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Polimerização

Química do A-Level · Tópico 35

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7:58

Polymerização (A2)

Olhe para três coisas muito diferentes. Uma corda de nylon. Uma garrafa plástica de bebida. A proteína em seu próprio cabelo. Parecem não ter nada em comum. Yet todas as três…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

35.1

Polimerização por condensação

Programa
  1. descrever a formação de poliésteres: (a) a reação entre um diol e um ácido dicarboxílico ou cloreto de diacila (b) a reação de um ácido hidroxicarboxílico
  2. descrever a formação de poliamidas: (a) a reação entre uma diamina e um ácido dicarboxílico ou cloreto de diacila (b) a reação de um ácido aminocarboxílico (c) a reação entre aminoácidos
  3. deduzir a unidade repetitiva de um polímero de condensação obtido a partir de um monômero dado ou par de monômeros
  4. identificar o(s) monômero(s) presente(s) em uma seção dada de uma molécula de polímero de condensação

Fonte: Programa Cambridge International

Na polimerização por condensação 缩合聚合, monômeros se unem a uma longa cadeia e uma pequena molécula (como água ou $\text{HCl}$) é perdida sempre que uma nova ligação se forma. Cada monômero precisa de dois grupos reativos, para que a cadeia possa crescer em ambas as extremidades.

Um grupo carboxila se unindo a um hidroxila para formar uma ligação éster e um carboxila se unindo a uma amina para formar uma ligação amida, liberando cada uma uma molécula de água
Ligações de condensação: um poliéster forma ligações éster e um poliamida forma ligações amida; cada nova ligação libera uma pequena molécula (neste caso, água)

Poliésteres

Um poliéster 聚酯 possui muitas ligações éster ao longo de sua cadeia. Você pode fazê-lo a partir de:

  • um diol 二醇 (dois grupos $\text{–OH}$) e um ácido dicarboxílico 二羧酸 (dois grupos $\text{–COOH}$), ou um cloreto de diacila.
  • um único ácido hidroxicarboxílico, que possui tanto um $\text{–OH}$ quanto um $\text{–COOH}$.
Um fardo de garrafas plásticas transparentes esmagadas de bebidas
As garrafas de bebidas PET são feitas de um poliéster — um polímero de condensação, coletado aqui para reciclagem

Poliamidas

Uma poliamida 聚酰胺 possui muitas ligações amida. Você pode fazê-la a partir de:

  • uma diamina 二胺 (dois grupos $\text{–NH}_2$) e um ácido dicarboxílico ou um cloreto de diacila.
  • um único ácido aminocarboxílico, ou a partir de aminoácidos 氨基酸 se unindo (proteínas são poliamidas naturais).
Um filamento rosa de nylon sendo puxado para cima de um béquer, formando um fio contínuo na superfície do líquido
O "truque da corda de nylon": o nylon (uma poliamida) forma-se onde duas soluções reagentes se encontram, permitindo que um único fio longo seja puxado (ele é rosa aqui devido a um indicador adicionado)

Unidades repetitivas e monômeros

A unidade repetitiva 重复单元 de um polímero de condensação contém partes de ambos os monômeros, menos os átomos perdidos como a pequena molécula. Para encontrar os monômeros 单体 a partir de uma seção de polímero, rompa a cadeia em cada ligação éster ou amida, depois adicione de volta $\text{–OH}$ e $\text{–H}$ (ou $\text{–Cl}$).

Uma cadeia de poliéster quebrada em suas ligações éster e as extremidades cortadas recebendo -OH e -H novamente, para recuperar os monômeros diol e ácido dicarboxílico
Para encontrar os monômeros, rompa a cadeia em cada ligação e adicione de volta –OH e –H às extremidades cortadas — neste caso, dando o diol e o ácido dicarboxílico

Exemplo resolvido. Uma cadeia polimérica contém ligações $\text{–CONH–}$ repetitivas. Nomeie o tipo de polímero, identifique os monômeros e dê a pequena molécula perdida. Um enlace $\text{–CONH–}$ é uma amida, portanto este é um poliamida feito por polimerização de condensação. Para encontrar os monômeros, rompa a cadeia em cada ligação amida e devolva os átomos às extremidades cortadas: o lado do carbono recebe $\text{–OH}$, formando um ácido dicarboxílico, e o lado do nitrogênio recebe $\text{–H}$, formando uma diamina. A pequena molécula perdida em cada ligação é água (ou $\text{HCl}$, se um cloreto de acila foi usado no lugar do ácido). Cada monômero deve ter dois grupos funcionais, ou a cadeia nunca poderia continuar crescendo — se o monômero que você propõe tiver apenas um, você rompeu a cadeia no lugar errado.

Explorar

Rota de polimerização por condensação

Observe monômeros se unindo enquanto uma pequena molécula sai cada vez.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
condensation polymerisation/kɒndenˈseɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ 缩合聚合 suō hé jù hé
polyester/ˌpɒlɪˈestə/ 聚酯 jù zhǐ
diol/dɪˈɒl/ 二醇 èr chún
dicarboxylic acid/ˌdɪkɑːbəkˈsɪlɪk ˈæsɪd/ 二羧酸 èr suō suān
polyamide/ˌpɒlɪˈeɪmaɪd/ 聚酰胺 jù xiān àn
diamine/ˈdaɪəmaɪn/ 二胺 èr àn
amino acid/əˈmiːnəʊ ˈæsɪd/ 氨基酸 ān jī suān
repeat unit/rɪˈpiːt ˈjuːnɪt/ 重复单元 chóng fù dān yuán
monomer/ˈmɒnəʊmə/ 单体 dān tǐ
addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ 加成聚合 jiā chéng jù hé
poly(alkene)/ˈpɒlɪ/ 聚烯烃 jù xī tīng
biodegradable/ˌbaɪəʊdɪˈɡreɪdəbl/ 可生物降解 kě shēng wù jiàng jiě
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ 水解 shuǐ jiě
35.2

Prevendo o tipo de polimerização

Programa
  1. prever o tipo de reação de polimerização para um monômero ou par de monômeros dado
  2. deduzir o tipo de reação de polimerização que produz uma seção dada de uma molécula de polímero

Fonte: Programa Cambridge International

Pista Tipo
o monômero tem uma ligação dupla C=C, e nada mais é perdido polimerização por adição 加成聚合
cada monômero tem dois grupos funcionais, e uma pequena molécula é perdida; a cadeia possui ligações éster ou amida polimerização por condensação
Dois painéis comparando a polimerização por adição, onde uma C=C se abre e nada é perdido, com a polimerização por condensação, onde monômeros de dois grupos se unem e uma pequena molécula é perdida
Os dois tipos de polimerização: a adição abre uma C=C e não perde nada; a condensação une monômeros de dois grupos e perde uma pequena molécula
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Laboratório de tipo de polimerização

Classifique monômeros conforme formam polímeros de adição ou condensação.

35.3

Polímeros biodegradáveis

Programa
  1. reconhecer que os poli(alcenos) são quimicamente inertes e, portanto, podem ser difíceis de biodegradar
  2. reconhecer que alguns polímeros podem ser degradados pela ação da luz
  3. reconhecer que poliésteres e poliamidas são biodegradáveis por hidrólise ácida e alcalina

Fonte: Programa Cambridge International

  • poli(alcenos) 聚烯烃 são quimicamente inertes — possuem apenas fortes ligações apolares C–C e C–H, portanto são difíceis de biodegradar 可生物降解 e duram muito tempo.
  • alguns polímeros são feitos de modo que a luz possa quebrá-los (são fotodegradáveis).
  • poliésteres e poliamidas são biodegradáveis, pois suas ligações éster e amida podem ser quebradas por hidrólise ácida ou alcalina 水解.
Explorar

Rota de polímero degradável

Siga como a estrutura do polímero controla a decomposição.

35.3

Dicas de prova

  • Polímeros de condensação (poliésteres, poliamidas) formam-se com perda de uma pequena molécula ($\text{H}_2\text{O}$ ou HCl) — desenhe a unidade repetitiva e a molécula perdida.
  • Identifique os monômeros a partir do polímero rompendo a ligação éster ou amida — uma questão comum.
  • Previna o tipo a partir dos monômeros: uma $\text{C}=\text{C}$ dá adição; dois grupos funcionais dão condensação.
  • Poliésteres e poliamidas são hidrolisáveis (mais degradáveis); polímeros de adição não são.

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