Diário de um Químico Digital 3.0

O poli(óxido de etileno) ou poli(oxietileno) (sigla: PEO) e o poli(etileno glico) (sigla:PEG) são polímeros sintéticos de grande importância comercial.

Antes de eu falar de detalhes técnicos desses materiais, sugiro que assistam o vídeo abaixo:

Se você quiser saber mais sobre o PEO/PEG, clique no link abaixo…

 

Para explicar o que acontece no vídeo, precisamos entender a natureza química do PEG/PEO.

Vamos aos fatos:

O poli(etileno glicol)/poli(óxido de etileno) são materiais disponíveis em uma ampla faixa de massas moleculares (Mw).

Os que possuem Mw < 100.000 são chamados de poli(etileno glicol) ou PEG (são líquidos viscosos);

já os que possuem Mw > 100.000 são chamados de poli(óxido de etileno) ou PEO (são ceras ou sólidos).

A característica mais marcante desses polímeros é a sua natureza anfifílica, o que os faz solúveis tanto em água quanto em diversos solventes orgânicos (cloreto de metila, etanol, tolueno, acetona e clorofórmio)[1]

PEG e PEO são não-tóxicos e podem ser usados como excipientes em formulações farmacêuticas, alimentos e cosméticos.

A fórmula geral é H−(O−CH₂−CH₂)_n−OH, mas a hidroxila final pode ser substituída por uma vasta gama de outros grupos funcionais que dependerão do iniciador da reação de polimerização.[2]

O monômero de partida é o óxido de etileno (ou oxirano) (CH₂CH₂O):

Em meio ácido ou básico e na presença de água ou de etileno glicol (HOCH₂CH₂OH), a reação de abertura do anel do óxido de etileno e a consequente ligação de um dos carbonos do anel na molécula de água ou de etileno glicol produz uma série de reações em cadeia que levam à formação de uma macromolécula.

A reação simplificada de polimerização do oxirano com a ajuda de etilenoglicol é mais ou menos descrita abaixo[3]:

HOCH₂CH₂OH + n(CH₂CH₂O) → HO(CH₂CH₂O)_n+1H

A macromolécula possui tanto regiões polares e solúveis em água (oxigênio) quanto regiões apolares (carbonos) e, portanto, pode se solubilizar com solventes de natureza polar ou apolar.

O oxigênio possui ainda a capacidade de formar ligações de hidrogênio (ou pontes de hidrogênio, para os mais antigos) e, dessa forma, intensificar o estado de agregação do polímero.

Dado que uma macromolécula com Mw acima de 100.000 g/mol possui uma quantidade inimaginável de regiões polares capazes de interagir por meio de ligações de hidrogênio, a quantidade global de interações desse tipo é imensa. (A imagem abaixo tenta ilustrar essa ideia.)

 

Assim, é natural que o PEO ou o PEG sejam materiais cerosos ou viscosos.

E aí vem a pergunta: por quê o fluido auto-escoa da forma como eu vi no vídeo?

Não posso dar a resposta definitiva, mas posso especular com uma ajuda da físico-química.

O fenômeno da tensão superficial (o qual eu já abordei longamente, link1, link2, link3, link4, link5) ocorre na superfície dos materiais líquidos.

Quanto mais fortemente interagirem as moléculas da superfície, maior a tensão superficial será e maior será a força necessária para romper o filme líquido.

O PEO/PEG do vídeo simplesmente possui uma quantidade tão grande e uma somatória de forças de interação superficial tão elevada que, ao iniciar o escoamento do fluido o filme superficial não se rompe e provoca o auto-escoamento.

Como se a superfície do fluido fosse toda ela um único e gigantesco filme liquido.

A força de expansão da área superficial do filme e grande mas não o suficiente para provocar uma ruptura no filme.

É suficientemente grande para obrigar todo o fluido a escoar para fora do frasco.

E, bem, era isso por hoje.

A ideia para a postagem saiu daqui.