Por que a densidade de um polimero cristalino é maior que a de um polimero amorfo?

Passo 1

Beleza, então a pergunta é: “Por que a densidade de um polímero cristalino é maior que a de um polímero amorfo?” Isso cai em Química de Polímeros, especificamente na parte de estruturas cristalinas vs amorfas. Para resolver, vamos precisar saber o que é densidade (relação massa/volume) e como a disposição das cadeias poliméricas afeta o volume ocupado (chamado de volume livre).

Passo 2

Primeiro, lembra da definição básica de densidade:
rho = mV
Onde ρ é a densidade, m é a massa e V é o volume. Num polímero, a massa por repetição de unidade (monômero) é a mesma, então a diferença na densidade vem do volume total que o material ocupa. Se o volume ocupado for menor, a densidade fica maior.

Passo 3

Agora, o que ocorre num polímero cristalino? As cadeias se alinham de forma bem ordenada, como se fossem fileiras de palitos encaixadas direitinho. Nesse arranjo:
  • As interações (tipo pontes de Van der Waals) ficam mais próximas;
  • O “espaço vazio” entre cadeias é menor.
A gente chama isso de volume livre reduzido: basicamente sobra menos lacuna entre as moléculas.

Passo 4

Por outro lado, num polímero amorfo as cadeias estão todas emboladas e tortas, sem padrão. É como jogar vários fios de lã num saco: aparecem muitos buraquinhos de ar. Esse volume livre extra faz o volume total V crescer e, consequentemente, a densidade ρ diminuir, já que m é praticamente a mesma.

Resposta

Como o polímero cristalino tem cadeias mais bem organizadas, ocupa menos volume livre. Logo, para a mesma massa, seu volume V é menor, fazendo com que
rhocristalino = mVmenor > rhoamorfo = mVmaior
Ou seja, mais empacotamento = menor volume = maior densidade.

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