ORGÂNICA II

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Pontifícia Universidade Católica do Paraná
ESCOLA DE EDUCAÇÃO E HUMANIDADES
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
FRANCIELE DE MEDEIROS ROCHA
LORENA LAIS ARAÚJO DOS SANTOS
MARINA FRANCO GUIMARÃES
POLiMERização da RESINA URÉIA-FORMALDEÍDO
CURITIBA
2017
FRANCIELE DE MEDEIROS ROCHA
LORENA LAIS ARAÚJO DOS SANTOS
MARINA FRANCO GUIMARÃES
POLiMERização da RESINA URÉIA-FORMALDEÍDO
Relatório técnico apresentado na disciplina Química Orgânica II do Curso de Graduação em Licenciatura em Química da Pontifícia Universidade Católica do Paraná como forma parcial de avaliação referente à 1aParcial.
Orientadora: Profª. Neoli Lucyszyn Suckow.
Curitiba, setembro de 2017
SUMÁRIO
1	Introdução	3
2	referencial TEÓRICO	4
3	Objetivos	6
3.1	Objetivo Geral	6
3.2	Objetivos Específicos	6
4	Procedimento experimental	7
4.1	MATERIAIS	7
4.2	REAGENTES	7
4.3	metodologia	7
5	RESULTADOS E DISCUSSÃO	9
CONCLUSÕES	10
6	QUESTÕES	11
Referências	13
Introdução 
Resinas de ureia-formaldeído são utilizadas na produção de painéis de aglomerados, laminados, adesivos usados na fabricação de madeiras processadas, revestimentos industriais e resinas, apresentando uma longa história de utilização pela indústria e larga importância econômica. Esta resina é classificada como um polímero de condensação, sendo produzida a partir dos reagentes orgânicos ureia e formaldeído. Suas propriedades físicas centrais são a boa retenção de cor, de nivelamento e de flexibilidade. É considerada uma resina de baixo custo, contudo, expressa pouca resistência às condições de humidade.
Resinas ureia-formol são os principais adesivos usados na fabricação de painéis de madeira processada. O polímero ureia-formaldeído é um polímero tridimensional obtido a partir de ureia e do formaldeído. Quando puro é transparente, e foi por isso usado como o primeiro tipo de vidro plástico, no entanto, ele acaba se tornando opaco e rachando com o tempo, o que pode ser evitado pela adição de celulose, mas ele perde sua transparência. Este polímero é também usado em vernizes e resinas, na impregnação de papeis e outros. 
referencial TEÓRICO
Polímeros ("polymers") são macromoléculas caracterizadas por seu tamanho, estrutura química e interações intra- e intermoleculares. Possuem unidades químicas ligadas por covalências, repetidas regularmente ao longo da cadeia, denominadas meros (“mers”). O número de meros da cadeia polimérica é denominado grau de polimerização, sendo geralmente simbolizado por n ou DP ("degree of polymerization") (MANO; MENDES, p. 3, 2004).
Os polímeros são divididos em três grandes grupos de acordo com seu comportamento mecânico: termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas) (MANO,1985).
Termoplásticos são os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais. A principal característica desses polímeros é poder ser fundido diversas vezes. Dependendo do tipo do plástico, também podem dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, uma característica bastante desejável nos dias atuais. As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis. Apresentam estruturas moleculares lineares, dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados (GORNI, p. 4)
A resina é classificada como sendo um termoplástico. É uma substancia amorfa ou uma mistura, insolúvel em água, mas solúvel em solventes orgânicos, é sólida ou um líquido muito viscoso, que amolece gradualmente por aquecimento (MANO,1985).
Os polímeros podem tanto ser encontrados na natureza, quanto ser produzidos em laboratório. Os naturais podem ser obtidos do couro, madeira, borracha e outros meios (PAVANATI, 2015).
Na forma sintética, os polímeros existem de diversas formas, como líquidos viscosos, fibras, filmes, compósitos, pó e grânulos. Além disso, outra qualidade industrial dos polímeros é a possibilidade de sintetizá-los com um baixo custo econômico, portanto, é amplamente utilizado em diversas indústrias, como as de embalagens e plásticos, têxteis e farmacológicos (HUNT; et.al, 1997).
A reação química que leva à constituição de polímeros através do laboratório, é a polimerização, cuja reação é funcional, capaz de continuar indefinidamente (MANO; MENDES, p. 4, 2004).
Os polímeros são classificados de acordo com suas reações. 1) Polímeros de adição: são formados por reações em que o produto (A – B) mantem todos os átomos presentes nos reagentes, podendo ser homopolímero, copolímero e poli olefinas. 2) Polímeros de condensação: produzidos pela constituição de ligações covalentes entre os monômeros, juntamente pela eliminação de moléculas pequenas. Quando empregada a reagentes disfuncionais, resulta em um polímero de condensação (CAREY; p. 1231 e 1232, 2011).
Para que as resinas de ureia-formaldeído possam ser preparadas e manuseadas, é necessário manter um valor de pH relativamente elevado (meio básico). Posteriormente, adiciona-se ácido (provocando a diminuição de pH) para catalisar a polimerização (FRADE; PAIVA, 2006).
A reação química de polimerização da resina ureia-formaldeído consta na figura 1.
 Figura 1: Reação de polimerização da resina ureia-formaldeído.
Fonte: Livro – Práticas de Química Orgânica, p. 179.
De acordo com Mano e Seabra, as características físicas da resina de ureia-formaldeído é: solubilidade em água e álcool etílico na fase inicial da polimerização, insolubilidade em água e solventes orgânicos após atingir estrutura tridimensional, com ligações cruzadas, e alta viscosidade no produto final.
Objetivos
Objetivo Geral
Produzir um polímero através da reação de polimerização por condensação.
Objetivos Específicos
Os objetivos específicos do trabalho são:
Conhecer o processo de obtenção de polímeros;
Preparar o polímero através da neutralização da mistura, fazendo a devida verificação de pH;
 Realizar a alteração da tonalidade da mistura, com o uso de corante, para a produção de resina colorida;
Preparar o polímero através dos conceitos de catalisador e viscosidade;
Conhecer o processo de moldagem da resina e seu acondicionamento para a solidificação;
Compreender os mecanismos de reação da síntese da resina ureia-formaldeído;
Realizar os procedimentos com o máximo de precisão e exatidão.
Procedimento experimental
MATERIAIS
Erlenmeyer;
Pipeta;
Pêra;
Balança;
Papel alumínio;
Espátula;
Banho-maria;
Banho de gelo;
Molde de plástico;
Corante.
REAGENTES
Ureia;
Formaldeído;
Hidróxido de Sódio (10%);
Ácido sulfúrico (30%);
Fenolftaleína. 
metodologia
Foram pesadas seis gramas de ureia em uma balança semi analítica, com auxílio do papel alumínio e espátula, depositou-se no erlenmeyer. Em seguida, utilizando a pera e a pipeta, coletou-se dez mililitros de formaldeído e dois mililitros de hidróxido de sódio 10%, que foram transferidos para o mesmo erlenmeyer. Em seguida, a mistura foi aquecida em banho-maria à 80°C por um período de 15 minutos em constante agitação. 
Logo após, foi feito o resfriamento da mistura através de um banho de gelo por aproximadamente 10 minutos, realizando agitação constante com movimentos circulares. 
Depois, o erlenmeyer foi retirado do banho de gelo e à mistura foram adicionadas duas gotas de fenolftaleína e treze gotas de solução de ácido sulfúrico 30%. Em seguida, foi acrescentada uma gota de corante azul à mistura.
Por fim, aqueceu-se novamente a mistura em banho-maria à uma temperatura de aproximadamente 80°C e onde foram inseridas quatro gotas de solução de ácido sulfúrico 30%. Em seguida, despejou-se a mistura em um molde de plástico. O material devidamente adicionado, permaneceu em estufa a 50°C. 
Sete dias após o procedimento realizado, removeu-se do molde o composto formado para visualização do produto resultante.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A polimerização da resina ureia-formaldeído,descrita no procedimento experimental acima, ocorreu por condensação. O formaldeído foi responsável pela ligação cruzada, ou seja, pelas ligações entre as moléculas lineares gerando polímeros tridimensionais que possuem elevada massa molar.
Ao misturar a ureia com o formaldeído, observou-se certo resfriamento da mistura, já que a ureia absorve calor, em uma reação endotérmica. Em seguida, ao adicionar o NaOH 10%, notou-se um aquecimento da mistura, mostrando que ocorreu uma reação exotérmica e formando uma solução esbranquiçada. Nessa etapa, o hidróxido de sódio agiu como um catalisador alcalino na reação, e ocorrem a formação de dímeros.
Durante o banho-maria ocorreu a total solubilização da ureia e, em seguida, no banho de gelo, formou-se uma leve turbidez na mistura, que se encontrava ainda alcalina. 
As gotas de fenolftaleína adicionadas nessa etapa, serviram de indicador para que se adicionasse à quantidade certa de ácido clorídrico somente até a neutralização da solução. O HCl entra como um catalisador da reação acelerando o processo de formação do polímero e a liberação de água no meio.
Ao levar novamente a mistura ao banho quente (cerca de 80ºC) e seguir adicionando ácido, ocorreu a evaporação da água liberada no meio proveniente da reação de polimerização, tornando o produto final puro e, portanto, viscoso com uma textura de mingau.
Nessa etapa do procedimento, por falta de experiência com a reação, foi adicionado ácido em excesso, o que ocasionou uma consistência maior do que a desejada. Para colocar a resina na forma de plástico, foi necessária a utilização de um bastão de vidro e espátula para assentar a "massa" à forma.
O produto final foi colocado na estufa a 50ºC para que fosse finalizado o processo de secagem. Apesar do pequeno deslize, foi possível enfornar o polímero e verificá-lo corretamente após os sete dias.
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CONCLUSÕES
Tendo em vista que a polimerização é um procedimento que demanda grande atenção, apesar de ser preciso, esta prática agrega grandes conhecimentos sobre síntese, neutralização, catalisador, consistência, mecanismo de reação e uso apropriado de equipamentos para quem a realiza.
Na prática em questão, o produto final não foi tão satisfatório, e a causa responsável foi o erro no preparo da consistência da resina. Infelizmente adicionaram-se gotas a mais da solução de ácido sulfúrico 30%, não produzindo uma mistura consistente, mas sim uma mistura endurecida, portanto, o objetivo de evitar imprecisão, não foi alcançado. Entretanto, fora este equívoco de quantidade, houve sucesso em seguir a metodologia empregada e realizar a polimerização que seguisse todas as etapas. Desta forma, os resultados obtidos foram satisfatórios para o aprimoramento dos conhecimentos prévios sobre catalisador e mecanismo de reação envolvendo compostos orgânicos.
QUESTÕES
Escreva o mecanismo utilizado na síntese da resina ureia-formaldeído.
R: Em anexo (anexo A).
Pelo mecanismo de reação apresentado na síntese da resina ureia-formaldeído qual dos reagentes se comporta como nucleófilo e eletrófilo? Justifique sua resposta.
R: Inicialmente, a ureia é atacada pelo grupo OH- do Hidróxido de Sódio, que neste caso é o agente nucleófilo. Na segunda etapa, a ureia fica negativa por ter perdido um próton, e então se torna um agente nucleófilo atacando o formaldeído, de maneira a formar uma única molécula.
Na primeira fase do processo de síntese da resina ureia-formaldeído ocorre a formação da dimetilol-ureia. Explique quais são os efeitos presentes nessa fase inicial da reação.
R: Os efeitos envolvidos são a ressonância é o efeito indutivo por eletronegatividade. Para a liberação de H+ na primeira etapa foi necessária a ressonância deixando o Nitrogênio negativo, na segunda etapa foi o efeito de ressonância que permitiu a ligação das duas moléculas e, em seguida, o efeito indutivo do oxigênio que permite a liberação de H+ da água, assim por diante.
Na reação de obtenção da resina ureia-formaldeído foi utilizado como catalisador o ácido sulfúrico. Entretanto, outros ácidos como o ácido bórico ou ácido clorídrico também poderiam ser usados. Qual dos três ácidos tem ação mais efetiva como catalisador da reação? Justifique sua resposta com base na acidez desses compostos.
R: Nos termos de acidez e basicidade de Bronsted-Lowry, ácido e aquele que doa próton (H+). Neste caso, analisando as moléculas do ácido sulfúrico, ácido bórico e ácido clorídrico (H2SO4, H3BO3 e HCl, respectivamente), conclui-se que o ácido sulfúrico ainda é o mais eficiente para catalisar a reação, já que é a molécula que apresenta maior força eletronegativa concentrada, podendo acomodar um par de elétrons livres mais facilmente que as outras e liberando assim um H+ de sua molécula.
Os três ácidos são capazes de se ionizar e catalisar a reação, porém o mais facilmente ionizável é o H2SO4.
A reação de síntese da resina ureia-formaldeído é chamada de polimerização por condensação. Por que recebe esse nome? 
R: A síntese da resina ureia-formaldeído é uma polimerização por condensação, onde ocorre uma reação exotérmica entre monômeros de diferentes grupos orgânicos e a liberação de uma molécula pequena no processo (no caso da resina ureia-formaldeído, ocorre a liberação de água).
Referências
CAREY, Francis A. Química Orgânica: volume 2. 7ª Edição. São Paulo: AMGH Editora Ltda, 2011. 1231 e 1232 p.
FRADE, Jorge R.; PAIVA, Ana Teresa. Polimerização de uma Resina de Ureia-formaldeído: plásticos, vidros e novos materiais – unidade 3. 1ª edição. Aveiro, Portugal: Universidade de Aveiro, 2006. 2 p.
GORNI, Antonio Augusto. Inga Projetos. Introdução aos Plásticos. Disponível em: <http://ingaprojetos.com.br/download/INTRODUCAO_AOS_PLASTICOS[1].pdf>. Acesso em: 16 set. de 2017.
HUNT, B.J, et.al, Polymer Characterization. 2ª edição, Springer-Science+Bussness Media, B.V, 1997. p 2.
MANO, Eloisa Biasotto. Introdução a Polímeros.	Rio de Janeiro: Edgard BucherLtda, 1985. 111 p.
MANO, Eloisa Biasotto; MENDES, Luís Cláudio. Introdução a Polímeros. 2ª Edição. São Paulo: Edgard Blucher, 2004. 3 e 4 p.
MANO, Eloisa Biasotto; SEABRA, Affonso do Prado. Práticas de Química Orgânica. 3ª edição. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 1987. 179 p.
PAVANITI, H.C, Ciência e tecnologia dos materiais, Pearson, 2015. p 132.