[EXPLICANDO A MATERIA] - Polímeros

O Explicando A Matéria de hoje retorna com o tema polímeros, desta vez trazendo conceitos relacionados às configurações e conformações possíveis das cadeias poliméricas, cristalinidade e defeitos nessa classe de materiais.
Por configuração se entende o arranjo das unidades ao longo do eixo da cadeia, ou a posições atômicas que não podem ser alteradas exceto pela quebra de ligações químicas primárias. A configuração é definida durante a polimerização, e existem três tipos característicos de configurações em polímeros. Considerando uma unidade repetida em que há um grupo lateral (R) diferente do hidrogênio, pode-se ter diferentes tipos de encadeamento. Se os grupos R estão ligados a átomos de carbono alternados, o encadeamento é chamado cabeça-cauda. O encadeamento cabeça-cabeça é dado quando os grupos R estão ligados a átomos adjacentes, e há também o encadeamento misto quando não há uma ordem fixa.
Outro tipo de configuração é chamado taticidade, que determina a regularidade espacial com que os grupos laterais estão alocados na cadeia polimérica. Nesse sentido, os polímeros podem ser isotáticos, quando todos os grupos laterais estão dispostos de um mesmo lado da cadeia, sindiotáticos, quando os grupos encontram-se em lados alternados da cadeia, ou atáticos, quando não há regularidade na disposição dos grupos laterais.
A conformação das cadeias poliméricas, diferentemente da configuração, é reversível. A conformação é definida como o arranjo geométrico espacial que as cadeias podem adquirir e pode mudar por rotações nas ligações C-C. A configuração aleatória, ou em novelo, é a forma com que as cadeias poliméricas em solução, no estado fundido ou na fase amorfa do estado sólido, estão dispersas.
As cadeias também podem se empacotar de maneira regular, nas configurações zig-zag planar, no caso de cadeias sem grupos laterais, ou helicoidal, quando há grupos laterais. Quando há esse tipo de arranjo atômico ordenado pode haver cristalinidade nos polímeros. Polímero com um certo grau de cristalinidade são denominados semicristalinos e o grau de cristalinidade pode variar desde completamente amorfo até quase totalmente cristalino, diferentemente dos metais, que são quase sempre são totalmente cristalinos, ou das cerâmicas, que são ou totalmente cristalinas ou totalmente não cristalinas.
A habilidade de um polímero em cristalizar depende de muitos fatores, como por exemplo a taxa de resfriamento durante a solidificação, a estrutura química e a configuração da molécula. As propriedades físicas dos materiais poliméricos são muito influenciadas pelo grau de cristalinidade e, em geral, polímeros cristalinos são mais resistentes mecanicamente e mais resistentes à dissolução e ao amolecimento pelo calor.
As regiões cristalinas dos polímeros são denominadas cristalitos, que são constituídas de cadeias dobradas sobre si mesmas de forma a formar lamelas. Essas lamelas são entremeadas por regiões amorfas. A partir de um mesmo núcleo várias lamelas podem crescer radialmente de forma a formar estruturas aproximadamente esféricas, denominadas esferulitos.
Como os cristais poliméricos são constituídos de macromoléculas, os defeitos são inerentes às lamelas cristalinas e podem se apresentar de diversas formas. Dentre os defeitos estão incluídos lacunas, átomos intersticiais e impurezas, assim como nos metais. Discordâncias em aresta e espiral também podem estar presentes, bem como exterminadas de cadeia, cadeias pendentes , ramificações, regiões não cristalinas no interior de cristalitos, dentre outras imperfeições.

Fontes:
CANEVAROLO JR, S. V. Ciência dos Polímeros – Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2ª edição., São Paulo: Artliber, 2002.
CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma. Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002