Polymer là gì? Kiến thức Đại Cương và bài tập

Polime (Polymer) là khái niệm được dùng cho các hợp chất cao phân tử (hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản). Đây cũng là nội dung quan trọng trong chuyên đề ôn thi môn hóa học 12 và cũng là phần trọng tâm khi chuẩn bị cho kỳ thi tốt nghiệp trung học phổ thông môn hóa học. Vì vậy, Onthidgnl sẽ tổng hợp toàn bộ kiến ​​thức về Polymer, trong đó có chất dẻo, tơ, cao su và keo dán để các em học sinh có thể hiểu rõ và nắm kiến thức chuyên đề này dễ dàng.

Kiến thức Đại Cương Polime

Khái niệm Polime là gì?

Polime là các hợp chất hữu cơ có phân tử khối rất lớn do rất nhiều đơn vị nhỏ (còn gọi là các mắt xích) liên kết với nhau.

Ví dụ: polietylen, tinh bột, xenlulozơ,…

Các phân tử tạo nên các mắt xích của polymer gọi là monomer.

Giá trị n gọi là hệ số polymer hóa (hệ số trùng hợp hoặc hệ số trùng ngưng).
Tên gọi của polymer: poly + tên monomer tương ứng. Một số polymer có tên gọi riêng.
thơm do ảnh hưởng của nhóm – NH2.

Phân loại polime

Dựa theo nguồn gốc và cấu trúc, polime được phân chia thành các loại như sau:

+ Dựa vào nguồn gốc:

• Polime thiên nhiên: là những loại polime có sẵn ở ngoài tự nhiên. (ví dụ: bông, tơ tằm,…)

• Polime nhân tạo (hay còn gọi là bán tổng hợp): những loại này được chế hóa từ các polime tự nhiên. (ví dụ: từ xenlulozơ tổng hợp cao su lưu hóa để làm lốp xe; ngoài ra còn tổng hợp ra tơ visco, tơ axetat)

• Polime tổng hợp: là loại polime do con người tổng hợp nên; được phân thành 2 loại là: Polime trùng hợp tổng hợp qua các phản ứng hóa học (ví dụ: polietilen, poli(metyl metacrylat,…) và Polime trùng ngưng được tổng hợp qua phản ứng trùng ngưng (ví dụ: nilon-6, tơ lapsan,…)

+ Dựa vào cấu trúc:

• Mạch không phân nhánh: (ví dụ: amilozơ,…)

• Mạch có phân nhánh: (ví dụ: amilopectin, glicogen,…)

• Mạch dạng mạng trong không gian: (VD: cao su lưu hóa, nhựa ba ke lit,…)

TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Ở điều kiện thường, polymer thường là chất rắn, không tan trong nước.

Hầu hết polymer là chất rắn, không có nhiệt độ nóng chảy xác định, thường tạo chất lỏng có độ nhớt cao.

Polymer nhiệt dẻo (PVC, PS) khi đun nóng chảy thì mềm, dễ ăn khuôn, đóng rắn khi để nguội và có thể tái chế.

Polymer nhiệt rắn (poly(phenol formaldehyde) không bị nhiệt phân hủy, chỉ được tạo hình 1 lần và không tái chế.

Một số polymer có tính đàn hồi, một số polymer cách điện, cách nhiệt, một số polymer dai và bền.

Polymer có tính đàn hồi (cao su, polyisoprene…), cách điện, cách nhiệt (PE, PVC…) hoặc dai, bền (capron, nylon-6,6…).

Một số polymer có tính bán dẫn.

TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Một số đoạn mạch polymer có thể kết hợp với nhau để tạo thành đoạn mạch polymer dài hơn hoặc tạo thành polymer có cấu trúc không gian (phản ứng tăng mạch polymer).

1. Phản ứng cắt mạch polymer

Polymer bị phân cắt thành monomer bởi nhiệt, tác nhân hóa học hoặc sinh học.

Tinh bột, celllulose, polyamide bị thủy phân trong môi trường acid, base.

Polystyrene bị nhiệt phân hủy.

2. Phản ứng giữ nguyên mạch polymer

Polymer tham gia phản ứng nhưng không làm thay đổi mạch polymer.

Phản ứng xảy ra ở nhóm thế đính vào mạch polymer (thủy phân poly(vinylacetate) trong kiềm đun nóng tạo poly(vinyl alcohol)).

Phản ứng xảy ra ở vị trí liên kết đôi trong mạch polymer (cao su isoprene tác dụng với dung dịch Br2 hoặc HCl).

3. Phản ứng tăng mạch polymer

Một số polymer phản ứng với nhau hoặc chất khác để tăng độ dài mạch polymer hoặc tạo thành cấu trúc mạng không gian.

Quá trình lưu hóa cao su

Quá trình đun nóng nhựa rezol tạo nhựa rezit (nhựa baketile)

Sơ đồ tư duy Polymer

Drive Tất tần tật Lý thuyết và bài tập POLYMER

https://drive.google.com/file/d/1x4ovkFsKkSGYS-REv_m9pM6aXpsU3G5n/view?usp=sharing

Chất dẻo

Khái niệm

• Chất dẻo là tên gọi chung của các chất được hình thành từ polime có tính dẻo
• Tính dẻo được hiểu tính chất của vật bị biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ, lực tác động hay áp lực bên ngoài ở một ngưỡng nhất định và giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng vào vật đó

Một số polime dùng làm chất dẻo

a. Polietilen (viết tắt là PE)

PE là chất dẻo có tính mềm, nhiệt độ nóng chảy ở khoản > 110^oC. Polietilen có tính trơ của ankan dạng mạch dài, chính vì vậy, PE hiện nay được sử dụng để làm các loại bình chứa, túi đựng, màng mỏng, …

b. Polivinyl clorua (viết tắt PVC)

PVC là hợp chất không có hình dạng nhất định cụ thể, có tính cách điện tố. Đặc biệt Polivinyl Clorua không bị tác động bởi axit. Chính vì vậy, PVC được ứng dụng để sản xuất các vật liệu cách điện, áo mưa, các loại ống dẫn nước, da giả (trong y tế), …

c. Polimetyl metacrylat

• Polimetyl metacrylat có vật liệu có tính trong suốt, có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt (với hiệu suất truyền qua đạt trên 90%) nên được ứng dụng rất nhiều để chế tạo thủy tinh hữu cơ plexiglas.
• Polimetyl metacrylat được điều chế từ metyl metacrylat thông qua phản ứng trùng hợp:

d. Poliphenol – fomanđehit (viết tắt PPF)

PPF có 3 dạng chính:

• Nhựa novolac
• Nhựa rezol
• Nhựa rezit.

Nhựa novolac:

Nhựa novolac có dạng chất rắn, có nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ bị hòa tan trong các môi hữu cơ. Nhựa novolac được ứng dụng nhiều để sản xuất sơn, vecni,…

Điều chế novolac: Khi đun nóng hỗn hợp phenol (lấy dư) và fomanđehit có xúc tác bởi axit ta được nhựa novolac (với dạng mạch không phân nhánh)

Nhựa rezol:

Giống như nhựa novolac, nhựa rezol cũng có dạng chất rắn, dễ bị nóng chảy và bị hòa tan trong dung môi hữu cơ. Nhựa rezol là một trong những thành phần được sử dụng để sản xuất sơn, keo hay nhựa rezit,…

Điều chế nhựa rezol: Thông thường, điều thế nhựa rezol thông qua phương pháp: Đun nóng hỗn hợp bao gồm phenol và fomanđehit với tỉ lệ mol 1:1,2 kèm theo chất xúc tác là kiềm, ta sẽ thu được rezol (ở dạng mạch không phân nhánh) nhưng vẫn còn một số nhóm – CH₂OH còn tự do ở vị trí số 2 hoặc 4 của của nhân phenol

Nhựa rezit

Khi đung nóng nhựa rezol ở 150^oC ta thu được nhựa rezit (hay có tên gọi khác là nhựa bakelit) có cấu trúc phân tử dạng mạng lưới không gian.

Nhựa rezit không nóng chảy và cũng không tan trong nhiều dung môi hữu cơ. Chính vì vậy, hiện nay nhựa rezit được sử dụng để sản xuất các loại thiết bị điện, vỏ máy,…

Tơ

Khái niệm

Tơ là tên gọi chung của những vật liệu polime có dạng hình sợi dài, mảnh và có độ bền nhất định.

Phân loại các loại tơ

Các loại tơ hiện nay được chia làm 2 loại là tơ hữu cơ và tơ hóa học. Trong đó, tơ hoá học người ta chia ra làm 2 loại chính có tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp (hay có tên gọi khác là tơ nhân tạo)

Loại tơ	Nguồn gốc	Ví dụ
Tơ tự nhiên	Là những loại tơ có sẵn trong tự nhiên và có thể sử dụng trực tiếp	Tơ tằm, tơ bông, tơ len
Tơ tổng hợp	Polime được tổng hợp 100% bằng các phản ứng hóa học	Tơ poliamit (nilon, capron), tơ lapsan, tơ vinylic (nitron, vinilon)…
Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo)	Các loại Polime thiên nhiên được điều chế từ các phản ứng hóa học	Tơ xenlulozo, tơ axetat, visco…

Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a. Tơ nilon-6,6

Tơ nilon-6,6 là loại tơ thuộc nhóm poliamit do trong cấu tạo phân tử các mắt xích nối với nhau thông qua các nhóm Amit –CO–NH–

Tơ nilon-6,6 dai mềm, óng mượt, ít có khả năng thấm nước nên giặt khô nhanh. Tuy nhiên, tơ nilon-6,6 nhưng kém bền khi gặp nhiệt độ cao hoặc các loại axit và kiềm.

Tơ Nilon-6,6 được được sản xuất và điều chế từ hexametylen diamin và axit adipit (axit hexandioc). Phương trình điều chế Nilon-6,6 như sau:

Cũng giống các loại tơ poliamit khác, tơ nilon-6,6 được sử dụng trong lĩnh vực may mặc, vải lót săm lốp xe, dệt bít tất, dây dù, dây cáp,…

b.Tơ lapsan

Tơ lapsan là loại tơ có độ bền cơ học cao, có khả năng chịu nhiệt hay trong môi trường axit hoặc bazo hơn so với nilon. Hiện tại, tơ lapsan được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực may mặc.

Tơ lapsan là loại tơ polieste được điều chế từ etylen glicol và axit terephtalic.

c. Tơ nitron (hay có tên gọi khác là olon)

Tơ nitron dai, bền với nhiệt và có khả năng giữ nhiệt tốt nên trong ngành may mặc, tơ nitron được sử dụng để sản xuất các sản phẩm áo len, áo giữ nhiệt,…

Tơ nitron là tơ vinylic và được tổng hợp từ vinyl xianua (có tên gọi khác là acrilonitrin) nên được gọi poliacrilonitrin:

Cao su

1. Khái niệm cao su

• Cao su là vật liệu polime và là vật liệu có tính đàn hồi cao
• Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu tác động lực từ bên ngoài nhưng trở lại dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực.

2. Phân loại các loại cao su

Hiện tại có 2 loại cao su: cao su tổng hợp và cao su tự nhiên

a. Cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là các polime của isopren:

Với n trong khoảng từ 1500 đến 15000

b. Các loại cao su tổng hợp

Cao su buna

• Cao su buna chính là hợp chất polibutadien được tổng hợp từ phản ứng trùng hợp buta-1,3-dien với điều kiện nhiệt độ và có Natri làm chất xúc tác

• Cao su buna có độ bền cũng như tính đàn hồi kèm hơn so với cao su tự nhiên

Một số chú ý:

• Khi ta đồng trùng hợp buta-1,3-dien với stiren C₆H₅CH=CH₂ với chất xúc tác Natri ta sẽ được cao su buna-S (cao su Buna có tính đàn hồi cao)

• Khi ta đồng trùng hợp buta-1,3-dien với acrilonitrin CNCH=CH₂ với chất xúc tác Natri ta được sản phẩm cao su buna-N (cao su Buna có tính chống dầu cao)

Cao su isopren

• Khi trùng hợp isopren trong điều kiện có các chất xúc tác đặc biệt, ta thu được poliisopren gọi là cao su isopren:

• Các polime này đều có khả năng đàn hồi nên gọi chung là cao su cloropren và cao su floropren. Đây là cao su có độ chống dầu hơn cao su isopren.

 

Keo dán

1. Khái niệm

Về bản chất của keo dán có thể tạo ra màng hết sức mỏng, có tính bền (kết dính nội) và có khả năng kết dính 2 vật liệu ngoài giống nhau với nhau (kết nối ngoại). Bên cạnh đó, trong quá trình kết dính hai mảnh vật liệu giống nhau và không làm biến đổi bản chất và cấu tạo của vật liệu đó.

2. Phân loại

• Phân loại dựa trên bản chất hóa học:
  – Keo dán dán hữu cơ: keo epoxit, hồ tinh bột,… và
  – Keo dán vô cơ: matit vô cơ (đây là hỗn hợp dẻo của thủy tinh lỏng cùng các oxit kim loại như ZnO, MnO,​ …), thủy tinh lỏng,…
• Phân loại theo tính chất vật lý:
  – Keo dạng lỏng: dung dịch hồ tinh bột khi ở trong môi trường nước nóng, dung dịch cao su trong xăng …,
  – Keo dạng nhựa dẻo: matit hữu cơ, vô cơ hay bitum,…
  – Keo dạng bột hay bản mỏng: đây là loại keo khi sử dụng, người ta làm chảy ra ở nhiệt độ thích hợp, sau đó keo sẽ dính các vật liệu lại với nhau khi để nguội

 

NHỮNG PHẢN ỨNG HÓA HỌC POLIME CẦN NHỚ