Explique a razão para a elevada elasticidade observado nos elastômeros.
Passo 1
Beleza, a questão é: “Por que os elastômeros têm elasticidade tão alta?” Isso cai na matéria de polímeros (propriedades mecânicas de elastômeros). Para responder, a gente vai usar dois conceitos principais:
- Estrutura molecular dos elastômeros (cadeias flexíveis, amorfas, acima de Tg).
- Elasticidade entropica (modelo de mola entropica de uma cadeia polimérica + presença de ligações cruzadas).
Passo 2
Primeiro, vamos falar da estrutura molecular.
- Os elastômeros são polímeros com cadeias longas, emaranhadas e basicamente amorfas (sem regiões cristalinas bem definidas).
- Eles operam acima da temperatura de transição vítrea (Tg), então suas cadeias têm muita mobilidade térmica.
- Além disso, existem ligações cruzadas (crosslinks) que unem algumas cadeias, evitando que o material flua como um líquido.
Passo 3
Agora entra a elasticidade entropica. Imagina uma única cadeia polimérica solta: ela forma um emaranhado aleatório, com número enorme de conformações possíveis. A entropia S mede justamente quantas configurações cabem nesse “novelo”.
Quando você estica essa cadeia, o número de conformações possíveis cai, logo a entropia diminui. A natureza “não curte” queda de entropia, então surge uma força restauradora que tenta devolver a cadeia ao estado embaralhado, máximo de entropia.
Matematicamente, a energia livre de Helmholtz de uma cadeia pode ser escrita como
Quando você estica essa cadeia, o número de conformações possíveis cai, logo a entropia diminui. A natureza “não curte” queda de entropia, então surge uma força restauradora que tenta devolver a cadeia ao estado embaralhado, máximo de entropia.
Matematicamente, a energia livre de Helmholtz de uma cadeia pode ser escrita como
Aqui U (energia interna) quase não varia ao esticar o elastômero; quem muda é
. A força elástica F é dada por
ou seja, é proporcional à temperatura e à variação da entropia com o alongamento x. Quanto mais você puxa, maior a força de retorno.
Passo 4
Por fim, as ligações cruzadas garantem que, quando você tire a força de fora, todas as cadeias puxem umas às outras de volta para a configuração original. Sem elas, as cadeias se deslizariam e o material não “voltaria” totalmente. Essas crosslinks dão a forma permanente e possibilitam ciclos de esticar-relaxar sem deformação permanente.
Resposta
A elevada elasticidade dos elastômeros vem da combinação da alta mobilidade das cadeias poliméricas (acima de Tg) – que geram uma força restauradora entropica ao serem esticadas – com ligações cruzadas que garantem o retorno ao estado inicial.