Mostre as fórmulas estruturais dos seguintes polímeros e classifique-os de acordo com:
Estrutura: linear, ramificado e reticulado,
Resposta ao calor: termoplástico, termofixo; e
Mecanismo de reação: adição, condensação
Mencionar usos, grupos funcionais e funcionalidade
Poli(tereftalato de etileno)
Resposta ao calor: termoplástico, termofixo; e
Mecanismo de reação: adição, condensação
Mencionar usos, grupos funcionais e funcionalidade
Poli(tereftalato de etileno)
Passo 1
O enunciado pede para eu mostrar as fórmulas estruturais do polímero indicado — Poli(tereftalato de etileno) — e classificá‑lo segundo: estrutura (linear/ramificado/reticulado), resposta ao calor (termoplástico/termofixo), mecanismo de reação (adição/condensação). Também quer que eu mencione usos, grupos funcionais e a funcionalidade dos monômeros. Informação dada: o nome do polímero é Poli(tereftalato de etileno).
Passo 2
Para desenhar a estrutura do polímero precisamos identificar os monômeros que o formam. O Poli(tereftalato de etileno) resulta da reação entre dois tipos de monômeros básicos:
(ou, industrialmente, a mesma unidade pode vir de dimetiltereftalato
por transesterificação). Eu peguei essas fórmulas dos monômeros padrão do PET.
Passo 3
Explicando o mecanismo: aqui ocorre uma polimerização por condensação (também chamada de polimerização por crescimento por etapas). O que isso significa, em linguagem simples:
- Em cada passo, um grupo funcional de um monómero reage com um grupo funcional do outro monómero e forma uma ligação covalente liberando uma pequena molécula (normalmente água).
- No nosso caso forma‑se uma ligação éster entre o grupo hidroxila do etilenoglicol e o grupo carboxila do ácido tereftálico, com eliminação de água.
Uma equação global simplificada (mostrando o balanço estequiométrico) é:
Aqui
é o grau de polimerização (número de unidades repetitivas no polímero). Essa equação mostra claramente a perda de água — característico da condensação.
Passo 4
Agora vou escrever a unidade repetitiva (a “fórmula estrutural” que se repete na cadeia). A unidade repetitiva do PET pode ser representada assim (mostro a estrutura em forma linear simplificada):
Isto significa que cada ligação entre unidades é uma ligação éster
que intercala o segmento etileno
e o anel aromático tereftalato
.
Passo 5
Vou explicar calma e didaticamente por que essa estrutura leva à classificação como “linear”. Cada monómero tem funcionalidade 2:
- Etilenoglicol tem dois grupos hidroxila: funcionalidade
( ). - Ácido tereftálico tem duas carboxilas: funcionalidade
( ).
Quando você combina repetidamente monômeros comem uma reação de condensação, cada monómero liga‑se a no máximo duas outras unidades (uma em cada extremidade), então a cadeia cresce em duas direções formando cadeias longas, contínuas e não ramificadas — ou seja, estrutura linear. Para formar ramificações ou rede (reticulado) seriam necessários monômeros com (trifuncionais ou mais).
Passo 6
Classificação quanto à resposta ao calor (termoplástico vs termofixo) e por que o PET é termoplástico:
- Termoplástico: polímero formado por cadeias lineares (ou linear parcialmente ramificadas, mas sem ligações covalentes entre cadeias) que podem deslizar umas sobre as outras quando aquecidas; ao aquecer funde e pode ser remodelado; ao resfriar solidifica de novo.
- Termofixo (termorrígido): polímeros reticulados onde existem ligações covalentes entre cadeias formando uma rede tridimensional; não fundem ao aquecer — degradam.
O PET é um polímero linear com interações intermoleculares (van der Waals, empilhamento π entre anéis aromáticos, e ligações de hidrogênio residuais se houver grupos terminais), mas sem ligações covalentes entre cadeias. Por isso: - PET é classificado como termoplástico: pode ser fundido e reprocessado (aquecendo‑se acima da temperatura de fusão).
Propriedades térmicas típicas (valores aproximados, para dar noção):
(
= temperatura de transição vítrea;
= temperatura de fusão; números dependem do grau de cristalinidade e do histórico térmico).
Passo 7
Explicando mecanismo de reação com mais detalhe (como fazer na prova): quando uma hidroxila ataca uma carbonila do ácido (ou do éster, no processo com DMT), forma‑se um estado tetraédrico e, sob eliminação de água (ou metanol, no caso de DMT), gera‑se a ligação éster. Em bancada ou industrialmente usa‑se aquecimento e às vezes catalisadores (ácidos/êsteres ou transesterificação) para deslocar o equilíbrio e aumentar o peso molecular. O processo é de crescimento por etapas (step‑growth): no começo formam‑se dímeros, depois trímeros, etc., até cadeias longas; a cada etapa há liberação de pequenas moléculas — característica da condensação.
Passo 8
Grupos funcionais presentes na cadeia polimérica e sua importância:
- Grupo éster:
— é a ligação que une as unidades; define propriedades químicas como sensibilidade a hidrólise (sob condições ácidas/ básicas e temperatura elevada pode ocorrer hidrólise do éster). - Anel aromático tereftalato:
— confere rigidez local, resistência mecânica e estabilidade térmica, além de permitir empacotamento cristalino. - Segmento alifático etileno:
— confere alguma mobilidade à cadeia.
Esses grupos determinam resistência mecânica, transparência/ cristalização e sensibilidade química.
Passo 9
Usos práticos e observações industriais (o que citar numa prova para impressionar):
- Fibras têxteis (poliéster) — roupas, carpetes.
- Garrafas de bebidas (PET) — embalagem de refrigerantes/ água (por sua resistência e inércia).
- Filmes e embalagens alimentares.
- Peças de engenharia de média resistência usando processamento por moldagem por injeção, extrusão.
- Produção industrial: reação por policondenação entre ácido tereftálico (ou DMT) e etilenoglicol; processo em fase fundida com remoção de água/metanol e redução de pressão para aumentar o peso molecular.
Também é reciclável termicamente (reciclagem mecânica) — motivo pelo qual garrafas PET são amplamente recicladas.
Passo 10
Resumo conceitual útil para a prova (como decidir classificações em exercícios semelhantes):
- Olhe para a funcionalidade dos monômeros:
cadeia linear; possibilidade de ramificação/reticulação. - Se o polímero resultar de eliminação de pequena molécula (H2O, MeOH) → mecanismo de condensação (step‑growth).
- Se as cadeias não têm ligações covalentes entre si → termoplástico; se há rede covalente → termofixo.
Resposta
Estrutura: linear
Resposta ao calor: termoplástico
Mecanismo de reação: condensação (polimerização por etapas, eliminação de água ou metanol)
Usos: fibras têxteis (poliéster), garrafas de bebidas (embalagens PET), filmes e embalagens, peças moldadas por injeção e extrusão
Grupos funcionais: éster
e anel aromático
(além do segmento alifático
)
Funcionalidade: etilenoglicol
tem
; ácido tereftálico
tem
→ monômeros bi‑funcionais geram polímero linear