Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING An Introduction
William D. Callister,Jr. , John Wiley & Sons, Inc., New York, 1991
15. ESTRUTURAS DE POLÍMEROS
15.1 - INTRODUÇÃO
Polímeros naturalmente ocorrentes - aqueles derivados de plantas e animais - têm sido usados
durante muitos séculos; estes materiais incluem madeira, borracha, algodão, lã, couro e seda. Outros
polímeros naturais tais como proteínas, enzimas, amidos e celulose são importantes em processos
biológicos e fisiológicos em plantas e animais. Desde os primeiros anos 1900, as modernas
ferramentas científicas tornaram possível a determinaçào de estruturas moleculares deste grupo de
materiais e o desenvolvimento de numerosos polímeros que são sintetizados a partir de pequenas
moléculas orgânicas. Muitos dos nossos úteis plásticos, borrachas e materiais de fibras são
polímeros sintéticos. De fato, desde o fim da Segunda Guerra Mundial, o campo de materiais tem
sido virtualmente revolucionado pelo advento de polímeros sintéticos. Os sintéticos podem ser
produzidos economicamente e suas propriedades podem ser administradas a um grau tal que muitos
são superiores às suas contrapartidas naturais. Em algumas aplicações partes de metal e de madeira
foram substituídas por plásticos, que têm propriedades satisfatórias e podem ser produzidos a um
custo mais baixo.
Tal como com metais e cerâmicas, as propriedades dos polímeros estão intrinsecamente
relacionadas aos elementos estruturais do material. Este capítulo explora as estruturas molecular e
cristalina dos polímeros; Capítulo16 discute as correlações entre estrutura e algumas propriedades
físicas e químicas, juntamente com aplicações típicas e métodos de conformação.
15.2 - MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETO
De vez que a maioria dos polímeros são orgânicos em origem, nós revemos brevemos alguns
conceitos básicos relacionados à estrutura de suas moléculas. Primeiro, muitos materiais orgânicos
são hidrocarbonetos; isto é, êles são compostos de hidrogênio e carbono. Além disso, as ligaçòes
intramoleculares são covalentes. Cada átomo de carbono tem 4 elétrons que podem participar em
ligação covalente, enquanto que cada átomo de hidrogênio tem apenas 1 elétron de ligação. Existe
uma única ligação covalente quando cada um dos 2 átomos que se ligam contribuir com 1 elétron,
como representado na Figura 2.10 para uma molécula de metano (CH 4 ). Uma ligação entre 2
átomos de carbono pode envolver o compartilhamento de 2 pares de elétrons; isto é denominado
uma ligação dupla. Por exemplo, no etileno, que tem a fórmula química C 2 H 4 , os 2 átomos de
carbono estão ligados entre si e cada um está também ligado a 2 átomos de hidrogênio, como
representado pela fórmula estrutural
H H
* *
C=C
* *
H H
onde G e = denotam ligações covalentes simples e duplas, respectivamente. Raramente existe uma