Fenômeno da Isomeria - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Fenômeno da Isomeria - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre o fenômeno da Isomeria, história, tipos de isomeria, isômeros estruturais, polímeros, classificação, elastômeros.
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Isomeria

A descoberta do fenômeno da isomeria, na primeira metade do século XIX, mostrou que as propriedades das substâncias químicas não dependem unicamente de sua composição, mas também do arranjo espacial dos átomos dentro da molécula.

Isomeria é o fenômeno relacionado à existência de dois ou mais compostos químicos com fórmulas e pesos moleculares idênticos, mas propriedades diferentes. Por ser menos freqüente nos compostos inorgânicos, é considerada uma qualidade própria das substâncias orgânicas. O grande número de combinações possíveis das longas cadeias de carbono favorece seu aparecimento. O conceito de isomeria envolve, portanto, aspectos relacionados com a posição dos átomos na molécula e a natureza das ligações atômicas. Um bom exemplo de isomeria é o dado pela fórmula C2H4O2, que se refere de uma só vez a três compostos diferentes.

História

Os primeiros isômeros identificados foram o fulminato de prata, preparado em 1824 pelo químico alemão Justus von Liebig, e o cianato de prata, preparado no ano seguinte por Friedrich Wöhler. Verificando que as fórmulas das duas moléculas eram idênticas (AgCNO), concluiu-se que o arranjo espacial dos átomos era diferente. Em 1830 o químico Berzelius observou que, na obtenção do ácido tartárico, originavam-se duas formas diferentes da mesma composição e formulou a primeira definição de isomeria, distinguindo-a da polimeria, que consiste no fenômeno da formação de substâncias compostas a partir da repetição de um determinado agrupamento chamado monômero.

Tipos de isomeria

Foram descritos dois tipos de isomeria: a estrutural e a espacial. A isomeria estrutural engloba todos os casos em que os isômeros são identificados por meio de suas fórmulas estruturais, com átomos ligados de maneira diferente. É classificada em isomeria de posição, de cadeia, de função e de compensação (metameria). Já a isomeria espacial abrange os casos em que os isômeros só podem ser identificados pelo desenvolvimento de sua fórmula espacial. É dividida em isomeria ótica e geométrica (cis-trans).

Isômeros Estruturais

Nos isômeros estruturais, há diferenciação na ordem na qual os átomos estão ligados. Especificamente, o butano é um alcano de "cadeia linear", enquanto o 2-metilpropano possui uma cadeia de carbonos ramificada.

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Isomeria estrutural é comum entre todos os tipos de compostos orgânicos. Veja os seguintes exemplos:

1. Os três isômeros estruturais do alceno C4H8:

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2. Os dois isômeros estruturais do álcool de três carbonos C3H7OH:

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3. Os dois isômeros estruturais, éter dimetílico e álcool etílico, ambos com a fórmula molecular C2H6O:

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Isomeria de posição

Quando os isômeros pertencem à mesma função, possuem o mesmo tipo de cadeia carbônica, porém diferem quanto à posição relativa de um radical ligado à cadeia, a isomeria é denominada isomeria de posição. São exemplos as substâncias representadas pela fórmula C3H8O (não se considera o éter, que é de outra função).

Isomeria de cadeia

Quando os compostos pertencem à mesma função química, mas diferem quanto ao tipo de cadeia carbônica, diz-se que ocorre o fenômeno de isomeria de cadeia. As cadeias podem ser abertas ou fechadas e normais ou ramificadas. É o caso do propeno e do ciclopropano (fórmula C3H6).

O mesmo ocorre com o butano e o metil-propano ou isobutano.

Isomeria de função

Quando os compostos de mesma fórmula química possuem grupos funcionais diferentes, a isomeria é chamada de isomeria de função. Pode ocorrer entre aldeídos e cetonas.

Isomeria de compensação (ou metameria)

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Num caso particular da isomeria de posição, toma-se como referência a posição relativa de um heteroátomo ou de uma insaturação da cadeia. Os compostos de cadeia heterogênea, como os éteres ou ésteres, apresentam esse tipo de isomeria. Com a fórmula C4H10O, por exemplo, representam-se os éteres:

Tautomeria

Considerada um caso especial de isomeria de função, a tautomeria consiste no equilíbrio dinâmico entre dois isômeros. Um transforma-se no outro pela migração de um átomo de hidrogênio na molécula. É o caso, por exemplo, do aldeído acético e do álcool vinílico:

O álcool vinílico, apesar do nome, não é um álcool, porque apresenta a hidroxila presa a um carbono insaturado. Pertence a um grupo de compostos muito instáveis, chamados enóis. Uma pequena quantidade de aldeído se decompõe quando dissolvido em água, para dar origem ao álcool vinílico. Como essa substância é instável, também sofre decomposição e regenera o aldeído. Estabelece-se, assim, um equilíbrio dinâmico entre as duas.

Atingido o equilíbrio, as quantidades de cada isômero, chamado tautômero, se mantêm constantes. O aldeído acético é denominado forma estável ou aldeídica e o enol forma instável ou enólica. O fenômeno químico de transformação de um tautômero no outro recebe o nome de tautomerização, e a solução que contém as duas substâncias é chamada de mistura aleótropa. A tautomeria está dividida em desmotropina, na qual os tautômeros são isoláveis, e pseudomeria, quando não o são.

Isomeria óptica

Se os compostos têm a mesma fórmula estrutural e apresentam atividade óptica diferente (capacidade de desviar o plano da luz polarizada), a isomeria é denominada óptica. Os isômeros ópticos são pares de substâncias simétricas uma em relação à outra (como a mão direita e a esquerda). Cada uma delas gira o plano da luz polarizada num sentido. Esse fenômeno é característico dos compostos que apresentam um átomo de carbono assimétrico (ligado a quatro radicais ou átomos diferentes entre si). As substâncias que desviam o plano da luz para a direita são chamadas de dextrógiras (representadas pelo sinal +) e as que desviam para a esquerda, levógiras (representadas pelo sinal -). A atividade óptica é a única propriedade física que diferencia esses compostos, chamados isômeros ópticos, enantiômeros ou antípodas ópticos.

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Isomeria geométrica

Também conhecida como isomeria cis-trans, a isomeria geométrica ocorre em compostos em que há uma rigidez na estrutura molecular. Essa rigidez está quase sempre associada à presença de uma dupla ligação ou de anéis de átomos na substância. Na maioria dos compostos em que dois carbonos estão ligados por uma dupla ligação, cada um deles também faz ligações simples com dois outros átomos (ou grupos de átomos), que podem diferir entre si. Os dois átomos de carbono e os quatro átomos, ou grupos de átomos, diretamente ligados a eles estão presos num mesmo plano pela dupla ligação. Existem portanto dois arranjos diferentes: um, chamado cis, em que os dois átomos ou grupos idênticos estão do mesmo lado da dupla ligação, e outro, chamado trans, em que estão em lados opostos.

Em cada par, o isômero cis difere do trans tanto física quanto quimicamente.

No 2-buteno, por exemplo, verifica-se que os dois grupamentos metil (CH3) ligados a carbonos diferentes podem estar do mesmo lado da dupla ligação. Nesse caso, o nome completo do isômero é cis-2-buteno. Quando o grupamento está em lados opostos, o isômero é chamado trans.

Para cada dupla ligação, podem existir dois isômeros geométricos. Quando há n duplas ligações, o número de isômeros geométricos possíveis é 2n.

Podem apresentar isomeria do tipo cis-trans todos os compostos com duplas ligações do tipo C=C ou C=X, ou ainda X=X, tendo X número de oxidação superior a 2, como o nitrogênio, por exemplo. Em compostos cíclicos, pode-se considerar que o anel divide o espaço em dois planos. Assim, os radicais estão localizados no mesmo plano ou em planos opostos

Isômeros Geométricos

Como sabemos, há três isômeros estruturais para o alceno C4H8. Você poderá ficar surpreso ao descobrir que existem, na realidade, há quatro alcenos diferentes com esta fórmula molecular. O composto "extra" surge devido a um fenômeno denominado isomerismo geométrico. Veja os dois 2-butenos diferentes:

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Resumindo

Isomeria é comum entre moléculas orgânicas. Os isômeros possuem a mesma fórmula molecular, porém diferem em suas estruturas e propriedades. Foram considerados na abordagem de isomeria nos compostos orgânicos dois tipos de isomeria:

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• Geométrica: cuja principal diferença entre os isômeros é quanto ao tipo de ligação entre os átomos.

• Ótica: cuja principal diferença entre os isômeros consiste em moléculas não-superponíveis

Autoria: Pedro Braz de Queiroz e Davi Fraga da Silva

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Polímeros

Polímeros são materiais compostos por macromoléculas. Essas macromoléculas são cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada mero. Daí o nome: poli (muitos) + mero.

Os meros estão dispostos um após o outro, como pérolas num colar. Uma macromolécula assume formato muito semelhante ao de um cordão.

Logo, pode-se fazer uma analogia: as moléculas de um polímero estão dispostas de uma maneira muito semelhantes a um novelo de lã. É difícil extrair um fio de um modelo de lã. Também é difícil remover uma molécula de uma porção de plástico, pois as cadeias “seguram-se” entre si.

Por exemplo, o polietileno (ou, abreviadamente, PE) - plástico extremamente comum usado, por exemplo, em saquinhos de leite - é composto pela repetição de milhares de unidades da molécula básica do etileno (ou eteno):

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onde n normalmente é superior a 10.000. Ou seja, uma molécula de polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou mais unidades de etileno.

O parâmetro n é definido como sendo o Grau de Polimerização do polímero, ou seja, o número de meros que constitui a macromolécula.

Vejamos agora a definição formal de polímero: materiais, cujo elemento essencial é constituído por ligações moleculares orgânicas, que resultam de síntese artificial ou transformação de produtos naturais.

Alguns polímeros podem ser constituídos da repetição de dois ou mais meros. Neste caso, eles são chamados copolímeros. Por exemplo, a macromolécula da borracha sintética SBR é formada pela repetição de dois meros: estireno e butadieno:

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Para enfatizar que um polímero é formado pela repetição de um único mero, ele é denominado homopolímero.

COMO SÃO PRODUZIDOS OS POLÍMEROS?

A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se monômero. No caso do polietileno (PE) é o etileno (ou eteno).

Por sua vez, o monômero é obtido a partir do petróleo ou gás natural, pois é a rota mais barata.

É possível obter monômeros a partir da madeira, álcool, carvão e até do CO2, pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, o átomo principal que constitui os materiais poliméricos. Todas essas rotas, contudo, aumentam o preço do monômero obtido, tornando-o não competitivo.

No passado, os monômeros eram obtidos de resíduos do refino do petróleo. Hoje o consumo de polímeros é tão elevado que esses “resíduos” de antigamente tem de ser produzidos intencionalmente nas refinarias para dar conta do consumo!

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COMO SE DIVIDEM OS POLÍMEROS?

Há diversas maneiras de se dividir os polímeros. A classificação conforme as características mecânicas talvez seja a mais importante. Ela decorre, na verdade, da configuração específica das moléculas do polímero.

Sob este aspecto, os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas).

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 dias de hoje.

As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.

Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã.

Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA)...

Termorrígidos (Termofixos)

São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura.

Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado a altas temperaturas promove decomposição do material antes de sua fusão. Logo, sua reciclagem é complicada.

Estrutura molecular: na verdade, os cordões estão ligados fisicamente entre si, formando uma rede ou reticulado. Eles estão presos entre si através de numerosas ligações, não se

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movimentando com alguma liberdade como no caso dos termoplásticos. Pode-se fazer uma analogia com uma rede de malha muito fina.

Exemplos: baquelite, usada em tomadas e no embutimento de amostras metalográficas; poliéster usado em carrocerias, caixas d'água, piscinas, etc., na forma de plástico reforçado (fiberglass).

Elastômeros (Borrachas)

Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos.

Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão, de forma análoga aos termorrígidos.

Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido mas, neste caso, há menor número de ligações entre os “cordões”. Ou seja, é como se fosse uma rede, mas com malhas bem mais largas que os termorrígidos. Exemplos: pneus, vedações, mangueiras de borracha.

PROPRIEDADES FÍSICAS DOS POLÍMEROS

Leves

Mais leves que metais ou cerâmica. Ex: PE é 3 vezes mais leve que o alumínio e 8 vezes mais leve que o aço.

Motivação para uso na indústria de transportes, embalagens, equipamentos de esporte...

Propriedades Mecânicas Interessantes

Alta flexibilidade, variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação;

Alta resistência ao impacto. Tal propriedade, associada à transparência, permite substituição do vidro em várias aplicações. Quais seriam? lentes de óculos (em acrílico ou policarbonato), faróis de automóveis (policarbonato), janelas de trens de subúrbio, constantemente quebradas por vândalos (policarbonato);

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Note-se, contudo, que a resistência à abrasão e a solventes não é tão boa quanto a do vidro. Lentes de acrílico riscam facilmente e são facilmente danificadas se entrarem em contato com solventes como, por exemplo, acetona!

Baixas Temperaturas de Processamento

Conformação de peças requer aquecimento entre Tamb e 250oC. Alguns plásticos especiais requerem até 400oC.

Disso decorre baixo consumo de energia para conformação.

E também faz com que os equipamentos mais simples e não tão caros quanto para metais ou cerâmica.

Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação

Cargas inorgânicas minerais inertes (ex. CaCO3) permitem reduzir custo da peça sem afetar propriedades. Exemplo: piso de vinil/cadeiras de jardim (PP), que contém até 60% de cargas.

Uso de fibras (vidro, carbono, boro) ou algumas cargas minerais (talco, mica, caolim, wolastonita) aumentam a resistência mecânica; As cargas fibrosas podem assumir forma de fibras curtas ou longas, redes, tecidos.

Negro de fumo em pneus (borracha) e filmes para agricultura (PE) aumentam resistência mecânica e a resistência ao ataque por ozônio e raios UV.

Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completamente as características de plásticos como o PVC e borrachas, tornando-os mais flexíveis e tenazes.

A fabricação de espumas é feita através da adição de agentes expansores, que se transformam em gás no momento da transformação do polímero, quando ele se encontra no estado fundido.

Baixa Condutividade Elétrica

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Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira isolamento elétrico. Explicação: polímeros não contém elétrons livres, responsáveis pela condução de eletricidade nos metais.

A adição de cargas especiais condutoras (limalha de ferro, negro de fumo) pode tornar polímeros fracamente condutores, evitando acúmulo de eletricidade estática, que é perigoso em certas aplicações.

Há polímeros especiais, ainda a nível de curiosidades de laboratório, que são bons condutores. O Prêmio Nobel de Química do ano 2000 foi concedido a cientistas que sintetizaram polímeros com alta condutividade elétrica.

Baixa Condutividade Térmica

A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas.

Mesmo explicação do caso anterior: ausência de elétrons livres dificulta a condução de calor nos polímeros.

Maior Resistência a Corrosão

As ligações químicas presentes nos plásticos (covalentes/Van der Walls) lhes conferem maior resistência à corrosão por oxigênio ou produtos químicos do que no caso dos metais (ligação metálica).

Isso, contudo, não quer dizer que os plásticos sejam completamente invulneráveis ao problema. Ex: um CD não pode ser limpo com terebentina, que danificaria a sua superfície.

De maneira geral, os polímeros são atacados por solventes orgânicos que apresentam estrutura similar a eles. Ou seja: similares diluem similares.

Porosidade

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O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos.

Esse largo espaçamento entre moléculas faz com que a difusão de gases através dos plásticos seja alta. Em outras palavras: esses materiais apresentam alta permeabilidade a gases, que varia conforme o tipo de plástico.

A principal conseqüência deste fato é a limitação dos plásticos como material de embalagem, que fica patente no prazo de validade mais curto de bebidas acondicionadas em garrafas de PET. Por exemplo, o caso da cerveja é o mais crítico.

Essa permeabilidade, contudo, pode ser muito interessante, como no caso de membranas poliméricas para remoção de sal da água do mar.

Reciclabilidade

Alguns polímeros, como termorrígidos e borrachas, não podem ser reciclados de forma direta: não há como refundí-los ou depolimerizá-los.

A reciclagem de polímeros termoplásticos, apesar de tecnicamente possível, muitas vezes não é economicamente viável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Compare com o caso do alumínio... Somente plásticos consumidos em massa (PE, PET, ...) apresentam bom potencial econômico para reciclagem.

Problema adicional: o plástico reciclado é encarado como material de segunda classe, ao contrário do que ocorre com aço ou mesmo o alumínio.

Nos casos em que a reciclagem do polímero não for possível, sempre é possível queimá-lo, transformando-o em energia, em incineradores ou alto-fornos. Esta última saída é mais favorável, pois o carbono do polímero seria usado na redução do minério.

Contudo, plásticos que contém halogêneos (PVC e PTFE, por exemplo) geram gases tóxicos durante a queima. Solução: identificação desse material, que deve ser encaminhado para dehalogenação antes da queima.

CRONOLOGIA DA TECNOLOGIA DOS POLÍMEROS

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1ª Fase: Polímeros, Materiais Naturais

Por que os polímeros demoraram tanto a surgir, viabilizando-se comercialmente apenas nos últimos 50 anos?

Polímeros são compostos orgânicos, ou seja, baseados em átomos de carbono. Suas reações químicas, portanto, são regidas pela Química Orgânica.

São reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX, acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital, enunciada por Berzelius, célebre alquimista da época: “Reações orgânicas só são possíveis no interior de seres vivos, através da ação de uma força vital”.

Por isso, até o século passado, somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono.

Principais materiais estudados: borracha, goma-laca, gutta-percha, extraídos de vegetais.

Por volta de 1860, já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha. Eles eram usados, por exemplo, em daguerreótipos (máquinas fotográficas antigas).

2ª Fase: Polímeros Naturais e Modificados

1828: WOHLER (Alemanha), discípulo de Berzelius, sintetiza uréia a partir do isocianato de uréia inorgânico em laboratório, derrubando a teoria da Força Vital, proposta por seu mestre...

AgOCN (aq) + Nh2Cl (aq) -----> AgCl (s) + Nh2OCN (aq)

Com a derrubada da teoria da força da Força Vital, as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam, criando a base fundamental para o desenvolvimento dos materiais poliméricos.

Ainda não havia tecnologia disponível para se sintetizar industrialmente esses materiais, mas já era possível alterar polímeros naturais de modo a torná-los mais adequados a certas aplicações.

1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização (desenvolvimento de ligações cruzadas) da borracha natural, viabilizando o uso desse material.

1835-1900: Grande progresso no desenvolvimento de derivados de celulose, tais como o nitrato de celulose (nitrocelulose), celulóide (nitrocelulose plastificada com cânfora), fibras de viscose rayon...

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1910: Começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos E.U.A.

1924: Surgem as fibras de acetato de celulose.

3ª Fase: Polímeros Sintéticos

1838: REGNAULT (França) polimeriza o cloreto de vinila (P.V.C.) com auxílio da luz do sol.

1898: EINHORN & BISCHOFF descobrem, sem querer, o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950.

1907: BAEKELAND (E.U.A.) sintetiza resinas de fenol-formaldeído (baquelite). É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial.

O avanço da tecnologia e da Química Orgânica já permite a síntese de polímeros nessa época.

Contudo, ainda haviam grandes dúvidas sobre a real natureza desses materiais. A idéia de macromoléculas ainda parecia estranha e muito pouco aceitável. Muitos acreditavam que os polímeros eram colóides, ou seja, associações físicas de moléculas pequenas.

Essa dúvida atravancou por muito tempo o avanço do estudo sobre esses materiais, sendo resolvida plenamente apenas na década de 1920, quando STAULDINGER (Alemanha) sedimentou os conceitos sobre as macromoléculas.

O período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos. Uma série de fatores alavancou esse desenvolvimento:

A consagração da hipótese de macromolécula para os polímeros, proposto por STAULDINGER, permitiu um redirecionamento mais preciso dos desenvolvimentos nesta área.

A borracha tornou-se matéria prima estratégica devido à sua fundamental importância para a indústria automobilística e para a guerra moderna. Durante a década de 1930 tanto os E.U.A. como a Alemanha desenvolveram programas ambiciosos para produzir a borracha sintética, visando diminuir ou mesmo eliminar a dependência da borracha natural, produzida em locais remotos do globo.

A ênfase do programa alemão era a produção de borracha comum para pneus, enquanto que o programa americano visava desenvolver borrachas especiais para aplicações mais severas.

Ambos os programas, contudo, proporcionaram um enorme progresso à Ciência dos Polímeros, em função do grande número de projetos de pesquisa básica e aplicada que tiveram de ser desenvolvidos para se atingir aos objetivos propostos.

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A Segunda Guerra Mundial, ao impor restrições às fontes de borracha natural e outras matérias primas, motivou o desenvolvimento de processos industriais para a síntese de plásticos com propriedades equivalentes ou similares à borracha, principalmente o PVC plastificado.

Polímeros desenvolvidos entre 1920 e 1950: PVC, PMMA, PS, nylon, PE, silicone, poliuretano, ABS, poliéster; borrachas Thiokol, neoprene, estireno-butadieno (Buna-S ou SBR), acrilonitrila- butadieno (Buna N); resinas de uréia-formaldeído, melamina-formaldeído; fibras sintéticas de poliéster e acrílico; e muito mais!

A década de 1950 se notabilizou principalmente pela popularização de toda a tecnologia de polímeros desenvolvida durante a guerra. Porém, os desenvolvimentos continuaram: polipropileno, espumas de poliuretano, PE linear, poliacetais, policarbonatos...

Durante a década de 1960 surgem os plásticos de engenharia, materiais de alto desempenho (e custo equivalente...) que começam a desafiar materiais tradicionais, como o aço, em diversos tipos de aplicações: poliimidas, poli(óxido de fenileno), polisulfonas, ABS, poliamidas, polisulfonas, policarbonatos (PC), poli(tereftalato de butila) (PBT), poli(tereftalato de etileno) (PET), etc. Surgem ainda os elastômeros termoplásticos, plásticos com comportamento de borrachas, desenvolvidos a partir da engenharia de macromoléculas. Começam a aparecer os tanques de combustível feitos em PEAD, lentes de contato flexíveis, garrafas de PET, sacos de supermercado em PEAD...

Na década de 1980 observa-se um certo amadurecimento da Tecnologia dos Polímeros: o ritmo dos desenvolvimentos diminui, enquanto se procura aumentar a escala comercial dos avanços conseguidos. Ainda assim, pode-se ressaltar as seguintes inovações: polímeros de cristal líquido, polímeros condutores de eletricidade, polisilanos, novos polímeros de engenharia como poli(eter-imida), poli(éter-éter-cetona)...

Finalmente, na década de 1990: catalisadores de metaloceno, reciclagem em grande escala de garrafas de PE e PET, biopolímeros, uso em larga escala dos elastômeros termoplásticos e plásticos de engenharia. A preocupação com a reciclagem torna-se quase uma obsessão, pois dela depende a viabilização comercial dos polímeros.

ALGUNS POLÍMEROS DE IMPORTÂNCIA INDUSTRIAL

Certos plásticos se destacam por seu baixo preço e grande facilidade de processamento, o que incentiva seu uso em larga escala. São os chamados plásticos ou resinas commodities, materiais baratos e usados em aplicações de baixo custo. São o equivalente aos aços de baixo carbono na siderurgia.

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Os principais plásticos commodities são: polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) e o policloreto de vinila (PVC). A distribuição da produção desses plásticos no Brasil, em 1998, pode ser vista no gráfico abaixo:

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Polietileno (PE)

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Principais propriedades

Baixo custo;

Elevada resistência química e a solventes;

Baixo coeficiente de atrito;

Macio e flexível;

Fácil processamento;

Excelentes propriedades isolantes;

Baixa permeabilidade à água;

Atóxico;

Inodoro.

Há quatro tipos básicos

Polietileno de Baixa Densidade (PEBD): 0,910-0,925 g/cm3. Apresenta moléculas com alto grau de ramificação. É a versão mais leve e flexível do PE. É utilizado basicamente em filmes, laminados, recipientes, embalagens, brinquedos, isolamento de fios elétricos, etc. Produção brasileira em 1998: 652.647 t.

Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL): 0,918-0,940 g/cm3. Apresenta menor incidência de ramificações, as quais se apresentam de forma mais regular e são mais curtas que no PEBD. Suas propriedades mecânicas são ligeiramente superiores ao PEBD em termos de resistência

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mecânica. Seu custo de fabricação é menor. Sua flexibilidade e resistência ao impacto recomenda sua aplicação para embalagens de alimentos, bolsas de gelo, utensílios domésticos, canos e tubos. Produção brasileira em 1998: 175.053 t.

Polietileno de Alta Densidade (PEAD): 0,935 - 0,960 g/cm3. Apresenta estrutura praticamente isenta de ramificações. É um plástico rígido, resistente à tração, com moderada resistência ao impacto. Utilizado em bombonas, recipientes, garrafas, filmes, brinquedos, materiais hospitalares, tubos para distribuição de água e gás, tanques de combustível automotivos, etc. Produção brasileira em 1998: 692.864 t.

Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM): G.P. da ordem de 3.000.000 a 6.000.000. Alta inércia química, alta resistência à abrasão e ao impacto, baixo coeficiente de atrito, alta maciez. Praticamente infusível, processado com grande dificuldade, geralmente através de sinterização. Aplicações: engrenagens, componentes para bombas de líquidos corrosivos, implantes de ossos artificiais, isolamento de fios e cabos, mancais, revestimentos de pistas, trilhos-guias, etc. O Brasil ainda não produz este tipo de plástico.

Polipropileno (PP)

Mero: propileno (designação antiga do propeno):

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Propriedades muito semelhantes às do PE, mas com ponto de amolecimento mais elevado.

Principais propriedades

Baixo custo;

Elevada resistência química e a solventes;

Fácil moldagem;

Fácil coloração;

Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga;

Boa resistência ao impacto acima de 15oC;

Boa estabilidade térmica;

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Maior sensibilidade à luz UV e agentes de oxidação, sofrendo degradação com maior facilidade.

Aplicações

Brinquedos;

Recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos;

Carcaças para eletrodomésticos;

Fibras;

Sacarias (ráfia);

Filmes orientados;

Tubos para cargas de canetas esferográficas;

Carpetes;

Seringas de injeção;

Material hospitalar esterilizável;

Autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo).

Peças para máquinas de lavar.

Atualmente há uma tendência no sentido de se utilizar exclusivamente o PP no interior dos automóveis. Isso facilitaria a reciclagem do material por ocasião do sucateamento do veículo, pois se saberia com qual material se estaria lidando.

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Termoplástico duro e quebradiço, com transparência cristalina.

Principais propriedades

Fácil processamento;

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Fácil coloração;

Baixo custo;

Elevada resistência a ácidos e álcalis;

Semelhante ao vidro;

Baixa densidade e absorção de umidade;

Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries.

Há quatro tipos básicos

PS cristal: homopolímero amorfo, duro, com brilho e elevado índice de refração. Pode receber aditivos lubrificantes para facilitar processamento. Usado em artigos de baixo custo.

PS resistente ao calor: maior P.M., o que torna seu processamento mais difícil. Variante ideal para confecção de peças de máquinas ou automóveis, gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicionado, peças internas e externas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, circuladores de ar, ventiladores e exaustores.

PS de alto impacto: contém de 5 a 10% de elastômero (borracha), que é incorporado através de mistura mecânica ou diretamente no processo de polimerização, através de enxerto na cadeia polimérica. Obtém-se desse modo uma blenda. Muito usado na fabricação de utensílios domésticos (gavetas de geladeira) e brinquedos.

PS expandido: espuma semi-rígida com marca comercial isopor(R). O plástico é polimerizado na presença do agente expansor ou então o mesmo pode ser absorvido posteriormente. Durante o processamento do material aquecido, ele se volatiliza, gerando as células no material. Baixa densidade e bom isolamento térmico. Aplicações: protetor de equipamentos, isolantes térmicos, pranchas para flutuação, geladeiras isotérmicas, etc. Produção brasileira em 1998: 10.000 t.

Há também os chamados plásticos de engenharia, que são resinas que apresentam propriedades superiores às chamadas resinas commodities. Seu preço, porém, é bem mais elevado. Seriam os equivalentes aos aços-liga da siderurgia.

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Aplicações

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Como garrafas para bebidas carbonatadas, óleos vegetais, produtos de limpeza, etc.;

Na forma de fibras, sob marcas Tergal ® (ICI) ou Dracon ® (Du Pont), apresentam excelente resistência mecânica e ao amassamento, bem como lavagem e secagem rápida;

Na forma de películas transparentes e altamente resistentes, sob marca Mylar ®, mas algo caras. São usadas em aplicações nobres: isolamento de capacitores, películas cinematográficas, fitas magnéticas, filmes e placas para radiografia;

Resina para moldagem com reforço de 30% de fibra de vidro, sob marca Rynite ® (Du Pont), usada na fabricação de carcaças de bombas, carburadores, componentes elétricos de carros, etc.

Policarbonato

Plástico da família dos poliésteres aromáticos.

Monômeros: fosgênio e bisfenol A. Há suspeitas de que o bis-fenol A mimetizaria efeitos de hormônios humanos, o que po-deria causar distúrbios endócrinos. Contudo, elas não foram confirmadas até o momento.

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Principais propriedades

Excelente resistência ao impacto;

Excelente transparência: 96%;

Boa estabilidade dimensional e térmica;

Resistente aos raios ultravioleta;

Boa usinabilidade;

Alta temperatura de deflexão;

Boas características de isolamento elétrico.

Produção brasileira em 1995: 10.000 t.

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Este importante plástico de engenharia foi acidentalmente descoberto em 1898 na Alemanha, mas só em 1950 é que seu desenvolvimento foi retomado, passando a ser comercializado a partir de 1958.

Aplicações

Compact-Discs (CD’s);

Janelas de segurança (por exemplo, em trens de subúrbio);

Óculos de segurança;

Carcaças para ferramentas elétricas, computadores, copiadoras, impressoras...

Bandejas, jarros de água, tigelas, frascos...

Escudos de polícia anti-choque;

Aquários;

Garrafas retornáveis.

Que tal vermos a cotação desses materiais? Em dezembro de 1998, o preço por quilo em reais era

PEBD: 1,19

PEAD: 1,15

PP: 1,17

PS: 1,18

PET: 1,20

HIPS: 1,18

PS Exp.: 1,78

PVC rígido: 1,38

PVC flexível: 1,38

PC: 6,85

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Contudo, a crise cambial ocorrida no início de 1999 provocou acréscimo de preços de até 50% no preço das resinas, de acordo com manifesto da Abiplast em fevereiro daquele ano.

A figura abaixo mostra, de forma aproximada, como se distribuem as aplicações dos plásticos. Note-se que aqui não estão incluídos alguns polímeros importantes, como as borrachas.

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Fonte: www.gorni.eng.br

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