Macromoléculas e polímeros

Polímeros e monômeros

Imagine um colar de contas. Cada conta é pequena, mas o colar inteiro é longo. Nos polímeros é assim: uma molécula enorme (macromolécula) formada pela repetição de muitas unidades menores.

O exemplo mais simples é o polietileno, o plástico das sacolas. Seu monômero é o eteno (etileno), $\text{CH}_2=\text{CH}_2$. Milhares de moléculas de eteno se ligam e formam a cadeia $-(\text{CH}_2-\text{CH}_2)_n-$, em que $n$ é o número de unidades repetidas.

Os polímeros podem ser:

• naturais, produzidos por seres vivos: borracha natural (látex da seringueira), celulose, amido, proteínas, DNA;

• sintéticos, fabricados pela indústria, em geral a partir do petróleo: polietileno, PVC, náilon, PET.

Polimerização de adição: polietileno e PVC

Na polimerização de adição, os monômeros têm uma ligação dupla $\text{C}=\text{C}$. Durante a reação, uma das ligações da dupla se abre e cada carbono usa essa valência para se ligar ao monômero vizinho. Nada é eliminado: toda a massa dos monômeros fica no polímero.

O PVC (policloreto de vinila) é rígido, resistente e isolante elétrico. Por isso é usado em tubulações, conexões hidráulicas e na capa de fios e cabos. O polietileno, mais flexível, serve para sacolas, filmes e garrafas.

Polimerização de condensação: náilon e proteínas

Na polimerização de condensação, os monômeros se ligam e, a cada ligação, é liberada uma molécula pequena, geralmente água. Os monômeros têm dois grupos funcionais reativos, um em cada ponta.

O náilon é uma poliamida: une um ácido dicarboxílico ($-\text{COOH}$ nas duas pontas) e uma diamina ($-\text{NH}_2$ nas duas pontas). Cada ligação formada é uma ligação amida:

As proteínas também são formadas por condensação, a partir de aminoácidos (com um grupo $-\text{NH}_2$ e um $-\text{COOH}$). A ligação entre dois aminoácidos tem a mesma estrutura $-\text{CO}-\text{NH}-$ e se chama ligação peptídica.

Outros polímeros naturais importantes são os carboidratos: o amido (reserva das plantas, como na mandioca e no milho), o glicogênio (reserva dos animais) e a celulose (parede das células vegetais, algodão, papel) são todos formados por unidades de glicose, mas ligadas de formas diferentes.

Proteínas e enzimas

A cadeia de uma proteína se dobra numa forma tridimensional específica. É essa forma que define a função dela.

As enzimas são proteínas que atuam como catalisadores biológicos. Elas diminuem a energia de ativação da reação, aumentando a velocidade, sem serem consumidas. No modelo chave-fechadura, o substrato (a chave) se encaixa no sítio ativo da enzima (a fechadura). Forma-se o complexo enzima-substrato, o substrato é transformado em produto e a enzima sai intacta, pronta para outro ciclo.

Cada enzima só funciona bem em condições próximas das ideais. No corpo humano, a temperatura ótima é cerca de $37\,°\text{C}$ e o pH depende do local (cerca de 2 no estômago, cerca de 7,4 no sangue). Calor excessivo ou pH muito diferente quebram as interações que mantêm a proteína dobrada. A proteína perde a forma, o sítio ativo deixa de encaixar o substrato e a enzima perde a atividade. Esse processo é a desnaturação, e é o que acontece com a clara do ovo quando você a frita: ela muda de aspecto de forma irreversível.

Óleos, gorduras e sabão

Óleos e gorduras não são polímeros, mas são moléculas grandes de grande importância. Ambos são triésteres: uma molécula de glicerol (propano-1,2,3-triol) ligada a três ácidos graxos (ácidos carboxílicos de cadeia longa).

A diferença entre eles está nas cadeias:

• gorduras (banha de porco, manteiga): cadeias saturadas, retas, que se empacotam bem e têm forças de London mais intensas. Resultado: sólidas à temperatura ambiente;

• óleos (soja, milho, girassol): cadeias com ligações duplas (insaturadas), que formam "dobras" e impedem o empacotamento. Resultado: líquidos à temperatura ambiente.

Na hidrogenação catalítica, o $\text{H}_2$ é adicionado às duplas com um catalisador (como o níquel). As cadeias ficam saturadas e o óleo líquido se torna pastoso ou sólido. É assim que se produz a margarina.

A saponificação é a reação de uma gordura (ou óleo) com uma base forte, como o $\text{NaOH}$:

O sabão é o sal de sódio de um ácido graxo. Sua cadeia longa apolar prende a gordura da sujeira e a ponta iônica interage com a água, o que permite a limpeza.

Plásticos, resíduos e o ambiente

O polietileno e a maioria dos plásticos vêm do petróleo, um recurso não renovável. Suas ligações $\text{C}-\text{C}$ e $\text{C}-\text{H}$ são fortes e os microrganismos têm dificuldade de quebrá-las. Por isso esses plásticos são pouco biodegradáveis: podem levar de décadas a séculos para se degradar. Em rios e no mar, fragmentam-se em microplásticos, que são ingeridos por peixes, tartarugas e aves e podem entrar na cadeia alimentar.

Algumas alternativas:

• Plásticos biodegradáveis ou de origem renovável (a partir de amido, cana-de-açúcar, ácido lático): reduzem o uso de petróleo e podem se degradar mais rápido, mas muitos só se degradam em condições controladas de compostagem industrial.

• Reciclagem e coleta seletiva: reaproveitam o material já existente, diminuem o volume de lixo e a extração de petróleo, mas dependem de separação correta e de uma cadeia organizada (cooperativas de catadores).

• Redução e reutilização (os 3 R: reduzir, reutilizar, reciclar): evitam o resíduo antes de ele existir.

Voltando ao começo: moléculas pequenas que se repetem formam materiais tão diferentes porque o tipo de monômero, o jeito de ligá-los e o tamanho da cadeia mudam as propriedades. E a sacola dura tanto no rio porque suas ligações fortes quase não são quebradas por seres vivos.

Resumo

• Polímero é uma macromolécula formada pela repetição de unidades chamadas monômeros; pode ser natural (látex, celulose, amido, proteínas) ou sintético (polietileno, PVC, náilon).

• Na adição (polietileno, PVC), a ligação dupla do monômero se abre e nada é eliminado.

• Na condensação (náilon, proteínas), cada ligação libera uma molécula de água; a ligação amida $-\text{CO}-\text{NH}-$ é comum ao náilon e às proteínas (ligação peptídica).

• Enzimas são proteínas que catalisam reações pelo encaixe chave-fechadura; calor ou pH extremos as desnaturam.

• Óleos e gorduras são triésteres de glicerol; a hidrogenação satura as duplas, e a saponificação com $\text{NaOH}$ gera glicerol e sabão.

• Plásticos derivados do petróleo degradam muito lentamente; redução, reciclagem e materiais renováveis atuam em conjunto.