Uma sacola plástica, um tubo de PVC e o revestimento antiaderente de uma frigideira têm algo em comum na escala molecular: todos são feitos de cadeias enormes que se formaram sem perder um único átomo no caminho. Basta que o monômero tenha uma ligação dupla C=C para que, nas condições certas, milhares dessas moléculas se encadeiem uma após a outra. Entender essa cadeia, e fazer contas com ela, é o objetivo desta página.
De monômero a polímero: a reação de adição
Numa indústria, $100\ \text{kg}$ de eteno gasoso são colocados em um reator de alta pressão com um pouco de iniciador, e saem exatamente $100\ \text{kg}$ de polietileno sólido. Nenhum grama de gás ou de subproduto escapa. Como milhares de moléculas independentes conseguem se ligar sem perder massa?
De volta ao início: a massa se conserva porque a adição só abre a ligação $\pi$ e reorganiza os mesmos átomos, sem liberar nada.
Pratica★☆☆Por começar
O eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$) é a matéria-prima fundamental para a produção industrial de polietileno por polimerização por adição radicalar ou catalítica. a) Escreva a…
O eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$) é a matéria-prima fundamental para a produção industrial de polietileno por polimerização por adição radicalar ou catalítica.
a) Escreva a equação química geral do processo de polimerização utilizando a notação com colchetes para a unidade repetitiva e indicando o significado do subscrito $n$.
b) Justifique por que a massa molecular da unidade de repetição coincide exatamente com a do monômero de partida, explicando se este tipo de polimerização gera algum subproduto, como água ou cloreto de hidrogênio.
O cloroeteno (comumente denominado cloreto de vinila) polimeriza, dando origem ao poli(cloreto de vinila) (PVC), um material de grande relevância técnica em tubulações e…
O cloroeteno (comumente denominado cloreto de vinila) polimeriza, dando origem ao poli(cloreto de vinila) (PVC), um material de grande relevância técnica em tubulações e perfis.
a) Escreva, por meio de fórmulas estruturais condensadas, a molécula de cloroeteno e a unidade de repetição do poli(cloreto de vinila).
b) Analise se a presença do substituinte cloro na cadeia carbônica afeta a massa molecular da unidade em relação ao monômero e explique por que não se deve generalizar que todos os polímeros vinílicos possuem idêntica flexibilidade ou rigidez mecânica à temperatura ambiente.
O politetrafluoroeteno (PTFE) é um polímero de adição conhecido por sua extraordinária inércia química e antiaderência. a) Escreva a fórmula do monômero tetrafluoroeteno…
O politetrafluoroeteno (PTFE) é um polímero de adição conhecido por sua extraordinária inércia química e antiaderência.
a) Escreva a fórmula do monômero tetrafluoroeteno e da unidade constituinte de repetição do politetrafluoroeteno.
b) Indique, de forma fundamentada, se a ligação presente no monômero que permite a polimerização se mantém no polímero resultante e justifique por que os átomos de flúor conferem grande estabilidade química frente a ácidos e oxidantes fortes sem que isso implique necessariamente alta dureza mecânica.
Na caracterização estrutural de polímeros sintéticos lineares, é fundamental correlacionar a sequência de átomos da cadeia com o monômero do qual procede. A seguir,…
Na caracterização estrutural de polímeros sintéticos lineares, é fundamental correlacionar a sequência de átomos da cadeia com o monômero do qual procede. A seguir, ilustra-se um fragmento representativo de uma cadeia linear de polietileno sem ramificações
a) A partir do fragmento observado, identifique e desenhe a fórmula estrutural condensada da unidade de repetição correspondente à incorporação de uma molécula de eteno e a do monômero precursor correspondente.
b) Se um lote industrial desse polímero apresenta massa molar média de $M = 84\,150\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$, calcule o grau de polimerização médio $n$, justificando a aproximação de desprezar a massa dos grupos terminais.
O polipropileno é obtido industrialmente por adição sucessiva de propeno utilizando catalisadores estereoespecíficos de Ziegler-Natta. a) Escreva a reação de…
O polipropileno é obtido industrialmente por adição sucessiva de propeno utilizando catalisadores estereoespecíficos de Ziegler-Natta.
a) Escreva a reação de polimerização do propeno mostrando a fórmula estrutural condensada do monômero e a da unidade de repetição do polipropileno.
b) Um polipropileno comercial isotático possui grau de polimerização médio $n = 3\,500$. Determine a massa molar média do polímero desprezando os grupos terminais. Se, em um modelo de balanço de massas, as duas extremidades de uma cadeia com esse mesmo número de unidades fossem grupos fenila ligados ($\mathrm{-C_6H_5}$, massa molar $77{,}10\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$ cada um), calcule o erro percentual que se cometeria ao omitir esses grupos terminais na massa molar calculada.
Composição em massa de um homopolímero (ampliação)
Esta seção é uma ampliação: vai além do núcleo do apartado, mas ajuda a interpretar análises de polímeros. A análise elementar de um tubo de PVC puro dá sempre $56{,}7\%$ de cloro em massa, a mesma proporção de uma molécula isolada de cloroeteno. Por que uma macromolécula gigante tem a mesma composição porcentual que o seu monômero?
De volta ao início: a composição é a mesma porque a macromolécula é só a mesma unidade repetida muitas vezes, e a proporção de massa dentro de uma unidade não muda ao repeti-la.
Pratica★★☆Por começar
Analisa-se uma amostra de policloroeteno (PVC) em um laboratório de controle de qualidade. a) Se a massa molar média determinada experimentalmente para a amostra é de…
Analisa-se uma amostra de policloroeteno (PVC) em um laboratório de controle de qualidade.
a) Se a massa molar média determinada experimentalmente para a amostra é de $175\,000\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$, calcule o grau de polimerização médio $n$, desprezando as extremidades de cadeia.
b) Determine a porcentagem teórica em massa de cloro na unidade de repetição do PVC puro. Se a análise elementar do lote revela uma porcentagem real de cloro de $54{,}50\,\%$, raciocine se esse único dado permite distinguir entre degradação com perda de cloreto de hidrogênio e presença de unidades derivadas de eteno na cadeia, e proponha um teste adicional para diferenciá-las.
Copolímeros por adição: dois monômeros, uma cadeia
Um plástico feito só de eteno é rígido e translúcido, mas, ao colocar na síntese um pouco de acetato de vinila, obtém-se um material flexível usado em embalagens. Como saber em que proporção os dois monômeros se combinaram na mesma cadeia?
De volta ao início: a proporção dos monômeros na cadeia se determina a partir de um dado analítico, como a porcentagem de um elemento, combinado com as massas molares das unidades.
Pratica★★★Por começar
O copolímero ETFE é sintetizado por polimerização por adição conjunta de eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$) e tetrafluoroeteno ($\mathrm{CF_2=CF_2}$) sem perda de matéria. Uma…
O copolímero ETFE é sintetizado por polimerização por adição conjunta de eteno ($\mathrm{CH_2=CH_2}$) e tetrafluoroeteno ($\mathrm{CF_2=CF_2}$) sem perda de matéria. Uma amostra pura desse material apresenta massa molar média de $180\,000\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$ e teor de flúor de $59{,}34\,\%$ em massa.
a) Calcule a fração molar de tetrafluoroeteno e de eteno no copolímero.
b) Calcule o número médio total de unidades monoméricas que formam cada macromolécula e indique a massa de eteno consumida teoricamente para produzir $250\text{ kg}$ desse copolímero.