ao término da cadeia. O resultado desse processo é um polímero ramificado, denominado polietileno de baixa densidade.
E
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Tecnologia de Polímeros
Na década de 1950, o químico alemão Karl Zingler e o italiano Giulio Natta desenvolveram um catalisador que permite o preparo de polímeros de cadeias lineares de etileno, propeno e outros alquenos. Esse catalisador, denominado catalisador Zingle-Natta, é formado por Al(CH2CH3)3/TiCl4. O mecanismo detalhado de atuação do catalisador não é conhecido, mas sabe-se que envolve um processo iônico e não radicalar. 
 O polímero do etileno é conhecido como o polietileno de alta densidade.
Karl Zingler
Giulio Natta
Mecanismos da polimerização dos alquenos
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Tecnologia de Polímeros
A polimerização iniciada por radicais ocorre facilmente com alquenos que possuem ligações duplas pouco substituídas, como o etileno e o but-1-eno.
Polimerização por Radicais
O mecanismo dessa reação envolve várias etapas no caso específico da formação do polietileno, conforme mostra o esquema a seguir:
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Tecnologia de Polímeros
A polimerização iniciada por radicais ocorre facilmente com alquenos que possuem ligações duplas pouco substituídas, como o etileno e o but-1-eno.
Polimerização por Radicais
O mecanismo dessa reação envolve várias etapas no caso específico da formação do polietileno, conforme mostra o esquema a seguir:
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Polimerização por Radicais
Após a decomposição do peróxido os radicais RO adicionam-se ao alqueno, formando um novo radical alquila. 
Etapa de iniciação
Decomposição do peróxido
Radical alquila
Alqueno
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Tecnologia de Polímeros
Polimerização por Radicais
Etapa de propagação
Radical polimérico
Esse radical, por sua vez, reage com outras moléculas de alqueno, originando um radical polimérico. 
Alqueno
Isso pode ocorrer pela reação entre dois radicais quaisquer, ou pela abstração, por um radical alquila, de um átomo de hidrogênio do carbono vizinho ao carbono radicalar, resultando na formação de um alqueno (etapa de término).
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Polimerização por Radicais
Etapa de término
O término de elongação da cadeia envolve qualquer reação que resulte na destruição desses radicais alquila. 
Alqueno
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Polimerização catiônica
Uma das reações mais características dos alquenos é a adição eletrofílica, que envolve o ataque inicial de um eletrófilo pelo par de elétrons da ligação dupla, resultando na formação de um carbocátion.
Eletrófilo
Alqueno
Carbocátion
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Polimerização catiônica
A polimerização ocorre se o próprio alqueno for o melhor nucleófilo disponível nas condições reacionais. 
Eletrófilo
Alqueno
Carbocátion
Alqueno
O crescimento da cadeia polimérica é interrompido quando ocorre a perda de um próton de um carbono vizinho ao carbocátion ou quando ocorre a reação de um ânion ao carbono positivo.
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Polimerização catiônica
Alguns catalisadores comumente utilizados para induzir a polimerização catiônica de alquenos são: ácido sulfúrico (H2SO4), trifluoreto de boro (BF3), e ácido fluorídrico (HF).
A polimerização catiônica somente ocorre com sucesso em alquenos que possuem grupos doadores de elétrons ligados aos carbonos da ligação dupla, uma vez que nesses casos o carbocátion formado será estável o suficiente para reagia com outra molécula de alqueno. 
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Polimerização catiônica
Dessa forma o metilpropeno se polimeriza facilmente na presença de um catalisador ácido. O polímero resultante é macio, semelhante à borracha, sendo utilizado na fabricação de adesivos. 
Metilpropeno
	Polímero	Nome	Propriedades e aplicações
		Polietileno de baixa densidade	É formado por cadeias ramificadas com densidade aproximadamente 30.000 u, sendo utilizado na fabricação de sacos plásticos para embalar alimentos e lixo, fita adesiva etc.
		Polietileno de alta densidade	É composto de cadeias longas, não ramificadas, com massa molecular de aproximadamente 1.000.000 u, sendo utilizado na fabricação de objetos rígidos, como mamadeiras, bacias, brinquedos etc.
		Poliestireno	Possui boas propriedades isolantes, sendo utilizado na fabricação de copos e pratos descartáveis, cantes e estruturas para rádios, televisão e computadores.
		Teflon	É muito resistente a ácidos e bases, sendo amplamente utilizado no revestimento de utensílios domésticos, comopanelas, frigideira etc.
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Polímeros sintéticos
Exemplos de polímeros sintéticos derivados de alquenos e suas principais aplicações: 
	Polímero	Nome	Propriedades e aplicações
		Poliacrilonitrila	Conhecida por ‘acrílico’ e pode ser transformada em fibras que entram na composição de diversos tecidos, sendo até misturada a lã
		Poli (cloreto de vinila) ou PVC	Utilizado na fabricação dos mais diversos utensílios como mangueiras, cortina, tapetes automotivos, cartões magnéticos, fitas adesivas etc. O principal uso é na fabricação de mangueiras e canos.
		Polipropeno	Utilizado na fabricação de fibras para tapetes e carpetes, peças de automóvel etc.
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Polímeros sintéticos
Exemplos de polímeros sintéticos derivados de alquenos e suas principais aplicações: