Polímeros | Introdução e Diferença Para os Monômeros

O termo polímero vem do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição). Dessa forma, polímero é uma macromolécula composta por milhares de unidades de repetição denominadas meros, que se unem por meio de ligação covalente. Para produzir um polímero, utilizam-se moléculas muito pequenas com uma única unidade de repetição denominada monômero.

Os monômeros precisam apresentar no mínimo dois pontos reativos (bifuncionalidade), que podem ser presença de grupos funcionais reativos ou insaturações reativas.

Por meio de reações de polimerização os monômeros se ligam covalentemente uns aos outros formando os polímeros. Dependendo da estrutura química do monômero, do número médio de meros por cadeia e do tipo de ligação covalente, os polímeros são classificados em três classes diferentes: plásticos, borrachas e fibras.

A massa molar do polímero pode variar de 1000 a \(10^6\) u e isso afeta muito as propriedades físicas do polímero. Estas alterações tendem a ser menores com o aumento do comprimento da cadeia, como mostra o gráfico abaixo.

  A quantidade de meros que a cadeia polimérica irá apresentar é chamada de grau de polimerização e é representada pela letra n:

Monômeros → Polímero

A + A + A + A + ... → [– A – A – A – A –]

[– A –]\(_n\)

Existem diversos polímeros naturais, como as proteínas, a celulose, o látex e a borracha natural. Porém, existem também os polímeros produzidos em laboratório, denominados polímeros sintéticos, que podem ser divididos em dois grupos: polímeros de adição e polímeros de condensação.

A polimerização por adição ocorre em monômeros insaturados. Durante a polimerização (sob altas temperaturas e pressões, podendo ou não ser na presença de catalisadores), a ligação π é rompida e ocorre a formação de duas novas ligações simples, permitindo, assim, que a molécula se ligue a outra molécula cuja dupla ligação também foi rompida. Formam-se, dessa forma, polímeros de adição com cadeias compridas. Não são formados subprodutos neste tipo de polimerização!

Principais polímeros de adição:

Polietileno

Os polietilenos são excelentes óleos lubrificantes e apresentam massa molecular relativamente baixa. Aqueles que possuem massa molecular média são parecidos com as ceras. Já os de cadeias maiores geram polímeros duros e resistentes a altas temperaturas.

O polietileno é insolúvel, isolante elétrico e inatacável por base ou ácido. Suas principais aplicações incluem recobrimento de cabos para velas de ignição, em fios telefônicos, fabricação de tubos plásticos, recipientes domésticos, dentre outros.

Teflon (politetrafluoretileno)

O teflon é caracterizado por sua elevada inércia química, que o torna extremamente resistente ao ataque de todos os materiais reativos, com exceção dos materiais alcalinos fundidos. Sua superfície é bastante lisa e aguenta elevadas temperaturas sem fundir. Por isso, é aplicado, principalmente, como revestimento antiaderente de panelas, frigideiras, etc.

PVC

Dentre as aplicações do PVC temos toalhas de mesa, garrafas de água, cortina para banheiros, tubulações de encanamentos, couro artificial para estofamento, etc.

A polimerização por condensação envolve dois monômeros diferentes, com moléculas pequenas como subproduto (\(H_2O\), \(CO_2\), etc.).

Neste tipo de polimerização, não é necessário que os monômeros apresentem insaturação, contanto que eles possuam dois grupos funcionais diferentes.

Exemplos de polímeros de condensação

Baquelite (polifenol)

A baquelite, ou polifenol, é obtida a partir da condensação do aldeído fórmico (metanal) com o fenol comum (hidroxibenzeno). É usada, principalmente, como isolante na fabricação de materiais elétricos (tomadas, pinos, plugues, etc.).

Poliamida (náilon)

A poliamida, mais conhecida como náilon, foi a primeira fibra têxtil sintética a ser produzida e foi obtida pela condensação do ácido adípico (hexanodioico) com o hexametilenodiamina.

O náilon queima com dificuldade e apresenta elevada resistência aos agentes químicos, à água quente e aos óleos. Os fios de náilon possuem alta resistência à tração e, a partir deles, são produzidos o velcro e os tecidos usados em meias femininas, roupas íntimas, biquínis, maiôs, shorts, bermudas, dentre outras roupas esportivas.

As poliamidas podem, ainda, ser moldadas em outros formatos para fabricação de parafusos, engrenagens e pulseiras para relógios. Além disso, por ser um material inerte ao organismo e que não causa reação inflamatória, a poliamida pode, também, ser usada para suturas em ferimentos.

Copolímero é um polímero que apresenta mais de um mero diferente em sua cadeia. Cada um dos monômeros usados na copolimerização é chamado de comonômero.

Alguns exemplos de copolímeros são:

Poli (hidroxibutirato-co­-hidroxivalerato)

Poli [estireno-co­-(metacrilato de metila)]

Os polímeros naturais incluem a borracha, os polissacarídeos (como a celulose, o amido e o glicogênio) e as proteínas.

Borracha

A borracha natural é um polímero de adição e é obtida da árvore Hevea brasiliensis (seringueira) por meio de incisão feita em seu caule, de onde vem um líquido branco de aspecto leitoso mais conhecido como látex.

O monômero da borracha natural é o 2-metil-1,3-butadieno (isopreno), cuja fórmula estrutural é:

A reação de polimerização da borracha natural se dá na própria seringueira com a ajuda de uma enzima:

A borracha natural é gerada a partir da precipitação do látex proveniente da seringueira e consiste em uma massa viscosa. Essa borracha é quebradiça em dias frios, e muito gosmenta em dias quentes, por isso, sua utilização é limitada.

A massa viscosa obtida é aquecida com enxofre e produz a borracha vulcanizada por meio do processo de vulcanização. A borracha vulcanizada é um material bem elástico e resistente ao atrito. Além disso, não sofre alterações muito significativas com pequenas variações de temperatura.

A estrutura abaixo mostra um pequeno fragmento da cadeia da borracha vulcanizada. A união de uma cadeia com a outra, de forma paralela, como mostra a figura, se dá por meio de ligações cruzadas.

As ligações cruzadas são ligações covalentes formadas entre duas cadeias poliméricas, mantendo-as unidas por força primária, formando uma rede tridimensional. É necessária uma energia tão alta para quebrar essas ligações cruzadas, que acabaria degradando toda a cadeia polimérica.

Os polissacarídeos como a celulose, o amido e o glicogênio são polímeros de condensação e são obtidos a partir da polimerização dos monossacarídeos, que possuem fórmula molecular \(C_6H_{12}O_6\). Sua formação está mostrada no esquema a seguir:

Monossacarídeo     →    Dissacarídeo + \(H_2O\)

\(C_6H_{12}O_6\)                            \(C_{12}H_{22}O_{12}\)

   Glicose                                 Sacarose

   Frutose                                 Lactose

  Galactose                              Maltose

A sacarose, mais conhecida como açúcar de cana ou açúcar comum é o dissacarídeo mais importante.

Os polissacarídeos, como o amido, o glicogênio e a celulose, são formados pela união de várias moléculas de monossacarídeos.

n \(C_6H_{12}O_6\) → (\(C_6H_{10}O_5)_n\) + (n – 1) \(H_2O\)

        Glicose → amido, glicogênio e celulose

O amido é a principal fonte de carboidratos para o organismo humano. É encontrado nos grãos das sementes e nas raízes de diversas plantas, como a batata, o trigo, o arroz, o milho, a mandioca, o centeio e a cevada.

A celulose, por sua vez, é o polissacarídeo mais abundante na natureza e não é digerida pelo ser humano.

As proteínas, ou polipeptídeos, são polímeros de condensação formados da condensação e α-aminoácidos presentes nas células. Algumas proteínas são encontradas na estrutura dos organismos, como pele, cabelo e fibras musculares. Outras, denominadas enzimas, funcionam como catalisadores nas reações químicas. Outras, ainda, denominadas hormônios, atuam como reguladores do organismo, fazendo parte do sistema imunológico.

De forma genérica, os α-aminoácidos podem ser representados da seguinte forma:

R representa os diversos agrupamentos que característicos dos diferentes aminoácidos.

As proteínas são formadas pela interação entre o grupo ácido (– COOH), presente em uma molécula do aminoácido, com o grupo básico (– \(NH_2\)), presente em outra molécula. Nesse processo, ocorre a eliminação de uma molécula de água e a formação de uma ligação amídica ou peptídica:

O exemplo abaixo mostra a interação entre a glicina e a alanina, originando um dipeptídeo:

As proteínas ou polipeptídeos são formados a partir da união de (n) α-aminoácidos, como está representado abaixo:

Cada proteína possui sua própria sequência de α-aminoácidos (α-aa), chamada estrutura primária, que identifica os α-aa presentes e a sua sequência, originando, assim, uma cadeia principal, na qual os grupos R constituem cadeias laterais.