Atividade-1 de Introdução a Ciencia do Polimeros

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍCENTRO DE EDUCAÇAO ABERTA E À DISTÂNCIA COORDENAÇÃO DO CURSO DE LICENCIATURA PLENA EM QUÍMICA À DISTÂNCIA Rua Olavo Bilac, 1148 – Centro\Sul CEP 64280-001 Teresina – PI – Brasil Fone (86) 3221-6227; Internet: www.ufpi.br/uapi COORDENADORA DA DISPLINA: Dra. Carla Verônica Rodarte de Moura ALUNO(A): Raniery Lopes Matos Matrícula: 10L22295 POLO: Valença do Piaui – PI Atividade 1 Lista dos Exercícios Unidade I 1. Como se chama a substância fundamental passível de polimerização? Chamar-se monômero 2. Os plásticos constituem uma classe de materiais que confere conforto ao homem. Sob o ponto de vista químico, quais são as unidades constituintes dos plásticos? Dê exemplos. ->Polímeros: Ex:. Policarbonato (Cd´s, garrafas, recipientes para filtros), etc. ->Monômeros: Exemplos de monômeros são os hidrocarbonetos, derivados do petróleo, dos tipos alcanos e alcenos. 03. Náilon e borracha sintética podem ser citados como exemplos de: a) hidratos de carbono b) proteínas c) lipídios d) polímeros e) enzimas 04. Associe cada classe de composto orgânico à sua aplicação: I. Hidrocarboneto (I ) Combustível II. Sal orgânico (II ) Detergente III. Poliamida (III ) Tecidos IV. Aromático clorado (IV ) Pesticida V. Éster (V) Aromatizante Os números na segunda coluna, lidos de cima para baixo, são: a) I, II, III, IV, V chamadas por ele de macromoléculas.b) V. mas o primeiro completamente sintético a ser comercializado foi o baquelite. IV. Dê exemplos de polímeros que contenham halogênios em sua estrutura e onde são usados. O Drácon é produzido através da condensação de ácido tereftálico junto com etilenoglicol. V. Teflon: 06. (Texto extraído do jornal O Estado de S. PVC e teflon. inventado em 1910. Ele foi obtido entre 1947-48. I. II e) II. Paulo). garrafas de refrigerante e etc. Os plásticos foram descobertos no século passado. III. A vulcanização é um processo bastante conhecido nos dias de hoje. O que dácron? Onde é utilizado? Escreva a reação de obtenção desse produto. Estava descoberto o polímero. IV d) IV. IV. Em 1922 o alemão Hermann Staudinger descobriu que substâncias como a borracha eram formadas por cadeias de moléculas. I. . II c) III. V. sendo assim usado na fabricação de fibras sintéticas com grande resistência à tração. I. Dácron é um poliéster. I. V. fitas magnéticas. III. Desenhe suas estruturas químicas. II. 07. III 05. Descreva as reações químicas. Como é feito esse processo. O que são: (a) polímero de adição: Os polímeros de adição fazem parte da classe de polímeros mais simples. de titânio. baixas condutividades elétrica e térmica. Dê exemplos de cada um. materiais cerâmicos são geralmente carbonatos. etc. Assim. como o próprio nome diz. Quando. Exemplos de cerâmicas . Exemplos: Polietileno. Polipropileno. “soma” ou “junção” de moléculas pequenas (monômeros). óxidos. Os metais são formados por átomos dotados de grande número elétrons suficientemente livres para se movimentarem a partir de baixos potenciais elétricos ou térmicos. Os materiais cerâmicos são usualmente formados pela associação de íons positivos (cátions) como íons negativos (ânions). baixa ductilidade. grande ductilidade. ligações químicas. O aço é formado pela introdução até 0. em geral. cuja característica reside na sua fácil flexibilidade ou moldabilidade sob a ação do calor. O tamanho das cadeias formadas principalmente por átomos de carbono. eles são formados pela “adição”. entre outras propriedades. pois. estrutura. Polímeros são sintetizados por reações de polimerização a partir de dos reagentes monômeros. pequena resistência à temperatura. de lacres de barris de chope de várias outras peças de uso doméstico. ou seja. que a deixa em forma líquida ou pastosa. tem-se ligas de alumínio. Materiais poliméricos apresentam usualmente baixa densidade. sendo que todas são iguais entre si. (metais e cerâmicas) em termos de propriedades. são adicionados outros elementos. Já. Poliestireno. baixas condutividades térmica e elétrica e elevada resistência à temperatura.6% em peso de carbono no ferro. entre outros que apresentam propriedades como alta dureza. fluoretos. carbetos. em metais puros. 09. processamento e comportamento? Os materiais poliméricos são macromoléculas formadas pela reunião de unidades fundamentais (os “meros”) repetidamente que dão origem a longas cadeias. Materiais metálicos são aqueles que. além de embalagens. Trata-se de uma resina do grupo dos termoplásticos. apresentam altas condutividades térmica e elétrica.08. etc. É a matéria-prima dos copos descartáveis. (c) copolímero de adição (d) copolímero de condensação. cloretos. a massa molar é o aspecto principal que confere a este grupo de materiais uma série de características a eles associadas. de magnésio. O que são polímeros? Como estes materiais se distinguem de outros. etc. (b) polímero de condensação: O poliestireno é um homopolímero resultante da polimerização do monômero de estireno. tem-se a formação das ligas. óxido de silício (ou sílica). tais polímeros retomam a sua rigidez inicial. Polímeros TERMOPLÁSTICOS são caracterizados por possuir ligações químicas fracas (Van der Waals) entre as cadeias que assim podem ser facilmente rompidas com a introdução de energia. quando tais materiais são aquecidos. Dessa forma. Outro importante aspecto desses polímeros é que eles podem ser reciclados a partir de rejeitos e refugos. PMMA [poli(metacrilato de metila)]. permitindo que haja uma maior facilidade para a movimentação de cadeias poliméricas umas em relação às outras. óxido de alumínio (ou alumina). A capacidade das cadeias de fluir com a aplicação de temperatura garante a esses materiais suas características fundamentais de fácil re-processabilidade. Quando resfriados. Por outro lado. etc. as resinas epoxidícas e fenólicas. Exemplos desse tipo de material englobam as borrachas vulcanizadas. politetrafluoretileno (Teflon®). não podem ser redeformados ou re-processados. o que permite a deformação desses a partir da aplicação de pressão. polipropileno. Para esse tipo de polímero. 10 Quais são as diferenças entre polímeros termoplásticos e termorrígidos (termofixos) em termos do comportamento desses materiais frente à temperatura. uma vez produzidos.incluem o cloreto de sódio. já que são facilmente remodelados através da aplicação combinada de pressão e temperatura. as ligações de Van der Waals são quebradas. processamento e reciclagem? Como se comportam polímeros termoplásticos e termorrígidos frente a ação de um solvente? Polímeros denominados TERMOPLÁSTICOS podem ser amolecidos. uma elevação contínua da temperatura leva à degradação do material (queima) antes que qualquer alteração mais dramática nas propriedades mecânicas ocorra. Nylon®. O comportamento desse tipo de polímero viabiliza a produção em larga escala de artefatos através de meios como a extrusão (empurrar para fora. os hidrogéis. . polímeros TERMORRÍGIDOS são aqueles que não amolecem com o aumento da temperatura e por isso. tipos de ligações químicas intermoleculares. etc. Exemplos desse tipo de polímero são o polietileno. expulsão) e a moldagem por injeção. entre outras. ligações químicas primárias (covalentes) são responsáveis pelas ligações cruzadas entre cadeias. Qual a motivação para a produção de copolímeros em substituição aos correspondentes homopolímeros? A produção de copolímeros é geralmente motivada pelo objetivo de se alterar propriedades e comportamento dos polímeros. o comportamento de certos polímeros frente a temperatura (temperatura de amolecimento. Assim. Nesse caso. O comportamento dos polímeros frente à ação de solventes também pode ser explicado pelo tipo de interação entre cadeias existente. de alta energia e que não são passíveis de rompimento pela ação de solventes. a solubilização do polímero por um determinado solvente é possível quando as interações entre as moléculas do solvente e as cadeias poliméricas apresentam uma magnitude superior à magnitude de interações entre as cadeias poliméricas. polímeros TERMORRÍGIDOS apresentam cadeias conectadas entre si por ramificações ou braços compartilhados. Assim. por exemplo) ou à presença de solventes (grau de solubilização) pode ser radicalmente alterada com a introdução de determinadas unidades de repetição em homopolímeros. as ligações entre cadeias são primárias. as moléculas de solvente são capazes de romper as ligações fracas (Van der Waals) que unem as cadeias poliméricas e substituí-las por ligações um pouco mais fortes (mas ainda do tipo Van der Waals) solvente-polímero. as quais só são rompidas com a introdução de elevadas quantidades de energia que usualmente levam também ao rompimento das ligações constituidoras das cadeias poliméricas (com a consequente degradação . polímeros termorrígidos são normalmente insolúveis. nesse caso. 11. Assim sendo. para polímeros termoplásticos. é responsável pelo comportamento característico dos termorrígidos: não são facilmente conformados e reprocessados.do polímero). Assim. Diferencie .Por outro lado. O que é taticidade de polímeros vinílicos? Demonstre por meio de desenhos as diferentes configurações do polipropileno atático. percebe-se que o tipo de ligação entre cadeias. sindiotático e isotático. Já no caso de polímeros termorrígidos.queima . 12. Assim. etc. poliadição. tubos. poliadição Poliestireno (PS) Polímero amorfo. Recipientes (transparentes). brinquedos. Tais polímeros formam uma subclasse muito importante dentro de materiais poliméricas e são empregados em um grande número de aplicações. O tipo de grupamento vinílico determina as características específicas de cada polímero. etc. termoplástico. termoplástico. Qual é a influência da taticidade nas propriedades e comportamento dos polímeros? Os polímeros vinílicos são derivados de monômeros vinílicos. copos.configuração de conformação de cadeias poliméricas. isopor. 13. Poli(cloreto de vinila) (PVC) Polímero amorfo. Polímero Aplicações Polipropileno (PP) Recipientes. filmes. utensílios domésticos. cuja a estrutura está mostrada abaixo. Liste 10 polímeros usados comercialmente: estrutura química e aplicações e a classificação mais típica do polímero (termoplástico ou termorrígido. etc. Estrutura . peças para indústria automotiva. poliadição. Filmes (embalagens). produzido por reações de poliadição ou policondensação). amorfo ou semicristalino. Polímero semicristalino. termoplástico. Poli(etileno tereftalato) PET Polímero semicristalino. Fibras. termoplástico. adesivos . Garrafas. policondesação. Recobrimentos. biomaterais. termorrígido. poliadição. termoplástico. Poli(tetrafluoretileno) Teflon® Polímero semicristalino. policondensação. Matriz para compósitos.Poli(metacrilato de metila) (PMMA) Polímero amorfo. copos. recipientes. etc. fibras (tecidos) Poliamidas Nylon® Polímero semicristalino. poliadição. termoplástico. policondensação. peças. biomateriais. Resina epoxídica Polímero amorfo. etc. Copos. janelas. fitas. etc. lentes. termoplástico. cadeias ramificadas. No caso das primeiras. dipolo-induzido eligações de hidrogênio. Adesivos. poliadição. 16. iguais ou diferentes. etc. É formada pela polimerização do monômeros bifuncionais. Quais os tipos de cadeia os polímeros podem apresentar? Cadeia linear. dando exemplo em cada caso: a) Forças intermoleculares e forças intramoleculares Duas forças de naturezas distintas predominam na química. 17. que se tratam de interações entre duas ou mais moléculas. Explique. Cadeias com ligações cruzadas. são aquelas denominadas intramoleculares. a partir da estrutura química. e as denominadas intermoleculares. Biomateriais. policondensação. As cadeias poliméricas estão ligadas entre si através de segmentos de cadeia unidos por forças primárias covalentes fortes. Explique a partir da estrutura química. Poliuretanos Polímero amorfo.covalentes ou moleculares e metálicas. termorrígido. b) Cadeias lineares e cadeias com ligações cruzadas O mais simples dos polímeros possui uma cadeia de moléculas constituída apenas da cadeia principal. os tipos de configuração possíveis apresentadas pelo poliestireno cristalino (PS) e o polibutadieno (PB). elastômeros 14. Defina os seguintes pares de termos. Em função da quantidade de ligações cruzadas médias por volume unitário. que ocorrem no interior de uma molécula. podendo exigir a ajuda de catalisadores. destacam-se as forças dipolo-dipolo. 15. quais os tipos de conformações no estado sólido que o polietileno de alta densidade (PEAD) e o polipropileno comercial (PPi) podem apresentar. pode-se subdividir esta classificação em polímeros com baixa densidade de ligações cruzadas (borracha vulcanizada) ou polímeros com alta densidade de ligações cruzadas (termorrígidos) c) Copolímeros em bloco e copolímero grafitizado . podemos citar as ligações químicas iônicas ou eletrovalentes. peças automotivas. termorrígido.Resina de fenolformaldeído Polímero amorfo. No caso das segundas. d) Polímeros de adição e polímeros de condensação Polímero de adição: No processo de reação dos monômeros não há perde de massa na forma de compostos com baixo peso molecular. tornando-se insolúvel e infusível .. e) Encadeamento e taticidade em polímeros Taticidade em polímeros. Polímero de condensação: São polímeros formados pela união de dois grupos funcionais reativos com a eliminação de uma molécula de baixo peso molecular como: H2O. sofre o processo de cura no qual se tem uma transformação química irreversível. A A A A A B A A A A A B B B B Exemplo: copolímero acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) – formado principalmente por um homopolibutadieno enxertada com um copolímero aleatório de estireno-acrilonitrila.  Termofixos. São polímeros formados pela união de dois grupos funcionais reativos com a eliminação de uma molécula de baixo peso molecular como: H2O. durante a fiação foi forçada para aumentar a resistência mecânica. HCl. O seu estado físico não se altera mais (não amolece) quando submetido a posteriores aquecimentos.Em bloco: os blocos (sequência) de um determinado mero se alterna com os blocos de outro mero. f) Polímeros termoplásticos e polímeros termofixos. ~~SSS~~~~~SSS-BBB~~~~~BBB-SSS~~~~~SSS Exemplo: borracha termoplástica tribloco de estireno e butadieno Grafitizado ou enxertado: sobre a cadeia de um homopolímero (A) outra cadeia polimérica (B).. .  Termoplásticos: A orientação das cadeias e dos cristais. com a formação de ligações cruzadas.. tornando-se rígido. . HCl. possibilitando a utilização na forma de fios finos.. Termorígidos ou Termoendurecidos: plástico que amolece uma vez com o aquecimento. permitem a ligação com dois outros átomos. quando uma ligação dupla é desfeita. Assim. Em polimerizações realizadas através de reações de poliadição. nenhuma molécula pequena é eliminada como produto das reações e a polimerização é caracterizada principalmente pela abertura ou quebra de ligações duplas entre átomos de carbono (-C=C-). A polimerização se inicia geralmente através do uso de agentes capazes de formar radicais livres. Esses agentes iniciadores de polimerização . já que quando abertas. Ligações duplas entre átomos de carbono são bifuncionais. Pode-se também classificar os materiais poliméricos quanto ao tipo de química envolvida na síntese do material. Nesse tipo de classificação dois grandes grupos se destacam: polímeros obtidos via polimerização por condensação (policondensação) e polímeros produzidos via reações de adição (poliadição). há a formação de elétrons livres (radicais livres) associados aos átomos de carbono que podem ser usados na formação de novas ligações com outras moléculas dos reagentes (monômeros). levando assim à produção de cadeias polimérica.Lista dos Exercícios Unidade II 1) Como se processam as reações de poliadição? Quais são as etapas desse tipo de reação? O que são radicais livres? Como eles podem ser criados? Cite exemplos de polímeros processados via reações de poliadição. Um exemplo típico desse tipo de polimerização por adição envolve a produção do polipropileno a partir do monômero propileno. Os peróxidos são típicos agentes iniciadores de polimerização por adição. rompendo esta ligação e dando origem a formação de um elétron livre no átomo de carbono não atacado pelo agente iniciador decomposto: A reação entre o radical livre no final da cadeia em crescimento com outros monômeros permite a propagação da polimerização e aumento da massa molar das cadeias: ." representa a presença de um elétron livre) Os radicais livres formados a partir da decomposição dos agentes iniciadores da polimerização são capazes de abstrair um elétron confinado à ligação dupla do monômero. seja esta na forma de calor como na forma de luz. Decomposição do peróxido de benzoíla ( o sinal ".se decompõe com a introdução de energia. A repetição desse processo com n monômeros leva a formação de cadeias poliméricas com n unidades de repetição: O término da polimerização pode ocorrer pela combinação de radicais livres presentes nos finais de duas cadeias em crescimento. Poli(acrilon 2) Como se processam as reações de policondensação? Quais são as características básicas desse tipo de reação? Cite exemplos de polímeros processados via reações de policondensação. As reações de condensação se notabilizam pela eliminação de uma pequena molécula (geralmente água) durante o processamento da reação. Uma reação de condensação típica é a de esterificação. onde . Poli(cloreto de vinila) (PVC). quando um átomo de hidrogênio de uma cadeia é abstraído por uma cadeia em crescimento. ou por disproporcionação. Polipropileno. Combinação Desproporcionamento Exemplos de polímeros sintetizados por reações de poliadição: Polietileno. Poliestireno. Poli(ácido acrílico). dando origem. há a necessidade que o número de grupos funcionais em cada mero seja superior a um para permitir a formação de cadeias. podem se ligar a dois distintos meros que por sua vez poderão se ligar a outros meros. Em reações de polimerização (produção de polímeros) por policondensação. dessa forma. a funcionalidade de um determinado mero é igual ao número de grupos funcionais deste. a macromoléculas. álcoois bifuncionais (etileno glicol) reagem com ácidos bifuncionais (ácido tereftálico) dando origem a ligações do tipo éster. comumente usado na fabricação de recipientes plásticos. Já. Em reações de polimerização por condensação. Um exemplo típico de preparação de polímeros via condensação é a produção do poli(etileno tereftalato) (PET). os grupos químicos responsáveis pela reação são o grupo hidroxila (OH) no álcool e o grupo ácido carboxílico (HO-C=O). para reagentes bi ou polifuncionais a ligação entre dois meros gera moléculas que ainda apresentam grupos funcionais não reagidos que podem ser usados na conecção com outros meros. o produto de uma reação de condensação é uma molécula pequena. meros com dois grupos funcionais.um álcool reage com um ácido orgânico. Para reagentes monofuncionais. É usual se usar o termo “funcionalidade” para definir o número possível de ligações químicas que um mero pode fazer com outros. gerando um éster conjuntamente com a eliminação de uma molécula de água. por exemplo. Nesse caso. Assim. Nesse tipo de reação. Tais grupos são chamados de grupos funcionais por participarem diretamente da reação. características dos polímeros poliéster como o PET: . ao invés de moléculas de pequena massa molar. como exemplo. Outro tipo muito comum de reação de condensação envolvida na produção de polímeros é aquela que engloba a reação de grupos amino (-NH2) com grupos ácido carboxílico (HO-C=O). a formação de macromoléculas a partir de reações de condensação como as explicitadas acima depende da presença de no mínimo dois grupos funcionais em cada reagente. Essa seqüência é usualmente chamada de unidade de repetição e é uma característica básica de cada polímero. Mais uma vez. um átomo de hidrogênio do grupo amino reage com o grupo hidroxila do ácido carboxílico. a seqüência entre colchetes se repete indefinidamente como uma função do número de moléculas reagidas. Nesse tipo de reação. O número de unidades de repetição n é denominada de grau de polimerização e ultimamente define a massa molar (ou peso molecular) da cadeia polimérica. resultando na eliminação de uma molécula de água e formação de uma ligação do tipo amida (-NH-C=O-). são produzidas a partir de reações entre diamina (hexametileno diamina) com ácidos (ácido adípico) .PET Percebe-se que no polímero acima. a preparação de poliamidas denominadas comercialmente de Nylons. Assim. tância. quando comparadas com sua influência em moléculas de alta MM. o que influenciará nas suas propriedades físico-químicas de tal modo que o seu conhecimento e controle são de fundamental irnpor. Poliamidas. 4) A polimerização radicalar é caracterizada por três passos principais: a) descreva o mecanismo geral de polimerização radicalar. esters (lactones) e xiloxanas. 5) Descreva o mecanismo da polimerização com abertura de anel. Normalmente.Nylon® (6. Poliuretanos. amidas (lactamas). O polimerizacao com abertura de anel e de interesse comercial num grande número de sistemas. As polimerizações com abertura de anel de monômeros cíclicos tais como óxido de propileno. e cadeias poliméricas com h4hI acima de 250 000 são consideradas de alta massa molar. incluindo as polimerizações do oxide de etileno.1 mostra este comportamento assintótico. Polisiloxanos. isto é.27. Valores abaixo deste e não menores que 1 000 são considerados oligômeros.o. mas a dependência do peso molecular polímero na conversão quase nunca segue o comportamento mostrado na Equação 2.. as propriedades são afetadas por mudanças da massa molar de ma. de alta massa molar. isto é. prosseguem normalmente pelo mecanismo de polimerização. como. A Figura 6. esters ciclicos.neira assintótica. acetais. Cadeias são consideradas poliméricas quando a h1hI é superior a 10 000 Daitons ou g/. esta provocará maiores alterações nas propriedades quando ocorrer em moléculas de baixa massa molar. considerando-se uma dada variação de massa molar. As polimerizações com . Esse tipo de polimerizacao ocorre com monomeros ciclicos.6) Exemplos de polímeros processados via policondensação: Poliésteres. 3) Por que é de fundamental importância se ter conhecimento de substâncias retardantes e até inibidoras das reações de polimerização? O material polimérico se dferencia dos demais por possuir uma cadeia longa. linhas de pesca etc. 8) Misturaram-se os seguintes componentes nas proporções indicadas: .abertura do anel muitas mostrado na Equação 2. Polímero melamina-fomaldeído ou Melmae: Foi muito utilizada na fabricação dos discos musicais antigos. vernizes e colas para Madeira. vezes acompanham o comportamento 6) Cite alguns polímeros obtidos por reações de poliadição e suas aplicações. 7) Cite alguns polímeros obtidos por reações de condensação e suas aplicações. na impregnação de papéis.28. garrafas. Poliésteres: É usado como fibra têxtil e recebe os nomes de terilene ou Dacron. Poliamidas ou Nylons: São moldados em forma de engrenagens e outras peças de máquinas. Polifenol ou Baquelite: Ele é usado na fabricação de tintas. tecidos. em forma de fios e também se prestam à fabricação de cordas. Polímero uréia-formaldeído: Esse polímero é também usado em vernizes e resinas. Diga que reação ocorre e a que polímero dá origem. As etapas de iniciação e de propagação são descritas abaixo: . 9) Sulfeto de polifenileno é um importante polimero eletronico e pode ser sintetizado usando p-diclorobenzeno com Na2S em n-pirolidona (método de Campbel). Proponha um mecanismo para esta reação. .A etapa de terminação do polimero pode ocorrer com A (por combinação) e B (reação de transferência). Considerando que radicais poliméricos devido aos monômero M1 (PM1) e M2(PM2) termina por recombinação apenas. 10) Os iniciadores multifuncionais. grupo azo(a 50ºC) e grupo peróxido (a 90ºC) decompõem-se a temperaturas separadas e o monômero M1 é polimerizado primeiro. Escreva essas etapas justificando cada uma delas. Os radicais primários são gerados e os radicais poliméricos sofrem reações como seguem: Assuma que a terminação ocorre por combinação. quais tipos de polímeros poderá ser formado? Qual seria a natureza do polímero se os radicais poliméricos devido ao monômero M2 terminasse por desprorpocionamento apenas? 11) A polimerização de transferencia de iodo requer um peroxide (R-O-O-R) e um iodeto alquílico (RFI). Dê um mecanismo complete para essa polimerização.