(Português do Brasil) Plásticos: um prato de espaguete de cadeias orgânicas (V.6, N.12, P.2, 2023)

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#acessibilidade: Imagem apresenta um prato branco sob uma superfície cinza, o prato está cheio de macarrão do tipo espaguete. 

Texto escrito por Leonardo Martins Carneiro

Hoje vamos falar sobre o tipo de material mais utilizado no nosso dia a dia, mas que se não for biodegradável pode ser um dos maiores inimigos do meio ambiente, o plástico. Você já deve ter tido contato com algum estudo, ou reportagem, relatando os aspectos danosos que os plásticos podem causar ao nosso planeta, vida marinha e até à nossa saúde (principalmente na forma de microplásticos, que pode ser visto com maiores detalhes aqui. Neste texto iremos focar na sua estrutura mais básica, ou seja, como é sua organização no nível molecular, explicando como pode um mesmo tipo de material compor objetos tão distintos, como o plástico filme e a bola de bilhar. 

Na ciência de materiais, os materiais são classificados de acordo com os elementos e ligações químicas que os formam, assim: 

  • os materiais metálicos são constituídos de elementos do tipo metal (segundo a tabela periódica) que formam ligações metálicas entre si (um pouco redundante, mas não teria como falar de forma diferente); 
  • os materiais cerâmicos possuem elementos do tipo metal e ametal, que se unem por ligações químicas iônicas ou covalentes; e por fim;
  • os plásticos, também chamados de polímeros, são constituídos por longas cadeias orgânicas (ou seja, cujo principal elemento é o carbono), que se entrelaçam (como se fosse um prato de espaguete), formando um estrutura molecular completamente diferente dos demais materiais. Além disso,  há uma interação não observada nos demais materiais, as interações intermoleculares, como ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo e forças de dispersão de London entre as longas cadeias poliméricas.  

Falando propriamente de polímeros, podemos iniciar com o significado desta palavra, que é resultado da junção das palavras em grego poli (muitos) e meros (partes) – em tradução literal, ficaria “muitas partes”, essa tradução reflete fortemente sua composição. Como dito anteriormente, os polímeros são formados por longas cadeias orgânicas, que por sua vez são formadas por unidades de repetição, chamadas de monômeros. Acho que um exemplo te ajudará a visualizar melhor. Vamos olhar mais de perto o polímero polietileno. Sabemos que o seu monômero é o etileno, uma pequena cadeia carbônica formada por dois carbonos, uma ligação dupla entre eles, e quatro hidrogênios:

polimeros - (Português do Brasil) Plásticos: um prato de espaguete de cadeias orgânicas (V.6, N.12, P.2, 2023)

Com a adição de um composto químico, chamado catalizador, capaz de quebrar a ligação dupla entre os carbonos, tem início uma reação em cadeia, em que uma molécula de etano radicalar (formada após a quebra da ligação dupla na molécula de eteno – um radical, sim, o mesmo que dos radicais livres, é indicado por pontos na estrura química) reage com uma molécula de eteno, formando o butano radicalar, que por sua vez encontrará outra molécula de eteno, e assim consecutivamente:

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Esse processo de síntese de polímeros é chamado de processo de adição radicalar (por motivos claros) – é um dos processos mais conhecidos, mas existem outros processos que também merecem destaque, como a síntese por condensação. 

Esta reação continuará até que seja adicionado um composto chamado terminador, capaz de transformar um radical em um composto estável, porém, nesta etapa as cadeias terão por volta de 80 mil carbonos (quando disse ‘longas cadeias’, eu não estava brincando!). Assim fica mais fácil de imaginar um material plástico como sendo um prato de espaguete.  O nome do polímero tem forte relação com o monômero que o constitui, porque apesar da cadeia final não possuir nenhuma ligação dupla, apenas ligações simples, este polímero se chama poliETILENO (etileno é sinônimo para eteno). 

Você pode estar se perguntando como representar a estrutura química de um composto tão grande, teríamos que escrever todos os átomos da cadeia? Ainda bem que não!  A representação de uma cadeia de polímero é feita a partir da estrutura de repetição (o monômero) entre colchetes, com uma ligação química de cada lado, identificando qual átomo está ligado ao próximo monômero e, por fim, a indicação do número de repetições deste monômero. No caso do polietileno, temos a estrutura de repetição com dois carbonos, ligados por ligação simples, e quatro hidrogênios:

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As cadeias do polietileno são as mais simples dentre os polímeros, pois possuem apenas os elementos carbono e hidrogênio e não possuem grupos laterais à cadeia principal. A existência de heteroátomos (como oxigênio, nitrogênio e halogênio) e grupos laterais pode mudar significativamente as propriedades dos materiais. No início do texto demos alguns exemplos de aplicações de polímeros bastante diversas: plástico filme e bola de bilhar. Então vamos a eles.

Começando pelo plástico filme, também chamado de papel filme, é aquele plástico bastante flexível, fino e transparente, que utilizamos para guardar alimentos na geladeira. O polímero que o constitui é o policloreto de vinila, ou simplesmente PVC. Pelo nome, sabemos que no seu monômero existe um átomo de cloro ligado a um carbono, que por sua vez está ligado duplamente a outro carbono. 

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Se observarmos apenas as estruturas químicas podemos imaginar que ele se assemelha ao polietileno, porém, o PVC possui o átomo de cloro como grupo lateral – este átomo é muito mais volumoso que o hidrogênio, influenciando tanto a conformação da cadeia polimérica, quanto a interação entre as cadeias. Imagine só este prato de espaguete, que além de longas cadeias ainda tivesse vários pedacinhos de massa colados na sua lateral (como se fossem os átomos de cloro), seria muito difícil desemaranhar o espaguete, ops, seria mais difícil movimentar essas cadeias ao longo do material. 

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Passando agora para o outro exemplo, a bola de bilhar, um material muito mais duro que o plástico filme. Ao longo dos anos foram utilizados diferentes materiais para fabricá-la, como madeira e marfim, porém, só com a aplicação da resina fenólica, também chamada de baquelite, foi alcançada uma alta qualidade, durabilidade e baixo custo para sua produção. 

A resina fenólica é uma mistura de dois monômeros, o fenol com o formaldeído. A reação de síntese também varia, não é mais uma adição radicalar, agora é o processo de condensação, que possui como característica a formação de uma molécula de água durante a formação de ligação entre o fenol e o formaldeído. Observe, a seguir, que no inicio da reação, os fenóis se ligam entre si através do carbono da posição 2, ou orto, porém, essa posição não é exclusiva, como visto na segunda adição, onde é utilizada a posição 4, ou para, para se ligar à nova molécula de fenol.

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Essa possibilidade de a cadeia polimérica crescer em posições diferentes pode tornar o material completamente interligado, e não uma série de cadeias longas entrelaçadas. Inclusive, é esta característica que torna a resina fenólica tão resistente a impactos mecânicos – não há nenhuma forma de movimento entre cadeias, pois estas estão ligadas entre si quimicamente. Outro aspecto relevante é a existência de anéis aromáticos na cadeia principal, tornando o material estável quimicamente e pouco flexível. 

Agora, pense no mundo de possibilidade de cadeias principais, grupos laterais, cadeias interligadas ou não…  sem falar nos aditivos, que modificam diversas propriedades dos polímeros. Assim, não fica difícil imaginar o porquê os plásticos estão tão presentes no nosso dia a dia, e nas formas mais diversas. Mas como vocês podem ler em mais detalhes aqui , seu consumo tem que ser diminuído, para garantir um futuro mais saudável para nós e para o planeta. 

 

Fontes:

Wikipédia polímero. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero.

Callister, William D. Fundamentos da ciência e engenharia de materiais: uma abordagem integrada. LTC, 2006.

 

Para saber mais:

O plástico filme é reciclável? Disponível em: https://portais.univasf.edu.br/sustentabilidade/noticias-sustentaveis/filme-plastico-e-reciclavel#:~:text=Composi%C3%A7%C3%A3o,principal%20vantagem%20ambiental%20do%20material.

A bola de bilhar é realmente indivisível? Disponível em: https://super.abril.com.br/coluna/oraculo/bola-de-bilhar-e-realmente-indivisivel-e-inquebravel.

 

Outros divulgadores:

Professor polímeros. Redes sociais – YouTube (www.youtube.com/@professorpolimeros) e Instagram (www.instagram.com/professorpolimeros).

Por que o plástico demora tanto para se decompor? Canal no Youtube Minuto da Terra. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=8cfM5UkOAVs.

O que são POLÍMEROS? Canal no Youtube UP – Universo Plástico. Disponível: https://www.youtube.com/watch?v=RRvs9SwI8sk.

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