Lý thuyết trọng tâm

I. Chất dẻo

1. Khái niệm

Chất dẻo là các vật liệu polymer có tính dẻo.

Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.

Phân biệt với tính đàn hồi: Tính đàn hồi là tính bị biến dạng nhưng trở lại dạng ban đầu khi thôi tác dụng.

Thành phần của chất dẻo:

• Thành phần chính: polymer
• Thành phần phụ: chất độn, chất hóa dẻo, chất tạo màu,…

2. Tổng hợp một số polymer dùng làm chất dẻo

a) Các polymer điều chế bằng phản ứng trùng hợp

Phương trình tổng quát:

$$nCH_2=CH-R \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-CHR-)_n$$

Trong đó:

• $R = H$ → PE
• $R = CH_3$ → PP
• $R = Cl$ → PVC
• $R = C_6H_5$ → PS

Điều chế PMMA:

$$nCH_2=C(CH_3)-COOCH_3 \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-C(CH_3)(COOCH_3)-)_n$$

b) Polymer điều chế bằng phản ứng trùng ngưng

Poly(phenol formaldehyde) – PPF:

$$nC_6H_5OH + nHCHO \xrightarrow{H^+, t^o} (-C_6H_3(OH)-CH_2-)_n + nH_2O$$

3. Ứng dụng của chất dẻo

4. Ô nhiễm môi trường do chất dẻo và rác thải nhựa

Tác hại:

• Thời gian phân hủy rất lâu (hàng trăm năm)
• Đốt nhựa tạo khí độc, gây hiệu ứng nhà kính
• Chôn lấp làm đất không giữ được nước, dinh dưỡng
• Nhựa thải ra sông, hồ, đại dương gây ô nhiễm nguồn nước

Biện pháp:

• Hạn chế sử dụng đồ nhựa dùng một lần
• Tăng cường tái chế, tái sử dụng
• Sử dụng vật liệu thân thiện môi trường thay thế

II. Vật liệu composite

1. Khái niệm

Vật liệu composite là loại vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau, tạo nên vật liệu mới có các tính chất vượt trội so với các vật liệu ban đầu.

2. Thành phần

3. Ứng dụng

• Composite cốt sợi: thân vỏ máy bay, tàu thuyền, thân xe đua, khung xe đạp, bồn chứa, ống dẫn
• Composite cốt hạt: gỗ nhựa, bê tông nhựa, gốm chất lượng cao

III. Tơ

1. Khái niệm

Tơ là những vật liệu polymer có dạng sợi mảnh và có độ bền nhất định.

Đặc điểm cấu tạo của polymer dùng làm tơ:

• Mạch không phân nhánh
• Sắp xếp song song với nhau
• Tương đối bền với các dung môi thông thường
• Mềm, dai, không độc
• Có khả năng nhuộm màu

2. Phân loại tơ

                        TƠ
                         │
        ┌────────────────┼────────────────┐
        ▼                ▼                ▼
   TƠ TỰ NHIÊN      TƠ TỔNG HỢP     TƠ BÁN TỔNG HỢP
   (có sẵn trong    (từ polymer     (chế biến polymer
    tự nhiên)       tổng hợp)       tự nhiên bằng PP
                                    hóa học)
        │                │                │
        ▼                ▼                ▼
   Bông, len,       Nylon-6,6,      Visco, cellulose
   tơ tằm           capron, nitron   acetate

3. Một số loại tơ thường gặp

a) Tơ tự nhiên

b) Tơ tổng hợp

Tơ nylon-6,6:

Phương trình điều chế nylon-6,6:

$$nH_2N-(CH_2)_6-NH_2 + nHOOC-(CH_2)_4-COOH \xrightarrow{t^o, p} (-NH-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO-)_n + 2nH_2O$$

Ghi nhớ: Tên “nylon-6,6” do cả hai monomer đều chứa 6 nguyên tử carbon.

Tơ capron (nylon-6):

Phương trình điều chế capron:

$$n \begin{bmatrix} CH_2-CH_2-CH_2 \\ | \quad \quad \quad \quad | \\ CO-NH-CH_2 \end{bmatrix} \xrightarrow{t^o} (-NH-(CH_2)_5-CO-)_n$$

Tơ nitron (olon):

Phương trình điều chế nitron:

$$nCH_2=CH-CN \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-CH(CN)-)_n$$

c) Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo)

IV. Cao su

1. Khái niệm

Cao su là loại vật liệu polymer có tính đàn hồi.

Tính đàn hồi là tính bị biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng.

Phân loại:

• Cao su tự nhiên
• Cao su tổng hợp

2. Cao su tự nhiên

a) Nguồn gốc và cấu tạo

• Nguồn gốc: Lấy từ mủ cây cao su (Hevea brasiliensis)
• Cấu tạo: Polymer của isoprene, các liên kết đôi đều ở dạng cis

Công thức cấu tạo:

$$(-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-)_n$$

với $n = 1500 – 15000$

b) Tính chất

Tính chất vật lý:

• Có tính đàn hồi
• Không dẫn nhiệt và điện
• Không thấm khí và nước
• Không tan trong nước, ethanol, acetone
• Tan trong xăng, benzene

Tính chất hóa học:

• Do có liên kết đôi C=C nên tham gia phản ứng cộng: $H_2$, $HCl$, $Cl_2$, $Br_2$,…
• Phản ứng với lưu huỳnh → cao su lưu hóa

c) Lưu hóa cao su

Bản chất: Khi đun nóng cao su với lưu huỳnh (S), các nguyên tử S tạo cầu nối disulfide (-S-S-) giữa các mạch polymer, tạo thành cấu trúc mạng lưới không gian.

Ý nghĩa: Cao su lưu hóa có tính chất vượt trội hơn cao su thường:

• Đàn hồi tốt hơn
• Chịu nhiệt tốt hơn
• Lâu mòn hơn
• Khó tan trong dung môi hơn

d) Ứng dụng

Sản xuất lốp xe, băng tải, ống dẫn, gioăng, đệm, gối,…

3. Cao su tổng hợp

Cao su tổng hợp là loại vật liệu polymer có tính đàn hồi tương tự cao su tự nhiên, được điều chế bằng phản ứng trùng hợp các alkadiene.

a) Cao su buna

Monomer: Buta-1,3-diene

Phương trình điều chế:

$$nCH_2=CH-CH=CH_2 \xrightarrow{Na, t^o, p} (-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n$$

Tính chất: Có tính đàn hồi và độ bền kém cao su tự nhiên.

Ghi nhớ: Tên “buna” = bu (butadiene) + Na (sodium – xúc tác)

b) Cao su buna-S

Monomer: Buta-1,3-diene và Styrene

Phương trình điều chế:

$$nCH_2=CH-CH=CH_2 + nCH_2=CH-C_6H_5 \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-CH=CH-CH_2-CH_2-CH(C_6H_5)-)_n$$

Tính chất: Có tính đàn hồi cao.

Ứng dụng: Sản xuất lốp xe, đệm chống va đập,…

c) Cao su buna-N

Monomer: Buta-1,3-diene và Acrylonitrile

Phương trình điều chế:

$$nCH_2=CH-CH=CH_2 + nCH_2=CH-CN \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-CH=CH-CH_2-CH_2-CH(CN)-)_n$$

Tính chất: Có tính chống dầu cao.

Ứng dụng: Sản xuất các chi tiết chịu dầu trong máy móc công nghiệp.

d) Cao su isoprene

Monomer: Isoprene (2-methylbuta-1,3-diene)

Phương trình điều chế:

$$nCH_2=C(CH_3)-CH=CH_2 \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-C(CH_3)=CH-CH_2-)_n$$

Tính chất: Tương tự cao su tự nhiên.

e) Cao su chloroprene

Monomer: Chloroprene (2-chlorobuta-1,3-diene)

Phương trình điều chế:

$$nCH_2=C(Cl)-CH=CH_2 \xrightarrow{t^o, xt, p} (-CH_2-C(Cl)=CH-CH_2-)_n$$

Tính chất: Độ đàn hồi tốt, độ bền cao, khả năng chống lão hóa tốt, giá thành thấp.

Ứng dụng: Xây dựng, giao thông (lốp xe, đệm chống va đập, gối cầu, khe co giãn), máy móc công nghiệp (băng tải, dây truyền động), y tế (găng tay nitrile),…

4. Bảng so sánh các loại cao su

V. Keo dán

1. Khái niệm

Keo dán là loại vật liệu có khả năng kết dính bề mặt của hai vật liệu rắn với nhau mà không làm thay đổi bản chất các vật liệu được kết dính.

2. Một số loại keo dán thông dụng

Cấu trúc nhóm epoxy:

$$\begin{matrix} O \\ / \backslash \\ -CH-CH_2 \end{matrix}$$

Phương pháp giải bài tập

Dạng 1: Nhận biết và phân loại polymer

Phương pháp:

Bước 1: Xác định polymer thuộc loại vật liệu nào dựa vào đặc điểm cấu tạo và tính chất:

Bước 2: Phân loại chi tiết:

Với tơ:

Với cao su:

Ví dụ minh họa:

Câu hỏi: Polymer nào sau đây được dùng để chế tạo cao su?

A. $(-CH_2-CH_2-)_n$

B. $(-CH_2-CH=CH-CH_2-)_n$

C. $(-CH_2-CHCl-)_n$

D. $(-CH_2-CH(CN)-)_n$

Giải:

• Cao su phải có liên kết đôi C=C trong mạch chính (để có tính đàn hồi)
• Chỉ có đáp án B có liên kết đôi C=C trong mạch

→ Đáp án: B

Dạng 2: Viết phương trình điều chế polymer

Phương pháp:

Bước 1: Xác định loại phản ứng:

Bước 2: Viết phương trình:

Công thức trùng hợp: $$nA \xrightarrow{t^o, xt, p} (A)_n$$

Công thức trùng ngưng: $$nA + nB \xrightarrow{t^o, p} (AB)_n + 2nH_2O$$

Bảng tổng hợp phản ứng điều chế:

Dạng 3: Xác định monomer từ polymer và ngược lại

Phương pháp:

Từ polymer → monomer:

Bước 1: Viết công thức 1 mắt xích

Bước 2: Xác định loại phản ứng tổng hợp:

• Nếu mắt xích có dạng $(-CH_2-CHR-)$ → monomer là $CH_2=CHR$ (trùng hợp)
• Nếu mắt xích có liên kết amide $(-CO-NH-)$ → có thể là trùng ngưng

Từ monomer → polymer:

Bước 1: Xác định loại phản ứng dựa vào cấu tạo monomer

Bước 2: Áp dụng quy tắc:

• Trùng hợp: Liên kết $\pi$ bị phá vỡ, tạo liên kết $\sigma$ giữa các mắt xích
• Trùng ngưng: Các nhóm chức phản ứng với nhau, tách ra phân tử nhỏ

Ví dụ minh họa:

Câu hỏi: Cho polymer có công thức $(-CH_2-C(CH_3)(COOCH_3)-)_n$. Xác định monomer.

Giải:

• Mắt xích có dạng $(-CH_2-CR_1R_2-)$
• Đây là sản phẩm trùng hợp
• Monomer: $CH_2=C(CH_3)-COOCH_3$ (methyl methacrylate)

Dạng 4: Bài tập về tính chất và ứng dụng

Phương pháp:

Ghi nhớ các tính chất đặc trưng:

Dạng 5: Phân biệt trùng hợp và trùng ngưng

Bảng so sánh:

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ