Um composto macromolecular é Definição, composição, características, propriedades

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 17:54

Compostos de alto peso molecular são polímeros que possuem um grande peso molecular. Podem ser compostos orgânicos e inorgânicos. Distinguir entre substâncias amorfas e cristalinas, que consistem em anéis monoméricos. Estas últimas são macromoléculas conectadas por ligações químicas e de coordenação. Em termos simples, um composto de alto peso molecular é um polímero, ou seja, substâncias monoméricas que não mudam sua massa quando a mesma substância "pesada" está ligada a eles. Caso contrário, falaremos sobre o oligômero.

O que a ciência dos compostos macromoleculares estuda?

A química dos polímeros macromoleculares é o estudo das cadeias moleculares constituídas por subunidades monoméricas. Isso abrange uma enorme área de pesquisa. Muitos polímeros são de importância industrial e comercial significativa. Na América, juntamente com a descoberta do gás natural, foi lançado um grande projeto para a construção de uma planta para a produção de polietileno. O etano do gás natural é convertidoem etileno, o monômero a partir do qual o polietileno pode ser feito.

Um polímero como um composto macromolecular é:

• Qualquer uma de uma classe de substâncias naturais ou sintéticas compostas por moléculas muito grandes chamadas macromoléculas.
• Muitas unidades químicas mais simples chamadas monômeros.
• Os polímeros compõem muitos materiais em organismos vivos, incluindo, por exemplo, proteínas, celulose e ácidos nucleicos.
• Além disso, eles formam a base de minerais como diamante, quartzo e feldspato, bem como materiais artificiais como concreto, vidro, papel, plásticos e borrachas.

A palavra "polímero" denota um número indefinido de unidades de monômero. Quando a quantidade de monômeros é muito alta, o composto às vezes é chamado de alto polímero. Não se limita a monômeros com a mesma composição química ou peso molecular e estrutura. Alguns compostos orgânicos naturais de alto peso molecular são compostos por um único tipo de monômero.

No entanto, a maioria dos polímeros naturais e sintéticos são formados a partir de dois ou mais tipos diferentes de monômeros; tais polímeros são conhecidos como copolímeros.

Substâncias naturais: qual o papel delas em nossas vidas?

Os compostos orgânicos orgânicos de alto peso molecular desempenham um papel crucial na vida das pessoas, fornecendo materiais estruturais básicos e participando de processos vitais.

• Por exemplo, as partes sólidas de todas as plantas são feitas de polímeros. Estes incluem celulose, lignina e várias resinas.
• A polpa épolissacarídeo, um polímero formado por moléculas de açúcar.
• A lignina é formada a partir de uma complexa rede tridimensional de polímeros.
• Resinas de árvores são polímeros de um hidrocarboneto simples, isopreno.
• Outro polímero de isopreno familiar é a borracha.

Outros polímeros naturais importantes incluem proteínas, que são polímeros de aminoácidos e ácidos nucleicos. São tipos de nucleotídeos. São moléculas complexas compostas por bases nitrogenadas, açúcares e ácido fosfórico.

Os ácidos nucleicos carregam a informação genética na célula. Amidos, uma importante fonte de energia dietética das plantas, são polímeros naturais feitos de glicose.

A química de compostos macromoleculares libera polímeros inorgânicos. Eles também são encontrados na natureza, incluindo diamante e grafite. Ambos são feitos de carbono. Vale a pena conhecer:

• Em um diamante, os átomos de carbono estão conectados em uma rede tridimensional que dá ao material sua dureza.
• No grafite, usado como lubrificante e no "chumbo" de lápis, os átomos de carbono se ligam em planos que podem deslizar uns sobre os outros.

Muitos polímeros importantes contêm átomos de oxigênio ou nitrogênio, bem como átomos de carbono na espinha dorsal. Tais materiais macromoleculares com átomos de oxigênio incluem poliacetais.

O poliacetal mais simples é o poliformaldeído. Possui alto ponto de fusão, é cristalino, resistente à abrasão ea ação dos solventes. As resinas de acetal são mais parecidas com metal do que qualquer outro plástico e são usadas na fabricação de peças de máquinas, como engrenagens e rolamentos.

Substâncias obtidas artificialmente

Os compostos macromoleculares sintéticos são produzidos em vários tipos de reações:

1. Muitos hidrocarbonetos simples, como etileno e propileno, podem ser convertidos em polímeros adicionando um monômero após o outro à cadeia em crescimento.
2. Polietileno, composto por monômeros de etileno repetidos, é um polímero aditivo. Pode ter até 10.000 monômeros conectados em longas cadeias helicoidais. O polietileno é cristalino, translúcido e termoplástico, o que significa que amolece quando aquecido. É usado para revestimentos, embalagens, peças moldadas e garrafas e recipientes.
3. O polipropileno também é cristalino e termoplástico, mas mais duro que o polietileno. Suas moléculas podem consistir em 50.000-200.000 monômeros.

Este composto é utilizado na indústria têxtil e para moldagem.

Outros polímeros aditivos incluem:

• polibutadieno;
• poliisopreno;
• policloropreno.

Todas são importantes na produção de borrachas sintéticas. Alguns polímeros, como o poliestireno, são vítreos e transparentes à temperatura ambiente e também são termoplásticos:

1. O poliestireno pode ser tingido de qualquer cor e é utilizado na fabricação de brinquedos e outros plásticositens.
2. Quando um átomo de hidrogênio no etileno é substituído por um átomo de cloro, o cloreto de vinila é formado.
3. Pomeriza em policloreto de vinila (PVC), um material termoplástico incolor, duro, rígido, que pode ser transformado em várias formas, incluindo espumas, filmes e fibras.
4. Acetato de vinil, produzido pela reação entre etileno e ácido acético, polimeriza em resinas amorfas e macias usadas como revestimentos e adesivos.
5. Copolimeriza com cloreto de vinila para formar uma grande família de materiais termoplásticos.

Um polímero linear caracterizado pela repetição de grupos éster ao longo da cadeia principal é chamado de poliéster. Os poliésteres de cadeia aberta são materiais termoplásticos incolores, cristalinos. Os compostos macromoleculares sintéticos que possuem alto peso molecular (de 10.000 a 15.000 moléculas) são utilizados na produção de filmes.

Poliamidas sintéticas raras

As poliamidas incluem as proteínas caseínas de ocorrência natural encontradas no leite e zeínas encontradas no milho, que são usadas para fazer plásticos, fibras, adesivos e revestimentos. Vale a pena notar:

• As poliamidas sintéticas incluem resinas de uréia-formaldeído, que são termofixas. Eles são usados para fazer objetos moldados e como adesivos e revestimentos para têxteis e papel.
• Também são importantes as resinas de poliamida conhecidas como nylon. Eles estãodurável, resistente ao calor e à abrasão, não tóxico. Eles podem ser tingidos. Seu uso mais famoso é como fibras têxteis, mas eles têm muitos outros usos.

Outra importante família de compostos químicos sintéticos de alto peso molecular consiste em repetições lineares do grupo uretano. Os poliuretanos são utilizados na fabricação de fibras elastoméricas conhecidas como spandex e na fabricação de camadas de base.

Outra classe de polímeros são compostos orgânicos-inorgânicos mistos:

1. Os representantes mais importantes desta família de polímeros são os silicones. Compostos de alto peso molecular contêm átomos de silício e oxigênio alternados com grupos orgânicos ligados a cada um dos átomos de silício.
2. Silicones de baixo peso molecular são óleos e graxas.
3. Espécies de maior peso molecular são materiais elásticos versáteis que permanecem macios mesmo em temperaturas muito baixas. Eles também são relativamente estáveis em altas temperaturas.

O polímero pode ser tridimensional, bidimensional e simples. As unidades de repetição são muitas vezes compostas de carbono e hidrogênio e, às vezes, oxigênio, nitrogênio, enxofre, cloro, flúor, fósforo e silício. Para criar uma cadeia, muitas unidades são quimicamente ligadas ou polimerizadas, alterando assim as características dos compostos de alto peso molecular.

Quais características as substâncias macromoleculares possuem?

A maioria dos polímeros produzidos são termoplásticos. Depoiso polímero é formado, pode ser aquecido e reformado novamente. Essa propriedade facilita o manuseio. Outro grupo de termofixos não pode ser refundido: uma vez formados os polímeros, o reaquecimento se decompõe, mas não derrete.

Características de compostos macromoleculares de polímeros no exemplo de embalagens:

1. Pode ser muito resistente a produtos químicos. Considere todos os fluidos de limpeza em sua casa que são embalados em plástico. Descreveu todas as consequências do contato com os olhos, mas com a pele. Esta é uma categoria perigosa de polímeros que dissolve tudo.
2. Enquanto alguns plásticos são facilmente deformados por solventes, outros plásticos são colocados em embalagens inquebráveis para solventes agressivos. Eles não são perigosos, mas só podem prejudicar os humanos.
3. As soluções de compostos macromoleculares são mais frequentemente fornecidas em sacos plásticos simples para reduzir a porcentagem de sua interação com as substâncias dentro do recipiente.

Como regra geral, os polímeros são muito leves com um grau significativo de resistência. Considere uma variedade de usos, de brinquedos à estrutura de armação de estações espaciais, ou de fibra de nylon fina em meias a Kevlar usado em coletes à prova de balas. Alguns polímeros flutuam na água, outros afundam. Em comparação com a densidade da pedra, concreto, aço, cobre ou alumínio, todos os plásticos são materiais leves.

As propriedades dos compostos macromoleculares são diferentes:

1. Os polímeros podem servir como isolantes térmicos e elétricos: eletrodomésticos, fios, tomadas elétricas e fiação feita ou revestida com materiais poliméricos.
2. Utensílios de cozinha resistentes ao calor com alças de panelas e frigideiras de resina, alças de cafeteira, espuma para geladeira e freezer, copos isolados, refrigeradores e utensílios próprios para micro-ondas.
3. A roupa íntima térmica usada por muitos esquiadores é feita de polipropileno, enquanto as fibras das jaquetas de inverno são feitas de acrílico e poliéster.

Compostos de alto peso molecular são substâncias com uma gama ilimitada de características e cores. Eles têm muitas propriedades que podem ser melhoradas com uma ampla gama de aditivos para expandir a aplicação. Os polímeros podem servir de base para imitar algodão, seda e lã, porcelana e mármore, alumínio e zinco. Na indústria de alimentos, eles são usados para dar propriedades comestíveis aos fungos. Por exemplo, queijo azul caro. Pode ser consumido com segurança graças ao processamento de polímeros.

Processamento e aplicação de estruturas poliméricas

Os polímeros podem ser processados de várias maneiras:

• A extrusão permite a produção de fibras finas ou tubos maciços pesados, filmes, garrafas de alimentos.
• A moldagem por injeção possibilita a criação de peças complexas, como peças de carroceria de grande porte.
• Plásticos podem ser moldados em barris ou misturados com solventes para se tornarem bases adesivas ou tintas.
• Elastômeros e alguns plásticos são elásticos e flexíveis.
• Alguns plásticos se expandem durante o processamento para manter sua forma, como garrafas de água potável.
• Outros polímeros podem ser espumados, como poliestireno, poliuretano e polietileno.

As propriedades dos compostos macromoleculares variam dependendo da ação mecânica e do método de obtenção da substância. Isso torna possível aplicá-los em várias indústrias. Os principais compostos macromoleculares têm uma gama mais ampla de propósitos do que aqueles que diferem em propriedades especiais e métodos de preparação. Universais e "extravagantes" "se encontram" nos setores de alimentos e construção:

1. Compostos de alto peso molecular são compostos de óleo, mas nem sempre.
2. Muitos polímeros são feitos de unidades repetidas previamente formadas a partir de gás natural, carvão ou petróleo bruto.
3. Alguns materiais de construção são feitos de materiais renováveis, como ácido polilático (de milho ou celulose e linters de algodão).

Também é interessante que eles são quase impossíveis de substituir:

• Os polímeros podem ser usados para fazer itens que não possuem outras alternativas de materiais.
• Eles são feitos em filmes transparentes à prova d'água.
• PVC é usado para fazer tubos médicos e bolsas de sangue que prolongam a vida útil do produto e seus derivados.
• PVC fornece oxigênio inflamável com segurança para tubos flexíveis não inflamáveis.
• E materiais antitrombogênicos como a heparina podem ser incluídos na categoria de cateteres flexíveis de PVC.

Muitos dispositivos médicos se concentram em características estruturais de compostos macromoleculares para garantir um funcionamento eficaz.

Soluções de substâncias macromoleculares e suas propriedades

Como o tamanho da fase dispersa é difícil de medir e os colóides estão na forma de soluções, às vezes eles identificam e caracterizam propriedades físico-químicas e de transporte.

Fase colóide	Difícil	Solução limpa	Indicadores dimensionais
	Se o colóide consiste em uma fase sólida dispersa em um líquido, as partículas sólidas não se difundirão através da membrana.	Íons ou moléculas dissolvidos irão se difundir através da membrana em plena difusão.	Devido à exclusão de tamanho, as partículas coloidais não podem passar pelos poros da membrana UF menores que seu próprio tamanho.
Concentração na composição de soluções de compostos macromoleculares	A concentração exata do soluto real dependerá das condições experimentais usadas para separá-lo das partículas coloidais também dispersas no líquido.	Depende da reação de compostos macromoleculares ao realizar estudos de solubilidade para substâncias facilmente hidrolisadas como Al, Eu, Am, Cm.	Quanto menor o tamanho do poro da membrana de ultrafiltração, menor a concentraçãopartículas coloidais dispersas que permanecem no líquido ultrafiltrado.

Um hidrocolóide é definido como um sistema coloidal no qual partículas de moléculas macromoleculares são polímeros hidrofílicos dispersos em água.

Vício em Água	Vício em calor	Dependência do método de produção
Hidrocolóides são partículas coloidais dispersas em água. Neste caso, a proporção dos dois componentes afeta a forma do polímero - gel, cinza, estado líquido.	Hidrocolóides podem ser irreversíveis (em um estado) ou reversíveis. Por exemplo, o ágar, um hidrocolóide reversível de extrato de algas marinhas, pode existir em estado gel e sólido, ou alternar entre os estados com a adição ou remoção de calor.	A obtenção de compostos macromoleculares, como os hidrocolóides, depende de fontes naturais. Por exemplo, o ágar-ágar e a carragenina são extraídos de algas marinhas, a gelatina é obtida por hidrólise de proteínas bovinas e de peixes e a pectina é extraída de cascas de frutas cítricas e bagaço de maçã.
As sobremesas de gelatina, feitas de pó, possuem um hidrocolóide diferente em sua composição. Ele é dotado de menos fluido.	Hidrocolóides são usados em alimentos principalmente para afetar a textura ou viscosidade (por exemplo, molho). No entanto, a consistência já depende do método de tratamento térmico.	Os curativos médicos à base de hidrocolóides são usados para tratar a pele e feridas. NOa fabricação é baseada em uma tecnologia completamente diferente, e os mesmos polímeros são usados.

Outros hidrocolóides principais são goma xantana, goma arábica, goma guar, goma de alfarroba, derivados de celulose como carboximetilcelulose, alginato e amido.

Interação de substâncias macromoleculares com outras partículas

As seguintes forças desempenham um papel importante na interação de partículas coloidais:

• Repulsão sem considerar o volume: refere-se à f alta de sobreposição entre partículas sólidas.
• Interação eletrostática: As partículas coloidais geralmente carregam uma carga elétrica e, portanto, se atraem ou se repelem. A carga das fases contínua e dispersa, bem como a mobilidade das fases, são fatores que afetam essa interação.
• Forças de Van der Waals: Isso é devido à interação entre dois dipolos, que são permanentes ou induzidos. Mesmo que as partículas não tenham um dipolo permanente, as flutuações da densidade eletrônica resultam em um dipolo temporário na partícula.
• Forças de entropia. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o sistema entra em um estado em que a entropia é maximizada. Isso pode levar à criação de forças efetivas mesmo entre esferas duras.
• As forças estéricas entre superfícies revestidas com polímero ou em soluções contendo um análogo não adsorvente podem modular as forças interpartículas, criando uma força repulsiva estérica adicional queé predominantemente de natureza entrópica, ou uma força de esgotamento no meio.

O último efeito está sendo buscado com superplastificantes especialmente formulados para aumentar a trabalhabilidade do concreto e reduzir seu teor de água.

Cristais de polímeros: onde são encontrados, como são?

Compostos de alto peso molecular incluem cristais uniformes, que estão incluídos na categoria de substâncias coloidais. Este é um conjunto altamente ordenado de partículas que se formam a uma distância muito grande (geralmente na ordem de alguns milímetros a um centímetro) e se parecem com suas contrapartes atômicas ou moleculares.

Nome do colóide transformado	Exemplo de pedido	Produção
Opala Preciosa	Um dos melhores exemplos naturais desse fenômeno é encontrado na pura cor espectral da pedra	Este é o resultado de nichos compactos de esferas amorfas de dióxido de silício coloidal (SiO2)

Estas partículas esféricas são depositadas em reservatórios altamente silícicos. Eles formam maciços altamente ordenados após anos de sedimentação e compressão sob a ação de forças hidrostáticas e gravitacionais. Matrizes periódicas de partículas esféricas submicrométricas fornecem matrizes de vazios intersticiais semelhantes que atuam como uma grade de difração natural para ondas de luz visíveis, especialmente quando o espaçamento intersticial é da mesma ordem de magnitude da onda de luz incidente.

Assim, verificou-se que devido aInterações de Coulomb, macromoléculas eletricamente carregadas em um meio aquoso podem exibir correlações semelhantes a cristais de longo alcance com distâncias entre partículas muitas vezes muito maiores do que o diâmetro de partículas individuais.

Em todos esses casos, os cristais de um composto macromolecular natural têm a mesma iridescência brilhante (ou jogo de cores), o que pode ser atribuído à difração e interferência construtiva das ondas de luz visível. Eles satisfazem a lei de Bragg.

Um grande número de experimentos sobre o estudo dos chamados "cristais coloidais" surgiu como resultado de métodos relativamente simples desenvolvidos nos últimos 20 anos para obter colóides monodispersos sintéticos (tanto poliméricos quanto minerais). Através de vários mecanismos, a formação de uma ordem de longo alcance é realizada e preservada.

Determinação do peso molecular

O peso molecular é uma propriedade crítica de um produto químico, especialmente para polímeros. Dependendo do material da amostra, diferentes métodos são selecionados:

1. O peso molecular, bem como a estrutura molecular das moléculas, podem ser determinados usando espectrometria de massa. Usando o método de infusão direta, as amostras podem ser injetadas diretamente no detector para confirmar o valor de um material conhecido ou fornecer a caracterização estrutural de um desconhecido.
2. A informação do peso molecular dos polímeros pode ser determinada usando um método como cromatografia de exclusão de tamanho para viscosidade e tamanho.
3. ParaDeterminar o peso molecular dos polímeros requer a compreensão da solubilidade de um determinado polímero.

A massa total de um composto é igual à soma das massas atômicas individuais de cada átomo na molécula. O procedimento é realizado de acordo com a fórmula:

1. Determine a fórmula molecular da molécula.
2. Use a tabela periódica para encontrar a massa atômica de cada elemento em uma molécula.
3. Multiplique a massa atômica de cada elemento pelo número de átomos desse elemento na molécula.
4. O número resultante é representado por um subscrito próximo ao símbolo do elemento na fórmula molecular.
5. Conecte todos os valores juntos para cada átomo na molécula.

Um exemplo de cálculo simples de baixo peso molecular: Para encontrar o peso molecular de NH_{3, o primeiro passo é encontrar as massas atômicas de nitrogênio (N) e hidrogênio (H). Então, H=1, 00794N=14, 0067.}

Em seguida, multiplique a massa atômica de cada átomo pelo número de átomos no composto. Há um átomo de nitrogênio (nenhum subscrito é dado para um átomo). Existem três átomos de hidrogênio, conforme indicado pelo subscrito. Então:

• Peso molecular de uma substância=(1 x 14,0067) + (3 x 1,00794)
• Pesos moleculares=14,0067 + 3,02382
• Result=17, 0305

Um exemplo de cálculo do peso molecular complexo Ca₃(PO₄)_{2 é uma opção de cálculo mais complexa:}

Da tabela periódica, as massas atômicas de cada elemento:

• Ca=40, 078.
• P=30, 973761.
• O=15,9994.

A parte complicada é descobrir quanto de cada átomo está no composto. Existem três átomos de cálcio, dois átomos de fósforo e oito átomos de oxigênio. Se a parte da junção estiver entre parênteses, multiplique o subscrito imediatamente após o caractere do elemento pelo subscrito que fecha os parênteses. Então:

• Peso molecular de uma substância=(40,078 x 3) + (30,97361 x 2) + (15,9994 x 8).
• Peso molecular após cálculo=120, 234 + 61, 94722 + 127, 9952.
• Result=310, 18.

As formas complexas dos elementos são calculadas por analogia. Alguns deles consistem em centenas de valores, então as máquinas automatizadas agora são usadas com um banco de dados de todos os valores g/mol.