Após terminar seu doutorado, o americano de descendência alemã Paul J. Flory foi para a Dupont; lá trabalhou em um grupo liderado por Wallace H. Carothers, inventor do nylon. Depois, foi trabalhar em pesquisa básica na Universidade de Cincinnati até que a segunda guerra mundial estourasse e a urgência na pesquisa e desenvolvimento de borracha sintética o levasse de volta à indústria, primeiro na Esso e, em seguida, na Goodyear. Retornou à pesquisa básica posteriormente, na Universidade de Cornel, no Instituto Mellon e na Universidade de Stanford [2].
Figura 1: Paul J. Flory
Quando conhecemos a equação química que representa uma reação, sabemos também a relação entre as massas das substâncias que são consumidas (reagentes) a partir de sua massa molar. Por exemplo, durante a combustão do butano são consumidas treze moléculas de oxigênio para duas de butano. Assim, por exemplo, a queima de 100 gramas de butano consumirá 358 gramas de oxigênio; se faltar oxigênio, parte do butano não queimará. Entretanto, os valores fornecidos pela estequiometria são teóricos. Os valores reais podem divergir por uma série de razões; talvez uma reação seja interrompida próxima do final, de modo que parte dos reagentes permaneça intacta ou, então, pode haver uma reação concorrendo com a reação que estamos analisando [3].
Em 1939, Flory estudava uma reação de uma cadeia de polímeros. Na reação estudada por Flory, ocorria ligação entre partes das moléculas, chamadas grupos funcionais. Esses grupos funcionais só poderiam reagir se estivessem próximos um do outro, se fossem vizinhos. Como cada grupo funcional só poderia reagir uma vez, se um deles ficasse entre dois pares que já haviam reagido, permaneceria isolado e sem reagir para sempre, já que não teria como formar uma ligação.
O problema da condensação dos grupos funcionais é análogo ao da deposição sequencial aleatória de dímeros em uma rede unidimensional. Como assim? Vamos imaginar uma caixa de ovos: ela é a nossa rede. Agora os ovos que colocamos na caixa são partículas que depositamos na rede. Como ocupam apenas um ponto da nossa “rede”, recebem o nome de monômeros. Poderíamos imaginar outro objeto no lugar de ovos, que ocupasse o lugar de dois ovos adjacentes: seriam dímeros. A caixa de ovos possui linhas e colunas, então a rede análoga a ela é bidimensional; se fosse composta apenas por uma única linha (como acontece com um polímero), então estaríamos falando de uma rede unidimensional.
Considerando-se que a rede representa a cadeia de polímeros, que cada ponto da rede representa um grupo funcional e que a deposição de um dímero na rede torna os dois sítios que ele ocupa inertes da mesma forma que a ligação entre dois grupos funcionais os impede de reagir novamente, temos a equivalência entre as duas situações.
Transformando o cálculo da fração de grupos que não reagem em um problema estatístico, Flory pôde descobrir por análise combinatória a proporção desses grupos. Ele chegou a uma série que, com infinitos termos, representa a função exponencial, e daí obteve o resultado, para um tempo infinito (o que significa suficientemente longo), de 13,5% de grupos funcionais que não reagiam, o que estava de acordo com os dados experimentais [4]. Em outras palavras, ele conseguiu mostrar, a partir de um modelo estatístico, porque quase 1 em cada 7 grupos funcionais nunca formava ligações.
Os estudos sobre polímeros são muito importantes já que eles ocorrem com frequência na natureza na forma de proteínas (tais como a hemoglobina e as enzimas, cujas unidades individuais são os aminoácidos), carbohidratos (por exemplo, glicose, frutose, lactose e celulose) e ácidos nucléicos (como o DNA, cujos monômeros são os nucleotídeos). Outros polímeros são muito utilizados na indústria (muitos deles sintéticos), dentre os quais podemos destacar as fibras, como viscose rayon, nylon e dacron (cuja unidade estrutural é o poliéster), os plásticos, como o polietileno (usado em contêiners e brinquedos), polipropileno (carpetes, malas e cordas), PVC (canos de água e cartões de crédito) e poliestireno (mobília, isolamento), e os elastômeros (borracha, encontrada no látex, e neoprene, uma borracha sintética) [5]. Por seus estudos teóricos e experimentais em físico-química de polímeros, Paul J. Flory ganhou o prêmio Nobel de química de 1974.
Figura 2: frigideira com camada antiaderente Teflon®. [1] http://www.teflon.com/
[2] Nobel Lectures in Chemistry 1971-1980, Sture Forsén, World Scientific Publishing Company (1993)
[3] Chemistry – Science of Change, Oxtoby, Nachtrieb, Freeman, Sounders College Publishing, 2nd ed., pg 54 (1994).
[4] P. J. Flory. “Intramolecular reaction between neighboring substituents of vinyl polymers”, Journal of American Chemistry Society, vol 61 pg 1518 (1939)
[5] Chemistry – Science of Change, Oxtoby, Nachtrieb, Freeman, Sounders College Publishing, 2nd ed., pg 968 (1994).
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