UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
CRISTIANE COLODEL
POLÍMEROS CONDUTORES
PONTA GROSSA
2012
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Relatório sobre a obtenção por via eletroquímica da polianilina, um polímero condutor.
Tipologia: Provas
2012
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
CRISTIANE COLODEL
POLÍMEROS CONDUTORES
PONTA GROSSA
CRISTIANE COLODEL
POLÍMEROS CONDUTORES
Relatório apresentado como avaliação parcial da disciplina de Eletroquímica, sobre a condutividade de polímeros dopados, prática realizada no dia 22/06/12. Profº Dr. Jarem Raul Garcia
PONTA GROSSA
1 – Introdução Polímeros são macromoléculas de alto peso molecular formadas pela repetição de pequenas estruturas, as quais chamamos de monômeros , unidas por ligações covalentes_._ [1,2]^ Estas substâncias podem ser naturais – como o DNA, a seda, a lã, as proteínas, as resinas vegetais – ou sintéticas, produzidas por processos industriais – como os plásticos , tecidos como o nylon e o poliéster, e o teflon. [2,3] Na década de 70, foi produzido o primeiro polímero condutor. Esta descoberta foi acidental, resultado de uma tentativa de síntese do poliacetileno, que é um pó preto, mas que neste experimento, depositou-se na forma de um filme prateado e brilhante como um filme de alumínio, devido à adição de uma quantidade mil vezes maior de catalisador. Por meio da oxidação com cloro, bromo ou vapor de iodo, processo que foi chamado de “dopagem”, percebeu-se que a condutividade deste composto condutor aumentava cerca de 10 vezes. [4,5] Para que um polímero seja capaz de se tornar condutor, ele precisa ter uma característica especial: a presença de duplas ligações conjugadas ao longo da sua estrutura:
Figura 1 – Representação de uma estrutura com ligações duplas conjugadas.
Cada ligação dupla é formada por uma ligação sigma ( ), que é uma ligação forte, e uma ligação pi ( ), que é mais fraca. Quando esta estrutura é perturbada por remoção (oxidação) ou inserção de elétrons (redução), processo que caracteriza a dopagem, há uma reação por parte da molécula na tentativa de reacomodar os elétrons recebidos ou perdidos, deslocando-os ao longo da estrutura, o que o torna capaz de conduzir corrente elétrica. [5] Um dos polímeros condutores mais estudados é a polianilina (PANI), devido à estabilidade da sua forma condutora, à facilidade de polimerização e de dopagem e também ao baixo custo de obtenção do seu monômero, a anilina. Sua estrutura é composta por anéis de fenila e, entre estes, átomos de nitrogênio, que conferem flexibilidade química à cadeia e possibilita a existência de vários estados de oxidação. [6]
Figura 2 – Estrutura da polianilina na sua forma básica.
Existem duas formas de síntese da polianilina: pelo método químico, por meio de reações químicas, e pelo método eletroquímico, por meio de aplicação de potencial elétrico. Na síntese química, o produto é obtido na forma de pó, e na síntese eletroquímica, o produto é obtido na forma de filmes finos. A síntese química da polianilina no estado de oxidação esmeraldina é realizada através de diversos agente oxidantes, como MnO 2 , NH 4 S 2 O 8 , Cr 2 O 4 , H 2 O 2 , K 2 Cr 2 O 7 , KClO3, e meios ácidos inorgânicos, como HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , sendo que o meio mais comum de síntese é por meio do NH 4 S 2 O 8 em HCl, produzindo um pó verde onde todos os nitrogênios encontram-se protonados, caracterizando o sal de esmeraldina, forma condutora.[6,7]^ A síntese eletroquímica é realizada por meio da oxidação anódica da anilina sobre um eletrodo inerte. As vantagens da síntese eletroquímica são: obtenção do polímero na forma de filmes finos, maior controle de síntese e o fato de que não é necessária a utilização de agentes oxidantes de catalisadores. Entretanto, apresenta a desvantagem de um menor rendimento e da dificuldade de remoção do polímero da superfície do eletrodo. [6] A polianilina apresenta três estados de oxidação, que podem ser vistos na tabela a seguir:
4 – Resultados e discussão O primeiro voltamograma, resultado da voltametria cíclica aplicada no momento da polimerização da anilina, teve uma forma parecida com o voltamograma abaixo:
Voltametria cíclica do composto [Ru(x-bpy) 3 (PF 6 ) 2 em diclorometano.
Este formato do voltamograma demonstrou o crescimento do filme de polianilina na superfície da placa de vidro coberta com SnO dopada com In. A polimerização da anilina também pode ser observada visualmente, pela formação de uma camada de cor verde sobre a o eletrodo de trabalho. Esta camada de cor verde é chamado de sal de esmeraldina, que tem estrutura parcialmente oxidada e é a forma condutora da polianilina. Quando se realizou voltametria cíclica com a aplicação de potencial no filme de polianilina, verificou-se a continuação da oxidação, fazendo com que a coloração do filme fino na superfície do eletrodo passasse de verde a azul, forma desprotonada e isolante da polianilina. O voltamograma típico para a polianilina apresenta-se da seguinte maneira:
Este voltamograma mostra a evolução da oxidação da polianilina com a aplicação de potencial anódico, e a redução da polianilina com a aplicação de potencial catódico.
5 - Conclusões Neste experimento, foi possível obter a polianilina no estado de oxidação do sal de esmeraldina por meio da síntese eletroquímica e dopagem com HCl, e por aplicação de potencial elétrico, foi possível também observar a alteração do estado de oxidação da polianilina da forma de sal de esmeraldina para a forma de base de esmeraldina, através da mudança de coloração do verde para o azul.
Referências (^1) LUCAS, F. E.; SOARES, B. G.; MONTEIRO, E. E. C. Caracterização de
Polímeros – Determinação de Peso Molecular e Análise Térmica. Rio de Janeiro: E-papers, 2001.
(^2) SPINACÉ, M. A. S.; PAOLI, M. A. A tecnologia de reciclagem de polímeros.
Química Nova. Vol. 28, n. 1, p. 65-72, 2005.