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2. Polímeros Polímeros naturais. Polímeros sintéticos (plásticos) A maioria dos plásticos são fabricados a partir de pequenas moléculas derivadas do carvão.

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1 2. Polímeros Polímeros naturais

2 Polímeros sintéticos (plásticos) A maioria dos plásticos são fabricados a partir de pequenas moléculas derivadas do carvão e do petróleo. Substituem metais, vidros e madeira em algumas aplicações devido às propriedades satisfatórias e menor custo

3 Hidrocarbonetos: São materiais orgânicos compostos por hidrogênio e carbono. São materiais orgânicos compostos por hidrogênio e carbono. Na molécula de hidrocarboneto cada átomo de carbono pode compartilhar até 4 elétrons de valência, o que define ligações covalentes entre os átomos (ligações intramoleculares). Na molécula de hidrocarboneto cada átomo de carbono pode compartilhar até 4 elétrons de valência, o que define ligações covalentes entre os átomos (ligações intramoleculares). l l l l – C – – C = = C = – C  – C – – C = = C = – C  l

4 Moléculas saturadas possuem ligações simples Moléculas insaturadas possuem ligações duplas ou triplas Hidrocarbonetos saturados (parafinas)

5 Moléculas isômeras possuem mesma composição mas diferentes arranjos atômicos Moléculas isômeras possuem mesma composição mas diferentes arranjos atômicos Qualquer um dos seguintes grupos orgânicos pode fazer parte de uma estrutura polimérica: Qualquer um dos seguintes grupos orgânicos pode fazer parte de uma estrutura polimérica: R e R’ = radicais orgânicos são grupos de átomos que se ligam para formar um hidrocarboneto; os radicais mantém sua estrutura durante as reações químicas Ex. CH3 – metila C2H5 - etila

6 Síntese de polímeros Definição de polímeros: consistem de uma grande quantidade de moléculas gigantes formadas por reações químicas entre pequenas moléculas de hidrocarbonetos. Estas reações são conhecidas por polimerização.

7 A grande cadeia carbônica é composta por unidades estruturais que se repetem, conhecidas por meros A grande cadeia carbônica é composta por unidades estruturais que se repetem, conhecidas por meros Forma molecular

8 Polimerização por adição (reação em cadeia): caracterizada pela fixação dos monômeros, um de cada vez, formando uma cadeia linear longa; a macromolécula resultante é composta de um múltiplo exato de monômero que iniciou a reação. Polimerização por condensação (reação em estágios): reações em que estão envolvidos mais de um tipo de monômero, ocorrendo entre moléculas etapa por etapa. Nesta reação normalmente forma-se um sub-produto de pequeno peso molecular (ex. água) reações em que estão envolvidos mais de um tipo de monômero, ocorrendo entre moléculas etapa por etapa. Nesta reação normalmente forma-se um sub-produto de pequeno peso molecular (ex. água)

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11 As propriedades de um polímero dependem As propriedades de um polímero dependem  do peso molecular  do peso molecular  da forma molecular  da forma molecular  da estrutura molecular  da estrutura molecular  da configuração molecular  da configuração molecular peso molecular médio M =  x i. M i peso molecular médio M =  x i. M i x i = fração de moléculas da faixa de tamanho i x i = fração de moléculas da faixa de tamanho i M i = peso molecular médio da faixa de tamanho i M i = peso molecular médio da faixa de tamanho i

12 Estrutura molecular

13 Configurações moleculares  = átomo ou grupo de átomos  do hidrogênio  = átomo ou grupo de átomos  do hidrogênio mero “cabeça-a-cauda” “cabeça-a-cabeça” mero “cabeça-a-cauda” “cabeça-a-cabeça”Estereoisomerismo: Isotático sindiotático atático Isotático sindiotático atáticoIsomerismo Geométrico cis trans

14 Copolímeros Pesquisam-se polímeros que geralmente apresentam melhores propriedades e custo reduzido de fabricação. Pesquisam-se polímeros que geralmente apresentam melhores propriedades e custo reduzido de fabricação.

15 Estrutura cristalina dos polímeros Cristalinidade  arranjo ordenado Cristalinidade  arranjo ordenado do polímero de átomos das cadeias do polímero de átomos das cadeias Células unitárias são Células unitárias são em geral complexas em geral complexas polímeros são freqüentemente polímeros são freqüentemente semicristalinos (regiões cristalinas dispersas na fase amorfa)

16 Grau de cristalinidade  depende da  taxa de resfriamento na solidificação  configuração molecular Menor taxa de resfriamento favorece a cristalizaçãoMenor taxa de resfriamento favorece a cristalização Complexidade química do mero, ramificação, ligações cruzadas, irregularidade geométrica e de composiçãoComplexidade química do mero, ramificação, ligações cruzadas, irregularidade geométrica e de composição  não favorece a cristalização exs. homopolímero linear cristaliza fácil polímero em rede é quase todo amorfo polímero em rede é quase todo amorfo

17 Micrografia eletrônica de um cristal de polietileno (cristalitos)

18 Formação de esferulitos (“grãos”) Bibliografia: CALLISTER JR, W. Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução, 5ª Edição, Rio de Janeiro:LTC, 2002 Elaborado por: Professor Paulo Sérgio Bayer, M. Eng CEFET/SC Unidade de Joinville


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