Đại cương về Polymer
Khái niệm, danh pháp, phân loại polymer; tính chất vật lí (nhiệt dẻo – nhiệt rắn) và tính chất hoá học (cắt mạch, tăng mạch, giữ nguyên mạch); phương pháp trùng hợp – trùng ngưng, ứng dụng và phương pháp giải bài tập
Monomer là những phân tử nhỏ, phản ứng với nhau để tạo nên polymer. Hệ số $n$ được gọi là hệ số trùng hợp (độ trùng hợp).
| Ethylene | Polyethylene (PE) | |
|---|---|---|
| Vai trò | Monomer | Polymer |
| Phân tử khối | 28 | $28n$ |
| Thành phần | C, H | C, H |
▸ Danh pháp polymer
Lưu ý: thêm ngoặc đơn nếu tên monomer gồm hai cụm từ trở lên.
| Monomer | Tên polymer |
|---|---|
| Ethylene | Polyethylene (PE) |
| Vinyl chloride | Poly(vinyl chloride) (PVC) |
| Styrene | Polystyrene (PS) |
| Methyl methacrylate | Poly(methyl methacrylate) (PMMA) |
Bảng các polymer thường gặp cùng công thức mắt xích và monomer tương ứng:
| Polymer | Công thức mắt xích | Monomer |
|---|---|---|
| PE | $(\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=CH}_2$ |
| PVC | $(\text{-CH}_2\text{-CHCl-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=CHCl}$ |
| PP | $(\text{-CH}_2\text{-CH(CH}_3)\text{-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=CH-CH}_3$ |
| PS | $(\text{-CH}_2\text{-CH(C}_6\text{H}_5)\text{-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=CH-C}_6\text{H}_5$ |
| Polybuta-1,3-diene | $(\text{-CH}_2\text{-CH=CH-CH}_2\text{-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=CH-CH=CH}_2$ |
| Polyisoprene | $(\text{-CH}_2\text{-C(CH}_3)\text{=CH-CH}_2\text{-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=C(CH}_3)\text{-CH=CH}_2$ |
| PMMA | $(\text{-CH}_2\text{-C(CH}_3)(\text{COOCH}_3)\text{-})_n$ | $\text{CH}_2\text{=C(CH}_3)\text{-COOCH}_3$ |
| Capron (Nylon-6) | $(\text{-NH-[CH}_2]_5\text{-CO-})_n$ | $\text{H}_2\text{N-[CH}_2]_5\text{-COOH}$ hoặc caprolactam |
| Nylon-6,6 | $(\text{-NH-[CH}_2]_6\text{-NH-CO-[CH}_2]_4\text{-CO-})_n$ | $\text{H}_2\text{N-[CH}_2]_6\text{-NH}_2$ + $\text{HOOC-[CH}_2]_4\text{-COOH}$ |
▸ a) Theo nguồn gốc
| Loại | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Thiên nhiên | Có sẵn trong tự nhiên | Tinh bột, cellulose, protein, cao su thiên nhiên, tơ tằm |
| Tổng hợp | Tổng hợp bằng phản ứng hoá học | PE, PVC, PP, PS, nylon-6,6 |
| Bán tổng hợp | Chế biến từ polymer thiên nhiên | Tơ visco, tơ acetate, cellulose trinitrate |
▸ b) Theo cấu trúc mạch
| Loại | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Mạch không nhánh | Các mắt xích nối thành mạch dài | PE, PVC, amylose |
| Mạch có nhánh | Có nhánh phụ trên mạch chính | Amylopectin, glycogen |
| Mạng không gian | Các mạch nối với nhau thành mạng lưới | Cao su lưu hoá, PPF, nhựa bakelit |
Hầu hết polymer là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định (nóng chảy trong khoảng nhiệt độ khá rộng). Hầu hết không tan trong nước, một số tan trong dung môi hữu cơ.
▸ Phân loại theo tính chất nhiệt
| Loại | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Nhiệt dẻo | Bị nóng chảy khi đun nóng → có thể tái chế | PE, PP, PVC, PS, PET |
| Nhiệt rắn | Không nóng chảy mà bị phân huỷ bởi nhiệt → không tái chế được | PPF, nhựa bakelit |
▸ Một số tính chất cơ học
| Tính chất | Polymer tiêu biểu |
|---|---|
| Tính dẻo | PE, PVC, PP, PS |
| Tính đàn hồi | Polybuta-1,3-diene, polyisoprene (cao su) |
| Tính dai, bền, kéo sợi | Capron, nylon-6,6 (polyamide) |
| Tính cách điện | PE, PVC |
▸ Kí hiệu nhận dạng nhựa tái chế (6 polymer nhiệt dẻo phổ biến)
Polymer tham gia phản ứng hoá học theo 3 hướng chính:
▸ a) Phản ứng cắt mạch
Polymer bị phân cắt thành monomer (hoặc phân tử nhỏ hơn) bởi nhiệt, tác nhân hoá học hoặc sinh học.
▸ b) Phản ứng tăng mạch (lưu hoá cao su)
Khi có điều kiện thích hợp, các mạch polymer nối với nhau thành mạch dài hơn hoặc thành mạng lưới.
▸ c) Phản ứng giữ nguyên mạch
Phản ứng xảy ra ở nhóm thế đính vào mạch hoặc ở liên kết đôi trong mạch, không làm thay đổi chiều dài mạch.
| Loại phản ứng | Đặc điểm | Polymer tiêu biểu |
|---|---|---|
| Cắt mạch | Phân cắt thành monomer / phân tử nhỏ | PS, polyamide, tinh bột, cellulose |
| Tăng mạch | Nối các mạch thành mạng lưới | Cao su (lưu hoá), PPF |
| Giữ nguyên mạch | Phản ứng ở nhóm thế / liên kết đôi | Poly(vinyl acetate), cao su |
▸ a) Phản ứng trùng hợp
Trùng hợp là quá trình kết hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống/tương tự nhau (monomer) thành phân tử lớn (polymer).
Ví dụ trùng hợp vinyl chloride tạo PVC:
▸ b) Phản ứng trùng ngưng
Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều monomer thành polymer, đồng thời giải phóng các phân tử nhỏ (thường là $\text{H}_2\text{O}$).
▸ So sánh trùng hợp & trùng ngưng
| Tiêu chí | Trùng hợp | Trùng ngưng |
|---|---|---|
| Điều kiện monomer | Có liên kết bội hoặc vòng kém bền | Có ≥ 2 nhóm chức phản ứng |
| Sản phẩm phụ | Không có | Có (thường là $\text{H}_2\text{O}$) |
| Phân tử khối polymer | $= n \times$ KLPT monomer | $< n \times$ KLPT monomer |
| Ví dụ | PE, PVC, PP, PS, cao su | Nylon-6,6, capron, PPF |
Liên kết đôi → trùng hợp · ≥ 2 nhóm chức → trùng ngưng
▸ Ứng dụng của polymer
| Nhóm | Ví dụ ứng dụng |
|---|---|
| Chất dẻo | PE (màng bọc, túi), PP (hộp, ống nước), PVC (ống nước, dây điện), PS (hộp xốp), PET (chai nước) |
| Cao su | Cao su lưu hoá (lốp xe, gioăng), cao su tổng hợp (đế giày, băng tải) |
| Tơ sợi | Nylon-6,6 (dây dù, cước), capron (lưới cá), PET (vải may mặc) |
| Keo dán | PPF (ván ép, MDF), poly(vinyl acetate) (keo dán gỗ) |
▸ Dạng 1: Xác định monomer ↔ polymer
▸ Dạng 2: Bài toán hệ số trùng hợp & khối lượng
Trùng hợp: $m_{\text{polymer}} = m_{\text{monomer}} \times H\%$
Trùng ngưng: $m_{\text{polymer}} = m_{\text{monomer}} - m_{\text{H}_2\text{O}}$
| Nội dung | Ghi nhớ |
|---|---|
| Polymer | Hợp chất cao phân tử, gồm nhiều mắt xích nối nhau |
| Danh pháp | Poly + tên monomer (thêm ngoặc nếu tên ≥ 2 cụm) |
| Nhiệt dẻo / nhiệt rắn | Dẻo (tái chế: PE, PP, PVC, PS, PET) · Rắn (không tái chế: PPF) |
| Cắt mạch | Nhiệt phân PS; thuỷ phân polyamide, polysaccharide |
| Tăng mạch | Lưu hoá cao su (cầu $\text{-S-S-}$) |
| Trùng hợp | Monomer có liên kết bội; KHÔNG có sản phẩm phụ |
| Trùng ngưng | Monomer ≥ 2 nhóm chức; CÓ giải phóng $\text{H}_2\text{O}$ |
| Tính khối lượng | TH: $m = m_{\text{mono}} \times H\%$ · TN: $m = m_{\text{mono}} - m_{\text{H}_2\text{O}}$ |
NYLON-6,6 = 6 carbon (diamine) + 6 carbon (diacid)
Trùng hợp = nối liền · Trùng ngưng = nối + tách $\text{H}_2\text{O}$
▸ Một số lỗi thường gặp
| Lỗi sai | Cần nhớ đúng |
|---|---|
| Cho nylon-6,6 điều chế bằng trùng hợp | Nylon-6,6 điều chế bằng trùng ngưng (diamine + diacid) |
| Cho PPF điều chế bằng trùng hợp | PPF điều chế bằng trùng ngưng (phenol + formaldehyde, tách $\text{H}_2\text{O}$) |
| Cho polymer nhiệt rắn tái chế được | Polymer nhiệt rắn (PPF) không tái chế, bị phân huỷ bởi nhiệt |
| Cho dùng hộp xốp PS đựng đồ nóng | PS phân huỷ ở nhiệt độ cao, giải phóng styrene độc → không nên dùng |
| Quên tách $\text{H}_2\text{O}$ khi tính m trùng ngưng | $m_{\text{polymer}} = m_{\text{monomer}} - m_{\text{H}_2\text{O}}$ |
Cùng luyện Bài 12 – Đại cương về Polymer!
27 câu: 21 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
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