Polímeros são um conjunto de macromoléculas geralmente orgânicas, que resultam da união de moléculas mais simples chamadas de monômeros através de ligações químicas do tipo covalente. Assim, estruturas moleculares longas unidas por forças diferentes (pontes de hidrogênio, forças de Van der Waals ou interações hidrofóbicas) são constituídas.
Os polímeros podem ser de origem natural ou sintética, mas sempre resultam de um processo denominado de polimerização, no qual fenômenos como temperatura, tempo de reação ou a natureza dos monômeros determinam o comprimento da cadeia resultante.
Essas estruturas complexas são vitais para a evolução de seres vivos complexos (a molécula de DNA é um polímero), bem como substâncias industriais orgânicas altamente versáteis no mundo moderno, como plásticos e outros derivados do petróleo.
Características dos polímeros
Origem
A palavra polímeros vem da união de duas palavras gregas: polys (“muitos”) e garoupas (“partes, segmentos”), e assim foram nomeadas pela primeira vez em 1866 por Marcelino Berthelot.
Muitos dos materiais utilizados pela humanidade desde a antiguidade são polímeros, como madeira, lã ou seda, e a partir de sua modificação foi possível obter formas mais resistentes e úteis deles, antes mesmo de entender muito sobre sua complexidade molecular. O primeiro polímero totalmente sintético foi obtido em 1907, quando o holandês Leo Hendrik Baekeland desenvolveu a baquelite, a partir de fenol e formaldeído.
O estudo formal dos polímeros começou, no entanto, em 1922, quando o alemão Herman Staudinger determinou (1926) que eles eram longas cadeias moleculares, e iniciou o processo de sua nomenclatura e compreensão, assentando as bases para a ciência macromolecular. Este último tomaria um impulso definitivo após a Segunda Guerra Mundial e a partir da segunda metade do século XX viria uma verdadeira revolução dos polímeros sintéticos.
Nomenclatura
Além dos padrões IUPAC estabelecidos para nomear substâncias químicas, os polímeros são geralmente denominados levando o nome do monômero base para conformação, precedido pelo prefixo poli (“muitos”). Assim, falamos de poliestireno, polietileno, etc.
Outra maneira comum é adicionar a palavra “caúcho”, “borracha” ou “acrílico” antes do nome dos copolímeros, como borracha de estireno-butadieno, ou resina de fenol-formaldeído.
Finalmente, existem alguns polímeros dotados de nomes próprios, geralmente derivados das marcas que os comercializavam, como o nylon (poliamida), o teflon (politetrafluoretileno) ou o neoprene (policloropreno).
Tipos de polímero
Os polímeros são geralmente classificados de acordo com sua origem, em:
- Naturais: Os de origem natural, são provenientes da natureza, como aminoácidos ou proteínas.
- Semissintéticos: Eles são obtidos a partir da transformação de polímeros naturais.
- Sintéticos: Obtidos industrialmente pela manipulação de monômeros orgânicos.
Da mesma forma, eles podem ser classificados com base em sua estrutura química, em:
- Orgânicos: Aqueles cuja cadeia de moléculas é composta principalmente de carbono (C).
- Orgânicos vinílicos: Eles apresentam principalmente átomos de carbono, mas combinados com outras formações de halogênios, estirenos ou olefinas.
- Orgânicos não vinílicos: Eles apresentam oxigênio (O) e nitrogênio (N) além dos átomos de carbono.
- Inorgânicos: Eles podem ser baseados em enxofre (S) ou silício (Si).
Finalmente, de acordo com sua estrutura, podemos falar sobre:
- Homopolímeros: Compostos pela mesma macromolécula de repetição.
- Copolímeros: Compostos por duas moléculas que se repetem sucessivamente na cadeia.
Características químicas dos polímeros
Eles geralmente são maus condutores de eletricidade, portanto eles são frequentemente usados como isolantes. Também é comum apresentarem eletrocromismo (mudança de cor antes da eletricidade) e, em alguns casos, fosforescência ou fluorescência.
Polímeros sintéticos não são muito reativos, embora a presença de ácidos e solventes orgânicos geralmente os corroa rapidamente.
Características físicas dos polímeros
Polímeros são geralmente cristalinos, em casos de estruturas mais ordenadas, embora sua apresentação possa ser muito variada. Em baixas temperaturas, elas reagem adquirindo mais dureza e propriedades vítreas, enquanto em temperaturas mais altas, elas se mostram mais elásticas até atingirem sua temperatura de fusão (Tf), na qual suas células cristalinas se fundem. Muito mais alta é a temperatura de decomposição, em que as ligações entre os monômeros se dissolvem.
Em termos gerais, os polímeros mais interessantes são suas propriedades mecânicas: viscoelasticidade, elasticidade, fluxo de plástico e fratura, o que os torna materiais adequados para inúmeras atividades industriais.
Estrutura dos polímeros
Normalmente, três tipos de estrutura são identificados nos polímeros: lineares (cadeias longas de monômeros em linha reta), radiais (polímeros de estrutura circular) e ramificados (cadeias divergentes de polímeros, como galhos de uma árvore).
Polimerização
O processo de construção do polímero é a polimerização, e consiste na união por ligações covalentes dos diferentes monômeros que o compõem. Este processo pode ser de dois tipos:
- Por condensação: Resulta em copolímeros e homopolímeros, através da perda de uma molécula pequena (de água, por exemplo) em cada ligação monomérica. Também é conhecido como polimerização em etapas.
- Por adição: Ocorre em um processo trifásico: iniciação, propagação e terminação, durante a qual ocorre uma quebra homolítica e os monômeros se unem.
Defeitos dos polímeros
O spolímeros industriais frequentemente têm defeitos, que têm a ver com a distribuição não homogênea de seus monômeros, ou a contaminação da cadeia com elementos estranhos à substância. Normalmente, esses defeitos não são percebidos a olho nu e exigem exame por microscópios LUMOS.
Aplicações dos polímeros
Os polímeros são extremamente versáteis. Sua resistência à condução elétrica os tornou ideais para revestimentos e isoladores, bem como alguns pontos de fusão muito altos também servem para isolar utensílios de cozinha. Em outros casos, são materiais de construção adequados para revestimentos e impermeabilização ou como material estrutural.
Muitos polímeros derivados do petróleo são a matéria-prima para a fabricação de plásticos de todos os tipos e funções, desde embalagens, ferramentas, peças, brinquedos, etc.
Exemplos de polímeros
Polímeros são extremamente abundantes no mundo. Alguns conhecidos são:
- Celulose: A proteína da qual a madeira e o papel são feitos.
- DNA: O ácido desoxirribonucleico presente no núcleo das nossas células é um bom exemplo de um polímero natural.
- O PCV: Policloreto de vinila, é obtido pela polimerização de cloreto de vinila e é um dos derivados plásticos mais versáteis que existem.
- Amido: O amido é uma substância branca, inodora e insípida, composta de dois tipos de açúcares pelas plantas como material de reserva de energia.
- Nylon: Conhecido como nylon ou náilon, é uma poliamida, usada na fabricação de meias femininas tradicionais, bem como para cordas, paraquedas e outros milhares de insumos têxteis.
- Baquelite: A primeira substância plástica sintética é utilizada na produção industrial de caixas de eletrodomésticos, utensílios de cozinha, etc.