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Os plásticos e materiais poliméricos

Estudam-se os polímeros e os monómeros e a unidade estrutural repetitiva, os dois grandes tipos de polimerização (por adição e por condensação) com exemplos reais, a distinção entre termoplásticos e termofixos com base na estrutura, e a reciclagem dos plásticos e o seu impacto ambiental. Matéria da Unidade 3 da Química do 12.º ano (Ciências e Tecnologias), disciplina de opção sem Exame Final Nacional — avaliada por avaliação interna.

4 secções·~11 min de leitura·4 competências·Nível Padrão 2 · Aprofundamento 2

T·0666 / 7
Perfil de exame
Distinguir monómero e polímero e identificar a unidade estrutural repetitivaDistinguir polimerização por adição e por condensação e escrever a equação para exemplos reaisDistinguir termoplásticos de termofixos com base na estrutura molecularDiscutir a reciclagem de plásticos e o seu impacto ambiental
Operadores:distingueidentificaexplicaclassificaescrevediscute

nível básico

Reconhecer monómero, polímero e a diferença entre termoplásticos e termofixos.

nível avançado

Distinguir polimerização por adição e por condensação e relacionar a estrutura com as propriedades e a reciclagem.

Profundidade

Profundidade de leitura: Aprofundado

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Conteúdo · 4 secções▾
  1. Os plásticos e materiais poliméricos
    • 01Polímeros e monómeros: a unidade estrutural repetitiva◐
    • 02Polimerização por adição●
    • 03Polimerização por condensação●
    • 04Termoplásticos e termofixos; reciclagem e ambiente◐
§ 01

Polímeros e monómeros: a unidade estrutural repetitiva#

●●○PadrãoLPAE-quimica-12-u3-plasticos-polimeros

Pontos-chave

Um polímero é uma macromolécula — uma molécula gigante — formada pela repetição de muitas unidades pequenas e iguais, os monómeros, ligadas por reações de polimerização. A parte que se repete ao longo da cadeia chama-se unidade estrutural repetitiva (ou mero); o número de vezes que se repete é o grau de polimerização, n, tipicamente na ordem dos milhares (ver Fig. 1).

Do monómero eteno ao polietileno

Eteno → polietilenoFórmula de estrutura com 6 átomos e 4 ligações, esquema de reação, Dados: CH₂, CH₂, CH₂, CH₂, CH₂, CH₂, CH₂–CH₂ (double), CH₂–CH₂, CH₂–CH₂, CH₂–CH₂polimerizaçãoCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂
Fig. 1Fig. 1 — O monómero eteno (CH₂=CH₂) polimeriza em polietileno, de unidade repetitiva –CH₂–CH₂–.
É essa estrutura de cadeias longas que confere aos plásticos as suas propriedades características: leveza, flexibilidade ou rigidez, isolamento elétrico e térmico, resistência química e facilidade de moldagem. As propriedades dependem tanto da natureza do monómero como do comprimento e da organização das cadeias — a mesma ideia de relação estrutura–propriedades que percorre toda a Química dos materiais.
Há polímeros naturais e sintéticos. Entre os naturais contam-se a celulose e o amido (polímeros da glicose), as proteínas (polímeros de aminoácidos) e a borracha natural; entre os sintéticos, o polietileno, o PVC, o nylon e tantos outros criados pela indústria. Foi a produção em larga escala de polímeros sintéticos, a partir do século XX, que transformou o dia a dia — e criou o problema ambiental dos resíduos plásticos.
Conhecer o monómero permite, de imediato, escrever a unidade repetitiva do polímero e vice-versa. Por exemplo, o monómero eteno (CH₂=CH₂) dá o polietileno, cuja unidade repetitiva é –CH₂–CH₂–, repetida n vezes (ver Fig. 1). Esta correspondência monómero ↔ unidade repetitiva é a base para classificar e nomear os polímeros e para calcular o seu grau de polimerização.
Exemplo resolvido

Grau de polimerização do polietileno

Uma amostra de polietileno tem massa molar 56 000 g/mol. Sabendo que a unidade estrutural repetitiva (–CH₂–CH₂–) tem massa 28 g/mol, determina o grau de polimerização.

  1. 01Definição

    O grau de polimerização n é o número de unidades repetitivas na macromolécula.

  2. 02Cálculo

    n = massa molar do polímero / massa da unidade repetitiva = 56 000 / 28.

  3. 03Resultado

    n = 2000 unidades.

Resultado: O grau de polimerização é n = 2000: cada macromolécula tem, em média, 2000 unidades –CH₂–CH₂–.

Foco no Exame Nacional

  • Distinguir monómero, polímero e unidade estrutural repetitiva.
  • Relacionar o monómero com a unidade repetitiva e calcular o grau de polimerização.

Erros frequentes

  • Confundir monómero (unidade pequena de partida) com a unidade estrutural repetitiva (a parte que se repete no polímero).
  • Pensar que todos os polímeros são sintéticos — a celulose, o amido e as proteínas são polímeros naturais.

Revisão ativa

Identifica o monómero do polietileno e escreve a sua unidade estrutural repetitiva. Uma amostra de polietileno tem massa molar 56 000 g/mol; sabendo que a unidade repetitiva tem massa 28 g/mol, determina o grau de polimerização.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Química — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

§ 02

Polimerização por adição#

●●●AprofundamentoLPAE-quimica-12-u3-plasticos-polimeros

Pontos-chave

Na polimerização por adição, os monómeros são moléculas insaturadas — possuem uma ligação dupla C=C. Sob a ação de calor, pressão ou um iniciador, essa ligação dupla « abre-se » e os monómeros ligam-se sucessivamente uns aos outros, sem que se perca qualquer átomo. A massa do polímero é, por isso, exatamente a soma das massas dos monómeros que o formam.
O exemplo mais simples é o do polietileno, já visto: n moléculas de eteno (CH₂=CH₂) unem-se em –(CH₂–CH₂)ₙ–. Variando o substituinte ligado à dupla ligação obtêm-se muitos outros polímeros de adição de grande importância (ver Fig. 2): o cloroeteno dá o PVC, o propeno dá o polipropileno (PP), o estireno dá o poliestireno (PS) e o tetrafluoroeteno dá o PTFE (teflon).

Polímeros de adição comuns

Polímeros de adiçãoTabela com 3 colunas e 5 linhas, Dados: Polímero · Monómero · Aplicações; Polietileno (PE) · eteno, CH₂=CH₂ · sacos, garrafas, filmes; PVC · cloroeteno, CH₂=CHCl · tubos, caixilhos, cabos; Polipropileno (PP) · propeno, CH₂=CHCH₃ · embalagens, têxteis; Poliestireno (PS) · estireno, C₆H₅CH=CH₂ · esferovite, copos; PTFE (teflon) · tetrafluoroeteno, CF₂=CF₂ · revestimentos antiaderentesPOLÍMEROMONÓMEROAPLICAÇÕESPolietileno (PE)eteno, CH₂=CH₂sacos, garrafas, filmesPVCcloroeteno, CH₂=CHCltubos, caixilhos, cabosPolipropileno (PP)propeno, CH₂=CHCH₃embalagens, têxteisPoliestireno (PS)estireno, C₆H₅CH=CH₂esferovite, coposPTFE (teflon)tetrafluoroeteno, CF₂=CF₂revestimentos antiaderentes
Fig. 2Fig. 2 — Polímeros de adição: todos partem de um monómero com ligação dupla C=C.
Todos partilham a mesma « assinatura »: um monómero com dupla ligação C=C e um polímero saturado (só ligações simples) com a mesma composição percentual do monómero. Reconhecer a dupla ligação no monómero é o indício imediato de que se trata de uma polimerização por adição. Estes plásticos, baratos e versáteis, são os mais produzidos em massa e estão por todo o lado — de embalagens a tubagens.
É útil saber « ler » a estrutura nos dois sentidos: dado o monómero (com a sua dupla ligação), escreve-se a unidade repetitiva saturada do polímero; dada a unidade repetitiva, reconstitui-se o monómero « fechando » a dupla ligação. Esta ginástica é frequentemente pedida na avaliação e distingue quem compreende o mecanismo de quem apenas o decorou.
Exemplo resolvido

Identificar uma polimerização por adição

O propeno (CH₂=CH–CH₃) origina o polipropileno. Classifica a polimerização e escreve a unidade estrutural repetitiva.

  1. 01Analisar o monómero

    O propeno tem uma ligação dupla C=C: é um monómero insaturado.

  2. 02Tipo de polimerização

    Monómero com dupla ligação e sem libertação de subproduto ⇒ polimerização por adição.

  3. 03Unidade repetitiva

    A dupla ligação abre-se e os monómeros ligam-se: –CH₂–CH(CH₃)–, repetida n vezes.

Resultado: É uma polimerização por adição; a unidade repetitiva do polipropileno é –CH₂–CH(CH₃)–.

Foco no Exame Nacional

  • Reconhecer a polimerização por adição pela presença de uma ligação dupla C=C no monómero e a ausência de subproduto.
  • Associar monómeros a polímeros de adição reais (PE, PVC, PP, PS) e escrever a unidade repetitiva.

Erros frequentes

  • Supor que na adição se liberta uma molécula pequena — na adição não há subproduto (isso é a condensação).
  • Manter a dupla ligação na unidade repetitiva do polímero: no polímero de adição as ligações passam a simples.

Revisão ativa

O cloroeteno (CH₂=CHCl) polimeriza em PVC. Classifica a polimerização, justifica com a estrutura do monómero e escreve a unidade estrutural repetitiva do PVC.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Química — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

§ 03

Polimerização por condensação#

●●●AprofundamentoLPAE-quimica-12-u3-plasticos-polimeros

Pontos-chave

Na polimerização por condensação, os monómeros unem-se com libertação simultânea de uma molécula pequena — muito frequentemente água (mas também HCl ou outra). Ao contrário da adição, a massa do polímero é inferior à soma das massas dos monómeros, precisamente porque parte dos átomos sai no subproduto eliminado (ver Fig. 3).

Polimerização por condensação (poliamida)

Polimerização por condensaçãoGrafo, diamina (H₂N–R–NH₂) → poliamida (nylon), diácido (HOOC–R'–COOH) → poliamida (nylon), poliamida (nylon) → H₂O (eliminada)diamina(H₂N–R–NH₂)diácido(HOOC–R'–COOH)poliamida(nylon)H₂O (eliminada)condensaçãocondensaçãoliberta
Fig. 3Fig. 3 — Na condensação, dois monómeros bifuncionais unem-se (ligação amida) libertando água.
Para que isto seja possível, cada monómero tem de possuir dois grupos funcionais reativos (um em cada extremidade), de modo a poder ligar-se de ambos os lados e prolongar a cadeia. Os exemplos clássicos são o nylon-6,6 — uma poliamida obtida de uma diamina e de um diácido, com libertação de água — e o PET (politereftalato de etileno) — um poliéster obtido de um diálcool (etilenoglicol) e de um diácido, também com libertação de água.
Nas poliamidas forma-se a ligação amida (–CO–NH–) entre o grupo ácido de um monómero e o grupo amina do outro; nos poliésteres forma-se a ligação éster (–CO–O–) entre o grupo ácido e o grupo álcool. Em ambos, a nova ligação « nasce » da reação entre os dois grupos funcionais, com saída de uma molécula de água. Muitos polímeros naturais — as proteínas (ligações amida entre aminoácidos) e a celulose — são, no fundo, polímeros de condensação.
O critério prático de distinção é claro: se há libertação de uma molécula pequena (água), é condensação; se não há, é adição. Verificar se os monómeros têm dupla ligação (indício de adição) ou dois grupos funcionais reativos (indício de condensação) permite classificar corretamente qualquer polimerização — uma das questões mais frequentes desta unidade.
Exemplo resolvido

Adição ou condensação?

Classifica cada polimerização: (a) eteno → polietileno; (b) etilenoglicol + ácido tereftálico → PET + água. Justifica.

  1. 01Caso (a)

    O monómero (eteno) tem dupla ligação C=C e não há libertação de subproduto: é polimerização por adição.

  2. 02Caso (b)

    Os monómeros são bifuncionais (diálcool e diácido) e liberta-se água: é polimerização por condensação.

  3. 03Ligação formada em (b)

    Entre o grupo ácido e o grupo álcool forma-se uma ligação éster (–CO–O–): o PET é um poliéster.

Resultado: (a) adição (sem subproduto); (b) condensação (liberta água, forma ligação éster — poliéster PET).

Foco no Exame Nacional

  • Reconhecer a polimerização por condensação pela libertação de uma molécula pequena (água) e pelos monómeros com dois grupos funcionais.
  • Associar poliamidas (nylon) e poliésteres (PET) à condensação e identificar as ligações amida e éster.

Erros frequentes

  • Esquecer o subproduto (água) da condensação, tratando-a como se fosse uma adição.
  • Confundir a ligação amida (–CO–NH–, poliamidas) com a ligação éster (–CO–O–, poliésteres).

Revisão ativa

Explica por que a formação do nylon-6,6 é uma polimerização por condensação e indica que molécula pequena é libertada e que tipo de ligação se forma entre os monómeros.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Química — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

§ 04

Termoplásticos e termofixos; reciclagem e ambiente#

●●○PadrãoLPAE-quimica-12-u3-plasticos-polimeros

Pontos-chave

Quanto ao comportamento com o calor, os plásticos dividem-se em dois grandes grupos, cuja diferença está na estrutura das cadeias (ver Fig. 4). Os termoplásticos têm cadeias lineares ou ramificadas, ligadas entre si apenas por forças intermoleculares fracas (van der Waals); por isso amolecem e fundem quando aquecidos, podendo ser moldados de novo — e, portanto, reciclados por fusão. São exemplos o PE, o PVC, o PET e o PP.

Cadeias lineares (termoplástico) vs rede reticulada (termofixo)

Termoplástico vs termofixofigura de vários painéis, 2 painéis, Dados: termoplástico (linear) — Cadeias lineares; termofixo (reticulado) — Rede reticuladaTermoplástico vs termofixox1x2termoplástico (linear)x1x2termofixo (reticulado)
Fig. 4Fig. 4 — A estrutura distingue os dois tipos: cadeias soltas (termoplástico) vs rede reticulada (termofixo).
Os termofixos (ou termoendurecíveis) têm as cadeias unidas por ligações covalentes que formam uma rede tridimensional rígida (reticulação). Essa rede impede-os de amolecer: quando muito aquecidos, degradam-se em vez de fundir. São mais duros e resistentes ao calor, mas não podem ser refundidos nem reciclados por fusão. Exemplos: a baquelite, as resinas epóxi e a borracha vulcanizada (ver Fig. 5).

Termoplásticos e termofixos

Termoplásticos vs termofixosTabela com 3 colunas e 5 linhas, Dados: Propriedade · Termoplástico · Termofixo; Estrutura · cadeias lineares/ramificadas · rede tridimensional reticulada; Ligações entre cadeias · fracas (van der Waals) · covalentes (reticulação); Efeito do calor · amolece e funde · não funde; degrada-se; Reciclável por fusão · sim · não; Exemplos · PE, PVC, PET, PP · baquelite, resinas epóxiPROPRIEDADETERMOPLÁSTICOTERMOFIXOEstruturacadeias lineares/ramificadasrede tridimensionalreticuladaLigações entre cadeiasfracas (van der Waals)covalentes (reticulação)Efeito do caloramolece e fundenão funde; degrada-seReciclável por fusãosimnãoExemplosPE, PVC, PET, PPbaquelite, resinas epóxi
Fig. 5Fig. 5 — Comparação entre termoplásticos e termofixos.
É esta diferença estrutural que explica a reciclabilidade: só os termoplásticos se reciclam facilmente por fusão. Para orientar a separação, os plásticos trazem um código de identificação (SPI), numerado de 1 a 7, que indica o polímero de que são feitos (ver Fig. 6): 1 (PET), 2 (PEAD), 3 (PVC), 4 (PEBD), 5 (PP), 6 (PS) e 7 (outros). Reconhecer o código ajuda a encaminhar cada plástico para a reciclagem adequada.

Códigos de identificação dos plásticos (SPI)

Códigos SPITabela com 3 colunas e 7 linhas, Dados: Código · Polímero · Exemplo; 1 — PET · politereftalato de etileno · garrafas de água; 2 — PEAD · polietileno de alta densidade · frascos de detergente; 3 — PVC · policloreto de vinilo · tubos, caixilhos; 4 — PEBD · polietileno de baixa densidade · sacos, filmes; 5 — PP · polipropileno · embalagens, tampas; 6 — PS · poliestireno · esferovite, copos; 7 — Outros · outros plásticos · policarbonato, PLACÓDIGOPOLÍMEROEXEMPLO1 — PETpolitereftalato de etilenogarrafas de água2 — PEADpolietileno de altadensidadefrascos de detergente3 — PVCpolicloreto de vinilotubos, caixilhos4 — PEBDpolietileno de baixadensidadesacos, filmes5 — PPpolipropilenoembalagens, tampas6 — PSpoliestirenoesferovite, copos7 — Outrosoutros plásticospolicarbonato, PLA
Fig. 6Fig. 6 — Códigos SPI de identificação dos plásticos, usados para orientar a reciclagem.
O impacto ambiental dos plásticos é um dos grandes problemas contemporâneos: são pouco biodegradáveis e acumulam-se durante séculos em aterros e nos oceanos, fragmentando-se em microplásticos que entram nas cadeias alimentares. As respostas passam por reduzir o consumo, reutilizar, reciclar (mecânica ou quimicamente), valorizar energeticamente e desenvolver polímeros biodegradáveis — tema retomado no estudo dos biomateriais.
Exemplo resolvido

Termoplástico ou termofixo?

Um saco de polietileno pode ser derretido e remoldado, mas o cabo de baquelite de uma panela mantém-se rígido e queima-se se muito aquecido. Classifica cada material e relaciona com a estrutura.

  1. 01Polietileno

    Funde e remolda-se: as cadeias lineares só estão unidas por forças fracas. É um termoplástico (reciclável por fusão).

  2. 02Baquelite

    Não funde e degrada-se com o calor: as cadeias estão unidas por uma rede covalente reticulada. É um termofixo.

  3. 03Consequência

    Só o termoplástico (polietileno) pode ser reciclado por fusão; o termofixo (baquelite) não.

Resultado: Polietileno: termoplástico (cadeias lineares, funde, recicla-se). Baquelite: termofixo (rede reticulada, não funde).

Foco no Exame Nacional

  • Distinguir termoplásticos de termofixos pela estrutura (cadeias lineares vs rede reticulada) e pelo comportamento com o calor.
  • Relacionar a estrutura com a reciclabilidade e reconhecer os códigos de identificação dos plásticos.

Erros frequentes

  • Trocar os grupos: os termoplásticos fundem e reciclam-se; os termofixos (reticulados) não fundem nem se reciclam por fusão.
  • Pensar que todos os plásticos se reciclam por fusão da mesma forma — os termofixos não, pela sua rede covalente.

Revisão ativa

A baquelite não amolece com o calor e não pode ser refundida, ao passo que o polietileno de um saco pode ser derretido e moldado de novo. Classifica cada um como termoplástico ou termofixo e justifica com a estrutura.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Química — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Conteúdo

Secção -- / 04

    • 01Polímeros e monómeros: a unidade estrutural repetitiva◐
    • 02Polimerização por adição●
    • 03Polimerização por condensação●
    • 04Termoplásticos e termofixos; reciclagem e ambiente◐

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Os plásticos e materiais poliméricos

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Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

  • Aprendizagens Essenciais de Química — 12.º ano (DGE)

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