PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I. Khái niệm, đặc điểm cấu tạo và phân loại

1. Khái niệm

Polymer là những chất có khối lượng phân tử rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau tạo nên.

Monomer là các phân tử nhỏ kết hợp với nhau tạo nên polymer.

Bảng 32.1 – Một số polymer thường gặp:

Khối lượng mỗi mắt xích:

• PE: $12 + 2 + 12 + 2 = 28$ g/mol
• PP: $12 + 2 + 12 + 1 + 12 + 3 = 42$ g/mol

2. Đặc điểm cấu tạo

Các mắt xích polymer có thể nối với nhau thành:

3. Phân loại

Dựa vào nguồn gốc, polymer chia thành:

• Polymer thiên nhiên: có sẵn trong tự nhiên – tinh bột, cellulose, protein (tơ tằm, lông cừu), cao su thiên nhiên…
• Polymer tổng hợp: được tổng hợp bằng phương pháp hoá học – PE, PP, PVC, nylon, polystyrene…

Phản ứng trùng hợp (tổng hợp polymer từ monomer):

$$nCH_2=CH_2 \xrightarrow{t^o, P, \text{xt}} (–CH_2–CH_2–)_n \text{ (PE)}$$

$$nCH_2=CH–CH_3 \xrightarrow{t^o, P, \text{xt}} (–CH_2–CH(CH_3)–)_n \text{ (PP)}$$

$$nCH_2=CH–C_6H_5 \xrightarrow{t^o, P, \text{xt}} (–CH_2–CH(C_6H_5)–)_n \text{ (Polystyrene – PS)}$$

II. Tính chất vật lý

• Hầu hết polymer là chất rắn, không bay hơi.
• Không có nhiệt độ nóng chảy xác định (một số polymer không nóng chảy).
• Không tan trong nước; một số tan trong dung môi hữu cơ.

Polymer nhiệt dẻo: polymer bị nóng chảy ở nhiệt độ cao → ứng dụng: đun chảy → đổ khuôn → làm nguội → tạo sản phẩm. Polymer nhiệt dẻo chiếm phần lớn tổng lượng polymer tiêu thụ trên thế giới.

III. Một số vật liệu polymer phổ biến

1. Chất dẻo

Chất dẻo là vật liệu được chế tạo từ polymer có tính dẻo (bị biến dạng khi chịu nhiệt, áp lực và giữ được biến dạng khi thôi tác dụng).

Thành phần: polymer + chất độn + chất hoá dẻo + chất tạo màu…

Lưu ý sử dụng: Không để đồ nhựa gần nguồn nhiệt cao (bếp gas, lò nướng). Hạn chế dùng nhựa đựng thức ăn nóng. Cần đọc ký hiệu phân loại nhựa (số 1–7) trên sản phẩm.

Các loại nhựa phổ biến:

2. Tơ

Tơ là vật liệu polymer có cấu tạo mạch không phân nhánh, có thể kéo dài thành sợi.

Phân loại theo nguồn gốc:

• Tơ thiên nhiên: tơ tằm, bông vải, len lông cừu…
• Tơ tổng hợp: tơ nylon, tơ polyester…

Lưu ý: Cần đọc nhãn ký hiệu giặt, là đính kèm quần áo để chọn chế độ giặt, nhiệt độ là, sấy phù hợp.

3. Cao su

Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi (bị biến dạng khi có lực, trở lại trạng thái ban đầu khi lực thôi tác dụng).

Phân loại:

• Cao su thiên nhiên: từ mủ cây cao su
• Cao su tổng hợp: tổng hợp từ monomer

Tính chất: đàn hồi, không thấm nước, không thấm khí, chịu mài mòn, cách điện.

Ứng dụng: lốp xe, băng tải, ống dẫn, gioăng đệm, áo lặn…

Lưu ý bảo quản: Không để nơi nhiệt độ quá cao (cao su chảy), quá thấp (giòn, cứng), ánh sáng mạnh (lão hoá). Tránh xăng, dầu, mỡ, hoá chất dính vào.

4. Vật liệu composite

Composite là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau, gồm:

• Vật liệu cốt: tăng cường tính cơ học (sợi thuỷ tinh, sợi carbon, bột gỗ…)
• Vật liệu nền: liên kết cốt (polymer có độ dẻo lớn như PE…)

Ứng dụng: ống dẫn nước, bồn chứa, vật liệu xây dựng, thân vỏ ô tô, máy bay, tàu thuyền…

IV. Ứng dụng của polyethylene và vấn đề ô nhiễm môi trường

1. Ứng dụng PE

PE được dùng làm: túi đựng, màng bọc, chai lọ, ống nhựa, vỏ dây điện, đồ chơi trẻ em, cốc đĩa nhựa…

2. Ô nhiễm môi trường

Polymer không phân huỷ sinh học (PE, PP…) gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nguyên tắc 5R để giảm thiểu rác thải nhựa:

Câu hỏi đúng/sai – Củng cố lý thuyết

Câu 1. Phát biểu nào đúng?

A. “Tơ tằm là tơ nhân tạo.” → SAI. Tơ tằm là tơ thiên nhiên.

B. “PE được điều chế từ ethylene.” → ĐÚNG. $nCH_2=CH_2 \to (–CH_2–CH_2–)_n$

C. “Amylose có cấu trúc mạch phân nhánh.” → SAI. Amylose có mạch không phân nhánh. Amylopectin mới phân nhánh.

D. “Sợi gai là tơ tổng hợp.” → SAI. Sợi gai là tơ thiên nhiên.

→ Đáp án: B.

Câu 2. Phát biểu nào sai?

A. “Tơ tằm là tơ thiên nhiên.” → ĐÚNG.

B. “Cellulose có cấu trúc mạch không phân nhánh.” → ĐÚNG.

C. “Glucose thuộc loại polymer thiên nhiên.” → SAI. Glucose là monomer (phân tử nhỏ), không phải polymer.

D. “Cao su lưu hoá có cấu trúc mạng không gian.” → ĐÚNG.

→ Đáp án: C.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Phân loại polymer – Thiên nhiên hay tổng hợp

Phương pháp:

• Polymer thiên nhiên: có sẵn trong tự nhiên (sinh vật) – tinh bột, cellulose, protein, cao su thiên nhiên, tơ tằm, bông, len, sợi gai, gỗ, gạo…
• Polymer tổng hợp: do con người tổng hợp – PE, PP, PVC, nylon, polyester, cao su tổng hợp, nhựa bakelite…

Ví dụ mẫu

Phân loại các vật thể sau: Bút bi, gỗ, gạo, thước kẻ, len lông cừu, vỏ xe, ống nước, áo mưa, sợi gai, tơ tằm.

Dạng 2: Viết PTHH điều chế polymer từ monomer (phản ứng trùng hợp)

Phương pháp:

Phản ứng trùng hợp: $n$ phân tử monomer (có liên kết đôi C=C) → polymer.

Quy tắc: Liên kết đôi C=C bị phá → tạo liên kết đơn nối các mắt xích.

Ví dụ mẫu 1 – Điều chế PE:

$$nCH_2=CH_2 \xrightarrow{t^o, P, \text{xt}} (–CH_2–CH_2–)_n$$

Ví dụ mẫu 2 – Điều chế PP:

$$nCH_2=CH–CH_3 \xrightarrow{t^o, P, \text{xt}} (–CH_2–CH(CH_3)–)_n$$

Ví dụ mẫu 3 – Điều chế Polystyrene (PS):

$$nCH_2=CH–C_6H_5 \xrightarrow{t^o, P, \text{xt}} (–CH_2–CH(C_6H_5)–)_n$$

Dạng 3: Tính khối lượng polymer thu được từ trùng hợp monomer (có hiệu suất)

Phương pháp:

Phản ứng trùng hợp không thay đổi khối lượng (lý thuyết): $m_{\text{monomer}} = m_{\text{polymer}}$

Nếu có hiệu suất $H$:

$$m_{\text{polymer}} = m_{\text{monomer}} \times H$$

Ví dụ mẫu 1

Trùng hợp 1,5 tấn propylene ($CH_2=CH–CH_3$), hiệu suất 92%. Tính khối lượng PP.

Giải:

Phản ứng trùng hợp không làm thay đổi khối lượng (lý thuyết):

$m_{PP}^{LT} = m_{\text{propylene}} = 1{,}5$ tấn

$m_{PP}^{TT} = 1{,}5 \times 0{,}92 = 1{,}38$ tấn

Ví dụ mẫu 2

Trùng hợp 1 tấn ethylene, hiệu suất 85%. Tính khối lượng PE.

Giải:

$m_{PE} = 1 \times 0{,}85 = 0{,}85$ tấn

Dạng 4: Phân biệt vật liệu polymer – Chất dẻo, tơ, cao su

Phương pháp:

Ví dụ mẫu

Phân loại: bao tay, công tắc điện, lốp xe, bóng bay, vỏ bọc dây điện, bình nước.

Dạng 5: An toàn thực phẩm – Chọn loại nhựa phù hợp đựng thức ăn

Phương pháp:

Nhựa an toàn nhất cho thực phẩm: số 2 (HDPE) và số 5 (PP).

PP chịu nhiệt cao nhất (130–170°C), có thể dùng trong lò vi sóng (2–3 phút).

Nhựa nguy hiểm: số 3 (PVC), số 7 (PC) – chứa chất độc BPA.

SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Khái niệm và cấu tạo

• 1.1. Polymer: $M$ rất lớn, do nhiều mắt xích liên kết
• 1.2. Monomer: phân tử nhỏ tạo nên polymer
• 1.3. Cấu trúc mạch: không nhánh, phân nhánh, mạng không gian

2. Phân loại

• 2.1. Thiên nhiên: tinh bột, cellulose, protein, cao su TN, tơ tằm
• 2.2. Tổng hợp: PE, PP, PVC, nylon, PS

3. Tính chất vật lý

• Rắn, không bay hơi, không tan trong nước, không có $t_{nc}$ xác định

4. Vật liệu polymer phổ biến

• 4.1. Chất dẻo: tính dẻo → bình, hộp, ống nhựa
• 4.2. Tơ: mạch không nhánh, kéo thành sợi → vải, quần áo
• 4.3. Cao su: tính đàn hồi → lốp xe, ống dẫn
• 4.4. Composite: cốt + nền → gỗ nhựa, thân máy bay

5. Ứng dụng PE và môi trường

• 5.1. PE: túi, chai, ống, dây điện…
• 5.2. Ô nhiễm: polymer không phân huỷ sinh học
• 5.3. Giải pháp: Nguyên tắc 5R (Renew, Refuse, Reduce, Reuse, Recycle)

SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu