QUIMICA_Un20_Fasc8_Mod4_ProjA_V7_Ceja_Final(1)

Ciências da Natureza e suas T ecnologias • Química 39 Módulo 4 • Unidade 20 P olímer os Para início de conversa... Vo c ê já reparou na quantidade de mat eriais plásticos que utilizamos no nosso dia a dia? Pesquisas estimam que a pr odução mundial de plásticos seja de cerca de 200 milhões de t oneladas por ano. P or isso, podemos afirmar que esta- mos vivendo na “Era dos Plásticos ” , pois a maior parte dos objetos que utilizamos são constituídos totalmente ou em alguma parte por esse material. A origem do termo PLÁSTICOS é do gr ego plastikos, que signi- fica “próprio para ser moldado ou modelado ” . Os plásticos repr esentam um grande avanç o tecnológico , sendo um gran- de triunfo da Química Industrial, uma vez que a maioria dos materiais, an terior- mente feit os de metais, são , agora, constituídos por plásticos. Além do menor cus- to env olvido na sua fabricação, eles (os plástic os) são mais leves (possuem menor densidade) que os metais, possibilitando melhor manuseio . V ocê já imaginou se hoje pegássemos um carro , uma geladeira ou um fogão e substituíssemos todas as suas partes de plásticos por peças de metal? Imagina a dificuldade de loco- moção destes objetos ou até mesmo , para os carros, o aumento do consumo de combustível ao se deslocar em em trechos urbanos! A principal matéria-prima para a produção de polímeros é o petr óleo. Mui- tas vezes podemos pensar que a autossuficiência dest e recurso está relacionada à abundância de combustíveis , tais como gasolina e diesel. Não é ver dade! P ode - abundância de combustíveis , tais como gasolina e diesel. Não é ver dade! P ode - mos afirmar que, além da produção de combustív eis, o petr óleo é a mola mestra para a produção de todos os c onfortos relacionados à vida moderna, tais como Módulo 1 • Unidade 20 40 eletrodomésticos , carros e embalagens. Viver sem petr óleo hoje não é simplesmente ter de ir de bicicleta ou a pé para o trabalho ou para a escola. Observe o quadro abaix o que relaciona a importância do petróleo para a fabricação de polietileno e polipropileno , dois dos mais difundidos plásticos utilizados na modernidade: Figur a 1: Esquema que representa perc entualmente a utilização do petr óleo na fabricação de vários produtos utilizados no dia a dia. Mas afinal, você sabe de que mat erial os plásticos são constituídos? Se sua resposta f oi “sim ” , parabéns! P orém, se sua resposta foi “ não” prepare-se para conhecer mais profundamen te a constituição dos principais plásticos. Bons Estudos!! Objetivos de aprendizagem  Definir os termos polímeros, plásticos , macromoléculas, monômeros;  Classificar os polímeros;  Apresentar os principais polímeros utilizados na indústria;  Discutir a importância da coleta seletiva e da reciclagem de polímeros. Ciências da Natureza e suas T ecnologias • Química 41 Seção 1 P olímer os e Plásticos? È tudo farinha do mesmo “saco”? Desde os primórdios, os humanos usam polímeros na turais, como c ouro , lã, algodão , madeira. Na verdade , os polímeros (do gr ego poly: muitos; meros: par tes ) são macr omoléculas constituídas pela união de pequenas partes, denominadas de monômeros ( mono : único; mero : parte), que estão ligados entre si atr avés de ligações c ovalentes . O DNA, a celulose (madeira) e os carboidratos são classificados c omo polímeros naturais enquant o que os plásticos são denominados polímeros sint éticos. Esta unidade irá estudar os polímeros sint éticos, ou seja, aqueles produzidos pelo homem. Muitos são os processos químic os de produção dos polímeros , mas, basicamente , todos eles têm como obje- tivo aumentar o tamanho de uma molécula. Do ponto de vista c onceitual, o polímero mais simples é o polietileno (ou polieteno), cuja molécula é formada por muitas cen tenas de unidades CH 2 , unidas por ligações co valentes. No exemplo a seguir , obser ve que as moléculas menores “ abrem ” suas ligações duplas, de forma que elas possam se ligar umas as outras, f ormando uma molécula maior (macromolécula). Figur a 2: Em uma reação química, com o auxílio de um catalisador e em det erminadas temperatura e pr essão , o eteno “abr e” a sua dupla ligação , permitindo a ligação de outros átomos à molécula. O polímero pr oduzido é o principal constituinte dos galões de 20L de água mineral. Observe que o n é o número de repetiç ões da unidade molecular básica que está situado entre par ênteses na representação da macr omolécula e está na casa de centenas . Cada macromolécula de um polímer o contém milha- Módulo 1 • Unidade 20 42 res de átomos que se r epetem. Entretant o, t emos de ter em mente que nem toda macr omolécula será um polímero , uma vez que nem todas são constituídas de partes iguais que se repetem ! Os polímeros podem ser divididos em três g rupos, de acordo c om as suas aplicabilidades industriais: borracha ou elastômeros , fibras e plástic os . 1.1 - Os elastômeros , popularmente conhecidos c omo borrachas, são polímeros de alta elasticidade , que po- dem, em condições naturais , deformarem-se e v oltar ao seu estado inicial. Figur a 3: A gura acima represen ta uma estrutra de um polímero inicialmente livr e das tensões (esquerda) e , posteriormen- te, sob a ação de de uma tensão (à dir eita). Observe que as ligações cruzadas existent es em sua estrutura permitem que ele resista melhor à deformação causada pela tensão , aumen tando sua resistência. Mas a borracha natural se rompe quando submetida a tensões muito grandes e tem relativamente pouca durabilidade, pois sofre oxidação quando exposta ao ar atmosférico por longos períodos (borracha me- lada). O problema foi solucionado com o processo de vulcanização, onde o enxofre é usado para ligar cadeias poliméricas vizinhas, dando maior resistência ao tensionamento (impedindo sua ruptura), além de aumentar sua resistência à oxidação no ar e à abrasão . Abrasão Ato de remoção de parte de um material, localizado na superfície, por atrito . A ação de lixar uma parede é um proc esso de abrasão! As borrachas são aplicadas na fabricação de pneus, nas solas de sapatos e em t erminais e junções de peças que sofrem grande esf orço mecânic o. 1.2 - As fibras são ma teriais constituídos geralmente por macr omoléculas lineares, estir ados em filamento , por isso a elevada razão entre c omprimento e as dimensões laterais . P ossuem alta resistência mecânica, pois resist em a Ciências da Natureza e suas T ecnologias • Química 43 uma variação de temperatura de -50º a 150ºC. Sua grande aplicabilidade é na indústria têxtil, sendo que estas fibras podem ser subdivididas em tr ês grupos: fibras naturais (algodão , lã); fibras naturais modificadas (viscose, ray on); fibras sintéticas (poliést er , náilon). 1.3 - Os plásticos , por sua vez, são mat eriais poliméricos encontrados, na sua c omposição final, no estado sólido à temperatura ambient e. Atualmen te, conhec em-se mais de 60 mil plásticos difer entes, e , dentre os cinquenta pr odu- temperatura ambient e. Atualmen te, conhec em-se mais de 60 mil plásticos difer entes, e , dentre os cinquenta pr odu- tos químicos mais utilizados, vin te são plásticos. Seção 2 P olímer os e suas estruturas químicas! A cada dia, os cientistas avançam em seus estudos e no desen volvimento da ciência, a tualmente a variedade de polímeros existen te é muito grande . P ara facilitar o estudo destes mat eriais, os polímeros f oram classificados tam- bém de acordo com sua estrutur a química. 2.1 - Em relação à forma da cadeia polimérica, os polímer os podem ser classificados em:  lineares , quando a cadeia não possuir ramificações;  ramificados quando a cadeia apresenta pequenas cadeias later ais (ramificações);  reticuladas quando as cadeias estão unidas por ligações químicas cruzadas. Figur a 4: Na gura acima, observa-se as diferenças estruturais entr e os três tipos de cadeias poliméricas. Observe que as mo- léculas dos polímeros de cadeia linear estão mais soltas quando comparadas às de cadeia r amicada e mais ainda quando comparadas as que apresen tam ligações cruzadas. Quanto mais solta uma cadeia menor é sua elasticidade . Módulo 1 • Unidade 20 44 Quanto mais ramificada ou cruzada uma cadeia, maior será sua elasticidade . Por e xemplo , o N ylon (material muito utilizado em meias calças femininas) apr esenta grande elasticidade , uma vez que suas estruturas moleculares apresentam-se de f orma cruzada. Figur a 5: Fot o de algumas meias femininas de alta elasticidade. São f ormadas por Nylon que é um polímero sintético . 2.2 - Em relação à sua moldagem ao calor , os polímeros podem ser classificados em:  termorrígidos;  termoplásticos. Polímeros t ermorrígidos são aqueles formados por cadeias cruzadas e não podem ser remodelados, pois o reaquecimento leva a sua decomposição, ou seja, eles não retornam ao seu formato original. Por isso, eles não podem ser reciclados como, por exemplo, o silicone. T ermoplásticos são formados por cadeias linear es ou ramificadas e podem ser remodelados, pois o r eaqueci- mento degrada par cialmente o polímer o. Na indústria, são aplicados na produção de embalagens, eletrodoméstic os, brinquedo, tubulaç ões etc. Seção 3 Os polímer os e suas r eações poliméricas! Atualmente , a fabricação de polímeros sintéticos impulsiona e mo vimenta a indústria química mundialmente. Pesquisas indicam que, por ex emplo, a utilização de sacolas plásticas é de quase 1,5 bilhão por dia, isto é, um pouco mais de 500 bilhões por ano. V ocê já repar ou que (infelizmente!) não viv emos sem sacolas plásticas? Ciências da Natureza e suas T ecnologias • Química 45 Os polímeros sintétic os são produzidos atrav és da reação de polimerização entre seus monômer os. Estas rea- ções podem ser classificadas como reaç ões de polimerização de condensação ou de adição . 3.1 – P olímeros de condensação são aqueles f ormados pela eliminação de uma molécula menor , normalmente de água. Dentre os principais copolímeros e xistentes atualment e, destacam-se o P oli(tereftalato de etileno) – PET , utiliza- do para garrafas de bebida, óleos vegetais , produtos de limpeza; e o P olicarbonato – PC , que é utilizado par a fabrica- ção dos compacts-Discs (CD’ s), garrafas retornáveis, escudo da polícia an tichoque, entr e outros. Figur a 6: Estruturas químicas do PET e do Policarbonat o . V ocê sabia que o PET e o PC, são conhecidos na indústria como plásticos de engenharia ? Estes políme- ros, por apr esentarem propriedades superiores , comparados a outros polímer os, possui proc esso de fabricação com custos mais elevados; logo , os preços destes polímer os são mais caros. O PET , devido ao seu continuo aper feiçoamen to do processo de fabricação e à grande ac eitabilidade nas fábricas de garrafa de refrigerante , passou a ser conhecido como plástico de engenharia par a com- modity (de uso geral). 3.2 – Polímer os de adição – S ão pr oduzidos pela junção simples de pequenas moléculas que possuem ligação dupla. Estas ligações duplas quebram-se, possibilitando uma arrumação que possibilita a união destas unidades . A principal matéria-prima utilizada para produção destes polímer os são os alcenos, devido a sua insatur ação (ligações do tipo pi). Neste proc esso , ocorre a quebra destas ligações para união dos monômeros , que pode ser supe - rior a 100.000, formando assim, moléculas enormes. Alguns ex emplos de polímeros de adição: Módulo 1 • Unidade 20 46 PVC O PVC é usado em tubos, conex ões, telhas . T eflon O politetrafluoretileno f oi descober to acidentalmente , em 1938, por Roy J. P umklett. É utilizado como revestimento em panelas, pois evita a aderência. A tualmente é conheci- do mundialmente pelo seu nome comercial , T eflon. Polietileno O polietileno é um dos principais polímeros que são pro- duzidos mundialmente. Polipr opileno Utilizado em tubos para carga de caneta esf erográfica, ta- petes e carpetes, seringas de injeção , ar mas e peças para máquina de lavar . Poliestir eno É muito utilizado para produção de uma espuma semirrígida com marca comer cial de isopor ® . Além disso, também é utilizado como isolante térmic o e como prote- tor de equipamento . Ciências da Natureza e suas T ecnologias • Química 47 V ocê sabia que devido à natureza de polimerização , os polietilenos podem ser subdivididos em: Polietilenos de baix a densidade (PEBD) e Polietilenos de alta densidade (PEAD)? Os PEBD são formados por moléculas menor es, constituindo materiais mais flexíveis, en tretanto , com uma menor resistência. São utilizados em laminados filmes, recipient es plásticos, embalagens, brinquedos , etc. Já os PEAD , por serem um pouco mais rígidos e com moderada resistência ao impacto , são aplicados em materiais hospitalares, tubos de distribuição de água e gás, tanques de combustíveis aut omotivos ou até mesmo em squeezes , que são aquelas garrafinhas plásticas uti- lizadas para beber água. V ocê sabia que o P olietileno, P olipropileno, P oliestireno e o Policloret o de Vinila (PVC) são conhecidos como os principais plásticos commodities do Brasil? Ist o significa que eles são os plásticos mais comer- cializados no Brasil! Em 1998, 50% dos plásticos produzidos no Brasil f oram de PE, enquanto que de PP e PVC, f oram de aproximadamen te 22% e o de PS, aproximadamen te 5%. Fazendo um polímero em casa Que tal uma fazermos uma experiência? Par a isso, pegue o ma terial discriminado e siga as instruções a seguir . Reagentes  Boráx (Na2B4O7) → Encontrado em farmácias  Cola branca  Anilina (corante de bolo )  02 Béqueres ou 02 copos de vidro de 250mL Módulo 1 • Unidade 20 48  Medidor de volume ou 01 copo descartável para café de 50mL  Bastão de vidro ou palito de picolé . Proc edimento 1. Dilua 04g (01 colher r asa de sobremesa) de bórax em 100mL de água, em um copo . 2. No segundo copo , coloque 50mL de cola branca e adicione 50mL de água, misture bem com o palito de picolé . Em seguida, adicione algumas gotas de corante à mistur a e agite. 3. Misture a solução de bórax à mistura da c ola com água, e com o auxílio do palito agit e bem a solução. Observe o que acontec e. 4. Separe da solução o mat erial formado e manipule- o com as mãos. 5. Após , o termino do experimento lav e bem as mãos com água e sabão . Agora, pense e r esponda às perguntas a seguir: 1. Explique o que v ocê observou, quando misturou as soluções. 2. Que tipo de material f oi formado? 3. Quais materiais , semelhantes a este , encontramos em nosso cotidiano?

QUIMICA_Un20_Fasc8_Mod4_ProjA_V7_Ceja_Final(1)

UFRJ

Química

Continue navegando

Materiais relacionados

Perguntas relacionadas

What is the solubility of AgCl and Ag2CrO4 according to the Mohr method? AgCl: SAgCl = 1,25 x 10-5 mol L-1 Ag2CrO4: SAg2CrO4 = 6,88 x 10-5 mol L-1 ...

Estrutura 1.4 Alguns princípios da mecânica quântica 1.5 Orbitais atômicos 1.6 Penetração e blindagem 1.7 O princípio da construção 1.8 Parâmetro...

Alguns valores do produto iônico da água estão no quadro. T (oC) 10 25 40 Kw 152,9 10 141,0 10 142,9 10 Considerando esses dados, todas as...

Outros materiais