Trabalho - Polímeros - 2023-1

Roteiro para o Trabalho sobre Polímeros UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA INSTITUTO DE QUÍMICA Química Orgânica III Roteiro para Elaboração do Trabalho sobre Polímeros Prof. Dr. Welington de Oliveira Cruz Tópicos básicos a serem abordados: • Introdução: conceito, polímeros de crescimento por etapas (antigamente conhecidos como polímeros de condensação), polímeros de crescimento em cadeia (antigamente conhecidos como polímeros de adição)...; • Polimerização: aniônica, catiônica e radicalares, mecanismos em geral, exemplos e aplicações...; • Copolimerização: conceitos, obtenção experimental de copolímeros, controles em geral e exemplos de aplicações práticas...; • Estereoquímica: catalisadores que permitem o controle estereoquimico, exemplos e aplicações práticas...; • Propriedades: propriedades gerais de polímeros como: cristalinidade, elasticidade,...; • Biopolímeros: tipos e exemplos e suas aplicações. Obs.: São sugestões do mínimo que deve conter o trabalho. Roteiro para o Trabalho sobre Polímeros BIBLIOGRAFIA: Geral para a disciplina: 1. SOLOMONS, T. W. Graham; Fryhle, Craig B. Química Orgânica, vol. 1 e 2, 9a ed. LTC, 2009. UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA INSTITUTO DE QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA III Polímeros ALUNA: Laura PROFESSOR: Welington de Oliveira Cruz UBERLÂNDIA 2023 1. Introdução Polímeros são macromoléculas formadas por unidades de repetição. Essas unidades de repetição são chamadas monômeros e a reação que une esses monômeros é chamada polimerização. A polimerização pode ocorrer através de reações de adição em cadeia, formando polímeros de crescimento em cadeia, ou por reações de condensação, formando polímeros de crescimento por etapas. Nos próximos tópicos discutiremos mais a respeito dessas espécies. 2. Polimerização Como visto na introdução, a polimerização pode ocorrer através de reações em cadeia. Nesse sentido, ela pode ocorrer através de uma reação radicalar, catiônica ou aniônica. Na polimerização radicalar, tem-se um monômero contendo uma ligação dupla, que é rompida. Dessa forma, os monômeros vão sendo adicionados um a um nessa cadeia. Ou seja, tem-se uma polimerização de alcenos via radical, que é uma reação de adição. De forma geral, o mecanismo pode ser representado da seguinte forma: Nele, pode-se perceber que existem três etapas principais. A primeira delas é a etapa de iniciação onde o radical é produzido. Em seguida, tem-se a etapa de propagação onde os monômeros vão se adicionando sucessivamente a cadeia. E, por fim, a etapa de terminação quando dois radicais se encontram e reagem entre si, terminando o crescimento da cadeia de radicais livres. Um exemplo desse tipo de polimerização é a da formação do PVC, muito usado em forros para casa, a partir do cloreto de vinila. Já na polimerização catiônica, o iniciador catiônico transfere carga para o monômero, o que o torna reativo. O mecanismo a seguir ilustra isso. Esse tipo de polimeriação é limitada a alcenos com substituintes doadores de elétrons e heterociclos. Esse mecanismo é muito utilizado para a produção do PVK, por exemplo. A polimerização aniônica, por sua vez, é um tipo de polimeriação via adição iniciada por um ânion, como mostra o mecanismo a seguir. Porém, esse tipo de polimerização apresenta muitas variações a depender do monômero. Um exemplo de polimerização aniônica é a produção do poliestireno iniciada pelo sec-butil-lítio. 3. Copolimerização Na introdução também foi visto que a polimerização também pode ser feita por reações de condesação. Nesse caso, ocorre a copolimerização onde o polímero resultante é formado pela adição de monômeros diferentes. Os polimeros de crescimento por etapas mais conhecidos são as poliamidas, os poliésteres, as poliuretanas e as resinas de formaldeído. O nailon 6, é um exemplo de poliamida que é um termoplástico de excelente desempenho o qual pode ser usado em rodas, engrenagens roldanas, parafusos, etc. Ele é produzido a partir da caprolactama, como mostra a reação a seguir. Um fator a se levar em consideração nesse tipo de polimeração é o controle de temperatura para que as reações de copolimerização ocorram de forma adequada. 4. Estereoquímica A polimerição de crescimento em cadeia pode gerar polímeros com carbonos quirais. Isso pode gerar três arranjos gerais. Se a estereoquímica nos estereocentros é randômica, o polímero é atático. Se houver uma alternância regular entre os carbonos vizinhos pela configuração R e S, o polímero é sindiotático. E, se todos os carbonos quirais forem R ou se todos forem S, o polímero é dito isotático. Alguns catalisadores conseguem fazer o controle estereoquímico das reações de polimerização. Dependendo do catalisador utilizado, a reação pode ocorrer para a formação preferencial do produto atático, sindiotático ou isotático. Os catalisadores Ziegler-Natta, como são chamados atualmente, são preparados pelos haletos de metal de transição e um agente redutor. Eles são empregados geralmente como sólidos suspensos e a polimerização provavelmente ocorre nos átomos de metal sobre superfícies das partículas. Os polipropilenos sindiotáticos e isotáticos normalmente são produzidos com o uso de catalisador. Os PP, como são chamados, são muito utilizados para a produção de embalagens, baldes, etc. 5. Propriedades Os polímeros possuem diversas propriedades. Aqui nesse tópico vamos abordar algumas delas. A cristalinidade está relacionada com a forma com a qual essas longas cadeias poliméricas estão organizadas. Assim, um cristal é formado quando as moléculas poliméricas apresentam ordem de longo alcance, ou seja, estão ordenadamente empacotadas ao longo de grandes distâncias atômicas. Por outro lado, alguns polímeros não se cristalizam, estes são conhecidos como polímeros amorfos. As propriedades mecânicas dos polímeros compreendem a resposta ou a deformação dos materiais no momento em que eles são expostos a algum tipo de carga. Dentro dessa propriedade, existem alguns tipos de forças que podem ser aplicadas. Essas forças, por sua vez, são aplicadas e no momento em que o polímero a sofre, é possível identificar o quão deformado ele ficará. Nesse momento será possível verificar qual é a resistência do material. A elasticidade, por exemplo, é uma propriedade mecânica dos polímeros. A borracha é um exemplo de polímero com alta elasticidade As propriedades térmicas e termodinâmicas dos polímeros também são capazes de avaliar a sua resistência. Os materiais poliméricos possuem uma condutividade térmica. Isso significa que quando expostos a baixas ou altas temperaturas, eles sofrem algum tipo de reação que pode deformá-lo de algum modo. Assim, as propriedades térmicas servem para que seja avaliada a resistência térmica de um polímero, expondo o material a uma temperatura anormal para verificar o quão resistente ele é. Outra propriedade a ser citada é a degradação. Sabe-se que, normalmente, os polímeros apresentam um tempo de degradação muito alto, se decompondo de maniera muito lenta no meio ambiente. Algumas sacolas podem demorar cerca de 20 anos para se decompor, por exemplo. Ou seja, são materiais muito resistentes. 6. Biopolímeros Os biopolímeros são polímeros produzidos pelos seres vivos. Por exemplo, as proteínas são biopolímeros formada pelas unidades monoméricas que são os aminoácidos. Hoje em dia, muito se estuda sobre a utilização de biopolímeros no intuito de substituir por uma forma mais sustentável. As sacolas biodegradáveis, por exemplo, são produzidas a partir do amido do milho que é um biopolímero formado pelos monossacarídeos (monômeros). 7. Referências bibliográficas [1] SOLOMONS, T. W. Graham; Fryhle, Craig B. Química Orgânica, vol. 1 e 2. 9 ed. LTC, 2009