Questão Q05 da 2ª fase da FUVEST 2021
Os polímeros superabsorventes são compostos com alta capacidade de absorver água. Um desses polímeros é o poliacrilato de sódio (NaPA), mostrado na figura. O NaPA é formado a partir da polimerização de seu precursor, um ácido orgânico, seguida da neutralização dos grupos ácidos com hidróxido de sódio.
a) Desenhe, na folha de resposta, o monômero precursor do poliacrilato de sódio, na forma ácida.
O gráfico ao lado mostra a capacidade de absorção de água pelo NaPA para diferentes quantidades de sal (0; 1,0; 2,5; e 5,0%). No caso desse experimento, foi usado o cloreto de sódio, mas o mesmo resultado é observado para outros sais.
b) O NaPA é bastante utilizado como absorvedor em fraldas descartáveis. Nesse caso, a absorção da urina pela fralda será mais ou menos eficiente do que a da água destilada? Explique.
c) Indique qual o tipo de interação mais forte que ocorre entre a água e o polímero e explique o efeito da quantidade de sal na absorção de água, representado no gráfico.
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Resolução comentada
a) O poliacrilato tem como unidade repetitiva -\text{CH}_2-\text{CH}(\text{COO}^-)-, ou seja, uma cadeia carbônica saturada em que cada unidade carrega um grupo carboxilato. A polimerização é de adição, a partir da ligação dupla C=C do monômero. Depois, a neutralização com NaOH transforma o grupo -\text{COOH} em -\text{COO}^-\text{Na}^+.
Portanto, o monômero na forma ácida é o ácido acrílico (ácido propenoico):
Estruturalmente: um carbono \text{CH}_2 com dupla ligação a um carbono \text{CH}, que se liga ao grupo carboxila \text{C(=O)OH}.
Monômero: \text{CH}_2=\text{CH}-\text{COOH} (ácido acrílico, ou propenoico).
b) A urina é uma solução aquosa que contém sais dissolvidos, como NaCl e ureia, e portanto tem íons. Pelo gráfico, a absorção do polímero cai muito quando há sal. Com 0% de NaCl, ela chega a cerca de 225\ \text{g} de água por grama de NaPA. Com 1,0% de NaCl, cai para cerca de 27\ \text{g/g}, e com 5,0%, para cerca de 12\ \text{g/g}.
Como a urina contém sais, a absorção será menos eficiente do que a da água destilada, que não tem sal.
Resposta: menos eficiente, pois a urina contém sais dissolvidos, e a presença de sal reduz muito a absorção de água pelo NaPA.
c) O polímero tem grupos carboxilato -\text{COO}^- (com contra-íons \text{Na}^+), que são iônicos. A interação mais forte com a água é a íon-dipolo: os polos positivos (H) das moléculas de água são atraídos pelos grupos -\text{COO}^-, e os polos negativos (O) pelos íons \text{Na}^+. Também ocorrem ligações de hidrogênio, mas a íon-dipolo é mais forte.
Em água pura, os íons \text{Na}^+ do polímero se dissolvem e se afastam das cadeias. As cargas negativas fixas na cadeia se repelem, e a rede se expande, o que permite acomodar muita água.
Com sal no meio, a concentração de \text{Na}^+ fora do gel aumenta. Esses íons blindam as cargas -\text{COO}^- e diminuem a repulsão entre elas, e a rede fica menos expandida. Além disso, a água passa a ser atraída também pelos íons do sal, o que reduz a diferença de concentração iônica entre o interior do gel e a solução, e assim diminui a tendência de a água entrar no polímero. Quanto maior a porcentagem de sal (1,0%, 2,5%, 5,0%), menor a absorção, como mostra o gráfico.
Resposta: interação íon-dipolo; quanto mais sal, menor a absorção, pois os íons blindam as cargas do polímero, diminuem a expansão da rede e reduzem a entrada de água.
Assuntos: polímeros de adição, interações intermoleculares, soluções iônicas.
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