Polímeros sintéticos: Plásticos promoveram revolução em nosso cotidiano

Carlos Roberto de Lana

Até meados do século 19, todos os materiais disponíveis para a criação de utensílios ou artefatos provinham de fontes naturais. Eram principalmente madeira, pedra, argila e metais.

O que a natureza não fornecia pronto para o uso era obtido a partir de transformações físicas simples, como no caso do vidro e das ligas metálicas (o bronze e o aço, por exemplo).

As fibras usadas nos tecidos provinham apenas das plantas e dos animais que forneciam algodão, linho, lã ou seda. Também não havia substituto para o couro e os ossos dos animais de corte nas aplicações em que eram matérias primas típicas (por exemplo, respectivamente, calçados e botões).

Estes materiais tinham muitas vantagens, a resistência e ductilidade dos metais, a versatilidade da madeira, a maciez da seda, mas também apresentavam problemas incorrigíveis: metais são pesados, madeira é indúctil e seda é cara.

Isto não foi um grande problema nas épocas em que toda a produção de artefatos era artesanal, em quantidades limitadas. A Revolução industrial mudou drasticamente este cenário.

A era dos polímeros

A natureza não nos supria de materiais que fossem ao mesmo tempo resistentes, dúcteis, baratos, abundantes e versáteis que pudessem ser utilizados de modo generalizado em diferentes transformações industriais. Se a indústria introduziu a produção em larga escala, as matérias primas continuaram sendo cultivadas ou extraídas da natureza.

Só no século 20 as pesquisas pioneiras iniciadas no século anterior passaram a suprir a indústria com uma variedade de materiais sintéticos que receberam o nome de polímeros e ficaram universalmente conhecidos como plásticos. O nome polímero vem do grego, poli = muitas, mero = partes. Polímero, portanto, é a união de muitas partes. A parte fundamental constitutiva de um polímero é chamada de monômero, também do grego, mono = um.

Cadeia petroquímica

Os polímeros ou plásticos mais comuns são obtidos a partir de monômeros extraídos diretamente do petróleo, como o etileno, propileno e butadieno, originando assim os materiais tecnicamente conhecidos como polietileno, polipropileno e polibutadieno respectivamente.

A transformação do petróleo em plásticos segue a chamada cadeia petroquímica, na qual a refinaria transforma o petróleo bruto em nafta, que é enviada para uma central petroquímica que transforma a nafta em matérias primas diversas, dentre as quais os monômeros citados. No fim, indústrias de polimerização transformam os monômeros em polímeros.

As reações químicas envolvidas nesta transformação são relativamente simples. Tomemos por exemplo o polietileno, um dos plásticos mais comuns no nosso dia a dia, usado na fabricação das sacolinhas de supermercados, utensílios domésticos, brinquedos etc.

O monômero do polietileno é, como citado, o etileno, C2H4, cuja fórmula estrutural é:

Ligações entre átomos

Como sabemos, as cadeias orgânicas, como as que formam o petróleo, são constituídas de átomos de carbono encadeados, na qual cada átomo de carbono precisa estabelecer quatro ligações com outros átomos para se estabilizar.

No caso do etileno, podemos observar uma ligação insaturada, ou seja, cada carbono estabeleceu uma ligação covalente ou molecular com dois átomos de hidrogênio e completaram as quatro ligações que requerem estabelecendo entre si (átomos de carbono) uma dupla ligação (representada pelo sinal =). Esta dupla ligação facilita muito a obtenção do polímero, como veremos.

O processo de polimerização, transformação do monômero em polímero (no caso do exemplo do monômero de etileno em polietileno) se inicia com a aplicação de calor e pressão sobre as moléculas do monômero.

Como resultado deste fornecimento de energia, a dupla ligação da molécula de etileno se abre, e os carbonos da cadeia ficam com dois terminais disponíveis para novas ligações, conforme a figura abaixo:

  • Molécula de etileno com a dupla ligação aberta, com dois terminais disponíveis para novas ligações.

     

     

Quando abrimos as duplas ligações dos átomos de carbono da molécula de etileno e disponibilizamos seus terminais para novas ligações, passamos a ter em um mesmo recipiente uma imensidão de moléculas prontas para se unir com outras que estiverem à mão, principalmente se lembrarmos que elas estão submetidas a alta pressão, o que as força a se aproximar e reagir entre si.

É claro que a molécula mais à mão para cada molécula de etileno aberta reagir é outra molécula de etileno, que assim vão se ligando umas às outras, formando cadeias, como se um imenso "cordão" de moléculas terminasse por se transformar em uma só, extremamente longa.

A este molécula encadeada e longa chamamos de macromolécula, ou, simplesmente polímero.

A figura que segue ilustra o processo de formação das cadeias poliméricas da macromolécula de polietileno.

  • Transformação do monômero de etileno em polietileno

     

     

Outros polímeros são sintetizados por reações semelhantes às exemplificadas pelo polietileno, sendo que a cada tipo de polímero corresponde um monômero específico e uma mecânica de reação própria.

Ao longo do século 20, a abundância e baixo preço do petróleo permitiram o vertiginoso crescimento da indústria petroquímica, particularmente a de plásticos. Com isto, nosso mundo que era de metal e madeira se tornou mais leve e flexível, com os polímeros ocupando cada vez mais espaço em nosso dia a dia.

Carlos Roberto de Lana é professor e engenheiro químico.

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