Química Orgânica · Polímeros · 3º ano e pré-vestibular
Sacola, garrafa PET, pneu, meia de náilon, colete à prova de bala e a proteína do seu cabelo são moléculas gigantes, feitas da mesma reação repetida milhares de vezes. E só há dois jeitos de cada elo se formar. Na adição, a dupla ligação do monômero se abre e os elos se encaixam sem perder nenhum átomo. Na condensação, duas pontas diferentes se ligam e soltam uma molécula pequena, quase sempre água. Olhe o monômero, descubra qual dos dois aconteceu, e a maior parte das questões de prova se resolve.
01 · macromolécula
A palavra vem do grego: muitas (poli) partes (meros). A molécula pequena que entra na reação é o monômero. O trecho que se repete ao longo da cadeia, desenhado entre colchetes, é a unidade de repetição, ou mero. O número de repetições é o grau de polimerização, n. Nos plásticos comuns, n fica entre alguns milhares e algumas dezenas de milhares. Por isso a massa molar chega a centenas de milhares de g/mol.
Uma cadeia feita de um só monômero é um homopolímero. Com dois ou mais, é um copolímero, e a ordem em que eles entram muda o material. Toque em cada arranjo.
02 · duas pontas
Para a cadeia crescer, cada monômero precisa se ligar a dois vizinhos: ele precisa de duas pontas reativas. A dupla C=C conta como duas, porque, ao se abrir, cada carbono ganha uma ligação nova. Na condensação, cada grupo funcional é uma ponta: o ácido dicarboxílico tem duas; o diol, também. Com uma ponta só, a reação forma uma molécula pequena e para ali. Com três, a corrente se ramifica e vira uma rede. Escolha a mistura e faça as pontas reagirem.
Cada bolinha é um monômero e cada pontinho cinza ao lado dela, uma ponta livre. Uma ponta só reage com uma ponta do outro tipo que esteja ao lado. A maior molécula da caixa aparece com as ligações em verde.
03 · polimerização por adição
Um iniciador (um radical, por exemplo) ataca a dupla C=C. A ligação π se rompe, cada carbono fica com uma ligação livre, e a ponta ativa passa para o monômero seguinte, que repete o processo. Em frações de segundo, milhares de monômeros entram na mesma cadeia. Como nenhum átomo sai, a unidade de repetição tem a mesma fórmula molecular do monômero, e a massa de polímero é igual à massa de monômero consumida. A regra para escrever o polímero cabe numa linha: copie o monômero, troque a dupla por simples e estique uma ligação para cada lado.
Nos dienos conjugados (duas duplas separadas por uma simples), a adição acontece nas pontas, nos carbonos 1 e 4. As duas duplas do monômero somem, e aparece uma nova entre os carbonos 2 e 3. Por isso a borracha ainda tem uma dupla em cada unidade, e quem escreve o polímero com a dupla no lugar antigo erra a questão.
A seringueira produz só o cis-poli-isopreno: as cadeias se enovelam e esticam, e é a borracha. O trans (guta-percha) tem cadeias que se alinham e cristalizam: é duro e já foi usado em bolas de golfe e no isolamento de cabos submarinos.
Muitas borrachas e plásticos são copolímeros de adição: duas ou três espécies de monômero com dupla entram na mesma cadeia. Para achar os monômeros, separe a cadeia em unidades (cada cor é uma) e devolva a dupla a cada pedaço.
04 · polimerização por condensação
A reação é a mesma das funções orgânicas: ácido + álcool forma éster e água; ácido + amina forma amida e água. A diferença é que cada monômero tem duas pontas. O ácido tereftálico tem dois –COOH; o etilenoglicol, dois –OH. Cada ligação nova solta uma molécula de água, e a cadeia cresce para os dois lados. Se o ácido vier como cloreto de ácido (–COCl), o que sai é HCl; se vier como éster metílico (–COOCH3), sai metanol. Só uma coisa não muda: sempre sai uma molécula pequena, e o polímero pesa menos que os monômeros que o formaram.
Um monômero pode ter, ele mesmo, uma ponta ácida e uma ponta álcool (ou amina). Aí basta uma espécie, e cada elo solta uma água.
Os aminoácidos têm um –NH2 e um –COOH: são monômeros de condensação prontos. Cada ligação entre eles, a ligação peptídica, é uma amida e solta uma água. Toque nos aminoácidos para montar uma cadeia.
Amido e celulose são polímeros de condensação da glicose: cada glicose que entra solta uma água, e a unidade de repetição é C6H10O5. A diferença está no jeito da ligação entre os anéis: no amido ela é α, e as cadeias se enrolam; na celulose é β, e as cadeias ficam retas e se juntam em fibras. Nossas enzimas cortam a α e não cortam a β. Por isso digerimos o pão e não digerimos o papel.
A hidrólise, o caminho de volta, é o primeiro passo do etanol de milho (amido) e do etanol de segunda geração (celulose do bagaço).
O fenol tem três posições reativas no anel: as duas vizinhas do –OH (orto) e a oposta (para). Cada uma pode receber uma ponte –CH2– vinda do metanal, e cada ponte formada solta uma água. Com três pontas por monômero, a cadeia se ramifica até virar uma rede só: a baquelite, o primeiro plástico sintético (1907), usada em cabos de panela e tomadas.
Livros e provas dividem tudo em adição e condensação. Quatro casos não cabem direito em nenhuma das duas, e as bancas gostam deles.
05 · lado a lado
Na adição, poucas cadeias crescem muito depressa: a qualquer momento, o frasco tem cadeias já longas e monômero intacto, e quase nada no meio. Na condensação, qualquer molécula reage com qualquer outra: primeiro se formam pares, depois trios, depois pedaços maiores, e as cadeias longas só aparecem no fim. Arraste e compare as duas caixas com a mesma fração de monômero já consumida.
06 · ao contrário
A pergunta mais comum das provas faz o caminho inverso: dá o polímero e pede o monômero. Na adição, separe a cadeia de dois em dois carbonos (de quatro em quatro, se houver dupla no meio) e devolva a dupla. Na condensação, corte a ligação que a condensação criou, a C–O do éster ou a C–N da amida, e devolva a água: o –OH volta para o carbono da carbonila; o –H, para o O ou o N. Toque na ligação que você cortaria.
Toque numa ligação da cadeia.
07 · propriedades
Duas coisas mandam no comportamento de um polímero: as ligações covalentes entre cadeias (as ligações cruzadas) e as interações intermoleculares entre elas. Cadeias soltas, presas só por interações, escorregam umas sobre as outras quando aquecidas: o material amolece e pode ser remoldado. Cadeias amarradas por ligações covalentes não escorregam: o material não derrete, só se decompõe.
08 · reciclagem e ambiente
Os mesmos dois processos explicam o lixo. Um polímero de adição tem a cadeia principal feita só de ligações C–C, e não há nada nela que a água consiga cortar: o polietileno de uma sacola dura séculos. Um polímero de condensação tem, em cada elo, a ligação éster ou amida que a água formou ao sair, e a água pode desfazer o que fez: é a hidrólise, a base da reciclagem química e dos plásticos biodegradáveis. Pode, mas nem sempre consegue depressa, e o PET é a prova disso.
O número no triângulo identifica o plástico para a triagem. Toque em um.
Na usina de triagem, os plásticos picados vão para tanques de líquido: o que é menos denso que o líquido boia; o que é mais denso afunda. Escolha o líquido e veja. Desafio: separe os seis em grupos usando só três tanques.
Em vez de derreter a garrafa, dá para quebrar as ligações éster do PET e recuperar os monômeros. O reagente decide o que volta.
09 · armadilhas
Cada cartão mostra o raciocínio errado e o certo. São os mesmos erros que geram as alternativas erradas do treino: quando você cai em um, a página diz qual foi.
10 · onde caiu
Questões reais de polímeros nas provas de 2015 a 2026, resumidas com palavras nossas. O link abre o caderno oficial na página da questão. Os cadernos têm direitos autorais: aqui só há o resumo, o que se pedia e onde estava a armadilha.
11 · simulado
Dez questões de múltipla escolha, uma no estilo de cada banca que cobrou polímeros de 2015 a 2026, com o número de alternativas que ela usa, e duas discursivas, no formato da 2ª fase da Unicamp e do Exame Discursivo da UERJ. Todas são inéditas: cada uma imita a habilidade de uma questão real (o link para a original aparece na correção), com outro contexto e outros números. Ligue o cronômetro, responda tudo e só então corrija: cada alternativa errada diz qual raciocínio leva até ela.
12 · treino
O motor sorteia o monômero ou o polímero, desenha a estrutura e gera as alternativas erradas com as mesmas funções de erro das armadilhas. As fórmulas seguem o estilo escolhido no topo da página (plana ou bastão).
13 · fontes