Tóm tắt Lý thuyết Hóa 12 Chương 4

A. Tính chất của Polime: Tính chất hóa học, vật lí, Cấu tạo, Phân loại

I. Khái niệm, phân loại và danh pháp

1. Khái niệm

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

Các phân tử ban đầu tạo nên từng mắc xích của polime gọi là monome.

Ví dụ: Polietilen (–CH₂ – CH₂–)_n thì –CH₂–CH₂– là mắc xích; n là hệ số trùng hợp.

- Chỉ số n gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa n càng lớn thì phân tử khối của polime càng cao.

2. Phân loại: có thể chia thành 3 loại

- Dựa vào nguồn gốc:

+ Polime thiên nhiên như cao su, xelulozơ...

+ Polime tổng hợp như polietilen, nhựa phenol-fomanđehit.

+ Polime nhân tạo hay bán tổng hợp như xenlulozơ trinitrat, tơ visco ...

- Dựa vào cách tổng hợp:

+ Polime trùng hợp được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp: (–CH₂–CH₂–)_n và (–CH₂–CHCl–)_n

+ Polime trùng ngưng được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng: (–HN–[CH₂]₆–NH–CO–[CH₂]₄–CO–)_n

- Dựa vào cấu trúc:

+ Polime có mạch không phân nhánh (PVC, PE, PS, cao su, xenlulozơ, tinh bột...)

+ Polime có mạch nhánh (amilopectin, glicogen)

+ Polime có cấu trúc mạng không gian (rezit, cao su lưu hóa).

3. Danh pháp

- Tên của các polime được cấu tạo bằng cách ghép từ poli trước tên monome.

Ví dụ: (–CH₂–CH₂–)_n là polietilen và (–C₆H₁₀O₅–)_n là polisaccarit,...

- Nếu tên monome gồm 2 từ trở lên hoặc từ hai monome tạo nên polime thì tên monome phải để trong ngoặc đơn.

Ví dụ: (–CH₂–CHCl– )_n; (–CH₂–CH=CH–CH_n–CH(C₆H₅)–CH₂–)_n

        poli(vinyl clorua)                     poli(butađien - stiren)

- Một số polime có tên riêng (tên thông thường).

Ví dụ: (–CF₂–CF₂–)_n: Teflon; (–NH–[CH₂]₅–CO–)_n: Nilon-6; (C₆H₁₀O₅)_n: Xenlulozơ;...

II. Tính chất vật lý

- Polime là những chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định, không nóng chảy cho chất lỏng nhớt, để nguội rắn lại (chất nhiệt dẻo).

- Hầu hết polime không tan trong nước.

- Một số polime có tính dẻo, một số có tính đàn hồi, một số dai, bền, có thể kéo sợi.

III. Tính chất hóa học

1. Phản ứng giữ nguyên mạch polime

- Các nhóm thế đính vào mạch polime có thể tham gia phản ứng mà không làm thay đổi mạch polime.

Poli (vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:

- Những polime có liên kết đôi trong mạch có thể tham gia phản ứng cộng vào liên kết đôi mà không làm thay đổi mạch polime.

Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl:

2. Phản ứng phân cắt mạch polime

- Phản ứng thủy phân polieste:

- Phản ứng thủy phân polipeptit hoặc poliamit:

- Phản ứng thủy phân tinh bột, xenlulozơ

- Phản ứng nhiệt phân polistiren

3. Phản ứng khâu mạch polime

* Sự lưu hóa cao su:

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa. Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu –S–S– (cầu đisunfua)

* Nhựa rezit (nhựa bakelit):

Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH₂– (nhóm metylen)

Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch.

IV. Điều chế

Có thể điều chế polime bằng phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng

1. Phản ứng trùng hợp

- Trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome), giống nhau hay tương tự nhau thành phân tử rất lớn (polime)

- Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp phải có là:

+ Liên kết bội.

Ví dụ: CH₂ = CH₂, CH₂ = CH–C₆H₅+ Hoặc vòng kém bền

Ví dụ:

* Phân loại:

- Trùng hợp chỉ từ một loại monome tạo homopolime.

Ví dụ:

- Trùng hợp mở vòng.

Ví dụ:

- Trùng hợp từ hai hay nhiều loại monome (gọi là đồng trùng hợp) tạo copolime. Ví dụ:

2. Phản ứng trùng ngưng

- Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) thành phân tử rất lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H₂O, ...)

- Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng: Các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng để tạo được liên kết với nhau.

Ví dụ:

B. Vật liệu Polime: chất dẻo, tơ, cao su, keo dán

I. Chất dẻo

1. Khái niệm

    - Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo.

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

2. Một số polime dùng làm chất dẻo

a. Polietilen (PE)

PE là chất dẻo mềm, nóng chảy ở nhiệt độ lớn hơn 110^oC, có tính trơ tương đối của ankan mạch dài, dùng làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng, ...

b. Poli (vinyl clorua) (PVC)

PVC là chất vô định hình, cách điện tốt, bền với axit, dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, vải che mưa, da giả, ...

c. Poli (metyl metacrylat)

+ Poli(metyl metacrylat) có đặc tính trong suốt cho ánh sáng truyền qua tốt (trên 90%) nên được dùng để chế tạo thủy tinh hữu cơ plexiglas.

+ Poli(metyl metacrylat) được điều chế từ metyl metacrylat bằng phản ứng trùng hợp:

d. Poli (phenol - fomanđehit) (PPF)

PPF có 3 dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit.

 - Nhựa novolac:

+ Nhựa novolac là chất rắn, dễ nóng chảy, dễ tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất vecni, sơn,...

+ Đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xúc tác axit được nhựa novolac (mạch không phân nhánh)

- Nhựa rezol:

+ Nhựa rezol là chất rắn, dễ nóng chảy, dễ trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất sơn, keo và nhựa rezit,...

+ Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1: 1,2 với xúc tác là kiềm ta được nhựa rezol (mạch không phân nhánh) nhưng có một số nhóm –CH₂OH còn tự do ở vị trí số 4 hoặc 2 của nhân phenol:

- Nhựa rezit:

+ Đun nóng nhựa rezol ở 150^oC được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấu trúc mạng lưới không gian

+ Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng sản xuất đồ điện, vỏ máy ...

II. Tơ

1. Khái niệm

Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định

2. Phân loại

Loại tơ		Nguồn gốc	Ví dụ
Tơ tự nhiên		Có sẵn trong thiên nhiên, được sử dụng trực tiếp	Bông, len, tơ tằm
Tơ hóa học	Tơ tổng hợp	Polime được tổng hợp bằng phản ứng hóa học	Tơ poliamit (nilon, capron), tơ vinylic (nitron, vinilon), tơ lapsan...
	Tơ bán tổng hợp hay nhân tạo	Chế biến polime thiên nhiên bằng phương pháp hóa học	Tơ visco, tơ xenlulozo axetat...

3. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a. Tơ nilon-6,6

+ Tơ nilon-6,6 thuộc loại tơ poliamit vì các mắt xích nối với nhau bằng các nhóm amit –CO–NH–

+ Tơ nilon-6,6 có tính dai bền, mềm mại óng mượt, ít thấm nước, giặt mau khô nhưng kém bền với nhiệt, với axit và kiềm.

+ Nilon-6,6 được điều chế từ hexametylen điamin H₂N[CH₂]₆NH₂ và axit ađipit (axit hexanđioc):

+ Tơ nilon-6,6 cũng như nhiều loại tơ poliamit khác được dùng để dệt vải may mặc, vải lót săm lốp xe, dệt bít tất, bện làm dây cáp, dây dù, đan lưới,...

b. Tơ lapsan

+ Tơ lapsan rất bền về mặt cơ học, bền đới với nhiệt, axit, kiềm hơn nilon, được dùng đề dệt vải may mặc.

+ Tơ lapsan thuộc loại tơ polieste được tổng hợp từ axit terephtalic và etylen glicol.

c. Tơ nitron (hay olon)

+ Tơ nitron dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt nên thường được dùng để dệt vải may quần áo hoặc bện thành sợi len đan áo rét.

+ Tơ nitron thuộc loại tơ vinylic được tổng hợp từ vinyl xianua (hay acrilonitrin) nên được gọi poliacrilonitrin:

III. Cao su

1. Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi

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

2. Phân loại

Có hai loại cao su: Cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp.

a. Cao su thiên nhiên

Cao su thiên nhiên là polime của isopren:

n = 1500 – 15000

b. Cao su tổng hợp

+ Cao su buna

    • Cao su buna chính là polibutađien tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp buta-1,3-đien có mặt Na:

    • Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên.

 Lưu ý:

    • Khi đồng trùng hợp buta-1,3-đien với stiren C₆H₅CH=CH₂ có mặt Na ta được cao su buna-S có tính đàn hồi cao.

    • Khi đồng trùng hợp buta-1,3-đien với acrilonitrin CNCH=CH₂ có mặt Na, ta được cao su buna-N có tính chống dầu cao.

+ Cao su isopren

    • Khi trùng hợp isopren có hệ xúc tác đặc biệt, ta được poliisopren gọi là cao su isopren:

    • Các polime này đều có đặc tính đàn hồi nên được gọi là cao su cloropren và cao su floropren. Chúng bền với dầu mỡ hơn cao su isopren.

IV. Keo dán

1. Khái niệm

    - Keo dán là loại vật liệu có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu giống nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính.

    - Bản chất của keo dán là có thể tạo ra màng hết sức mỏng, bền vững (kết dính nội) và bám chắc vào hai mảnh vật liệu được dán (kết dính ngoại).

2. Phân loại

    - Theo bản chất hóa học: có keo dán hữu cơ như hồ tinh bột, keo epoxi,... và keo dán vô cơ như thủy tinh lỏng, matit vô cơ (hỗn hợp dẻo của thủy tinh lỏng với các oxit kim loại như ZnO, MnO, Sb₂O₃ ...)

    - Theo dạng keo: có keo lỏng (như dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dung dịch cao su trong xăng ...), keo nhựa dẻo (như matit vô cơ, matit hữu cơ, bitum,...) và keo dán dạng bột hay bản mỏng (chảy ra ở nhiệt độ thích hợp và gắn kết hai mảnh vật liệu lại khi để nguội).

Một số phản ứng hóa học thường gặp

1. Nhựa

a. Nhựa PE

b. Nhựa PVC

c. Nhựa PS

d. Nhựa PVA

Thuỷ phân PVA trong môi trường kiềm thu được poli vinylic:

e. Nhựa PMM (thuỷ tinh hữu cơ - plexiglas)

f. Nhựa PPF

    Poli (phenol - fomanđehit) (PPF) có 3 dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit.

- Nhựa novolac: Nếu dư phenol và xúc tác axit.

 - Nhựa rezol: Nếu dư fomanđehit và xúc tác bazơ.

 - Nhựa rezit (nhựa bakelít): Nhựa rezol nóng chảy (150^oC) và để nguội thu được nhựa có cấu trúc mạng lưới không gian.

2. Cao su

a. Cao su buna

b. Cao su isopren

c. Cao su buna – S

d. Cao su buna – N

e. Cao su clopren

f. Cao su flopren

3. Tơ

a. Tơ capron (nilon-6)

b. Tơ enang (nilon-7)

c. Tơ nilon-6,6

d. Tơ clorin

e. Tơ dacron (lapsan)

f. Tơ nitron (hay olon)

C. Các phản ứng hóa học quan trọng của Polime

1. Nhựa

a. Nhựa PE

b. Nhựa PVC

c. Nhựa PS

d. Nhựa PVA

    Thuỷ phân PVA trong môi trường kiềm thu được poli vinylic:

e. Nhựa PMM (thuỷ tinh hữu cơ - plexiglas)

f. Nhựa PPF

Poli(phenol - fomanđehit) (PPF) có 3 dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit.

- Nhựa novolac: Nếu dư phenol và xúc tác axit.

- Nhựa rezol: Nếu dư fomanđehit và xúc tác bazơ.

- Nhựa rezit (nhựa bakelít): Nhựa rezol nóng chảy (150^oC) và để nguội thu được nhựa có cấu trúc mạng lưới không gian.

2. Cao su

a. Cao su buna

b. Cao su isopren

c. Cao su buna – S

d. Cao su buna – N

e. Cao su clopren

f. Cao su flopren

3. Tơ

a. Tơ capron (nilon-6)

b. Tơ enang (nilon-7)

c. Tơ nilon-6,6

d. Tơ clorin

e. Tơ dacron (lapsan)

f. Tơ nitron (hay olon)