M4 Elasticidade Entrópica (Elasticidade de Borracha)

Tópico

Ao esticar esse elastômero, uma rede reticulada de cadeias moleculares desse polímero, cada uma dessas cadeias moleculares dentro da mesma rede é estendida além da configuração espiralada e desordenada que adotaria espontaneamente em repouso, reduzindo, consequentemente, a entropia conformacional de cada uma delas: quanto menor o número de configurações espiraladas diferentes que cada cadeia molecular dessa rede pode adotar, mais esticada ela fica em relação à configuração de repouso e, consequentemente, menor sua entropia conformacional. Um estiramento adicional desse elastômero faz com que a entropia conformacional de suas cadeias moleculares diminua ainda mais.

É justamente essa perda de entropia conformacional, e não a energia de ligação química entre os átomos dessas cadeias moleculares como ocorreria em um sólido cristalino, que confere elasticidade a esse elastômero: quando o estiramento cessa, cada cadeia molecular dessa rede reticulada recupera espontaneamente suas configurações espiraladas e, consequentemente, recupera a entropia conformacional perdida. É essa mesma tendência espontânea de recuperar a entropia conformacional que produz a força de retorno elástico desse elastômero. Quanto maior for essa perda de entropia conformacional quando esse elastômero for esticado com mais força, maior será, consequentemente, essa força de retorno elástico.

Portanto, esse modelo, com o estiramento dessa rede reticulada e a elasticidade entrópica com que ela se abriu, significa que a densidade de reticulação dessa mesma rede — quantos pontos de reticulação química conectam suas cadeias moleculares por unidade de volume — determina o módulo de rede desse elastômero. Esse mesmo módulo já é descrito, por meio da relação tensão-deformação de Neo-Hooke, por outro modelo desse conjunto: quanto mais pontos de reticulação conectarem essas cadeias moleculares dentro dessa rede, menor será, em média, o segmento de cadeia molecular livre entre dois pontos de reticulação consecutivos e menor será a entropia conformacional que esse segmento poderá perder antes de se esticar completamente, aumentando, consequentemente, esse módulo de rede. O fato de essa elasticidade entrópica, sem qualquer análogo em um sólido cristalino como um metal ou um material cerâmico, ser precisamente o que distingue esse elastômero significa que essa mesma elasticidade entrópica é, em última análise, a condição que define esse elastômero como tal, em contraste com qualquer outro regime desse polímero.

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