Chương 4. Polime và Vật liệu Polime [Thi THPT quốc gia ]

A.Lý thuyết về polime

I. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP

1. Khái niệm

- Là hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn do nhiều đơn vị nhỏ (mắt xích) liên kết với nhau.

- Công thức tổng quát: (A)n trong đó:

+ n: là hệ số trùng hợp, hệ số polime hóa, độ polime hóa.

+ A là mắt xích.

- Tên polime = Poli + tên monome.

2. Phân loại

a. Theo nguồn gốc

- Polime thiên nhiên (có sẵn trong thiên nhiên: tơ tằm, tinh bột, protein, cao su thiên nhiên, xenlulozơ..).

- Polime nhân tạo hay bán tổng hợp (nguyên liệu tổng hợp có sẵn trong tự nhiên: tơ visco, tơ axetat, tơ đồng - amoniac, xenlulozơ trinitrat điều chế từ xenlulozơ).

- Polime tổng hợp (nguyên liệu không có sẵn phải tổng hợp nên).

b. Theo cấu trúc

- Mạch thẳng (hầu hết polime).

- Mạch nhánh (rezol, amilopectin, glicogen…).

- Mạng không gian (rezit hay bakelit, cao su lưu hóa).

Chú ý phân biệt mạch polime chứ không phải mạch cacbon.

c. Theo phương pháp điều chế

* Polime trùng hợp

- Trùng hợp là phản ứng cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau để tạo thành polime.

- Monome tham gia phản ứng trùng hợp phải có chứa liên kết bội hoặc vòng không bền (caprolactam).

* Piolime trùng ngưng

- Trùng ngưng là phản ứng cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau để tạo thành polime đồng thời có giải phóng các phân tử chất vô cơ đơn giản như H2O.

- Điều kiện để monome tham gia phản ứng trùng ngưng: trong phân tử phải có 2 nhóm chức trở lên có khả năng tham gia phản ứng: -OH, -COOH, -NH2 (trừ HCHO và phenol).

II. TÍNH CHẤT CỦA POLIME

1. Tính chất vật lý

Hầu hết là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định, đa số không tan trong dung môi thường.

2. Tính chất hóa học

Tham gia các phản ứng cắt mạch (n giảm), khâu mạch (n tăng) hoặc giữ nguyên mạch.

III. MỘT SỐ POLIME QUAN TRỌNG ĐƯỢC DÙNG LÀM CHẤT DẺO

1. Polietilen (PE)

nCH2=CH2 → (-CH2-CH2-)n

2. Polipropilen (PP)

nCH2=CH-CH3 → (-CH2-CH(CH3)-)n

3. Polimetylmetacrylat (PMM)

nCH2=C(CH3)-COOCH3 → (-CH2-C(CH3)(COOCH3)-)n

4. Polivinyl clorua (PVC)

nCH2=CHCl → (-CH2-CHCl-)n

5. Polistiren (PS)

nC6H5-CH=CH2 → (-CH2-CH(C6H5)-)n

6. Nhựa phenolfomanđehit (nhựa bakelit) PPF

Gồm ba loại novolac, rezol và rezit. Chúng ta thường quan tâm đến novolac

IV. MỘT SỐ LOẠI TƠ TỔNG HỢP THƯỜNG GẶP

1. Nilon-6,6

nH2N-(CH2)6-NH2 + nHOOC-(CH2)4-COOH → (-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-)n + 2nH2O

hexametylenđiamin axit ađipic

2. Tơ capron

Trùng hợp caprolactam thu được tơ capron.

3. Tơ enang

nH2N-(CH2)6-COOH → (-NH-(CH2)6-CO-)n + nH2O

4. Tơ lapsan

nHO-CH2-CH2-OH + nHOOC-C6H4-COOH → -(-O-CH2-CH2-OOC-C6H4-CO-)-n + 2nH2O

etilenglicol axit terephtalic

5. Tơ nitron hay tơ olon

nCH2=CH-CN → (-CH2-CH(CN)-)n

V. MỘT SỐ LOẠI CAO SU

1. Cao su BuNa

nCH2=CH-CH=CH2 → (-CH2-CH=CH-CH2-)n (Na, t0, p)

2. Cao su isopren

nCH2=C(CH3)-CH=CH2 → (-CH2-C(CH3)=CH-CH2-)n (xt, t0, p)

3. Cao su BuNa - N

nCH2=CH-CH=CH2 + nCH2=CH-CN → (-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH(CN)-)n (xt, t0, p)

4. Cao su BuNa - S

nCH2=CH-CH=CH2 + nC6H5-CH=CH2 → (-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH(C6H5)-)n (xt, t0, p)

5. Cao su cloropren

nCH2=CCl-CH=CH2 → (-CH2-CCl=CH-CH2-)n (xt, t0, p)

6. Cao su thiên nhiên

VI. MỘT SỐ LOẠI KEO DÁN

1. Nhựa vá săm

2. Keo epoxi

3. Keo ure-fomandehit

nNH2-CO-NH2 + nCH2O → nNH2-CO-NH-CH2OH → -(-NH-CO-NH-CH2-)-n + nH2O

4. Hồ tinh bột

B.Mối quan hệ M và n trong polime

Các polime thường gặp đều được tạo bởi nhiều mắt xích giống nhau hoặc tương tự nhau liên kết với nhau tạo nên và đều được biểu diễn là (mắt xích)n. Vì vậy trong phần polime có một dạng bài tập đặc trưng là bài toán dựa trên mối quan hệ giữa M, n và cấu tạo của một mắt xích. Cụ thể ta luôn có: M = n. Mmắt xích

Ví dụ: một đoạn mạch xenlulozơ có 1200 mắt xích thì có M = 1200.162 =194400 (ở đây 162 là M của một mắt xích xenlulozơ C6H10O5)

Vấn đề mấu chốt nhất của dạng bài tập này là các bạn phải thuộc cấu tạo của các loại polime thường gặp.

- Với polime trùng hợp thì ta có: Mpolime = n.Mmonome

- Với Polime đồng trùng hợp thì: Mpolime = n.(Mmonome1 + Mmonome2...)

- Với polime trùng ngưng thì: Mpolime = n.(Mmonome - 18)

- Với polime đồng trùng ngưng thì: Mpolime = n.(Mmonome1 + Mmonome2...+ Mnonomex - x.18)

Ví dụ với Caosu Buna - S thì McaosuBuna-S = n.(MC4H6 + MC8H8) ở đây C4H6 và C8H8 là công thức phân tử của Buta-1,3-đien và Stiren.

Với nilon - 6,6 ta có: Mnilon - 6,6 = n.(Mhexametylenđiamin + Maxitađipic - 2.18)

C.Tính chất hóa học của polime

Các polime khác nhau có tính chất hóa học rất khác nhau tùy thuộc vào cấu tạo của polime thậm chí cả cách điều chế nên polime đó. Các phản ứng của polime chủ yếu xảy ra ở nhóm chức hoặc ở các liên kết pi. Dựa vào sự biến đổi số lượng mắt xích trước và sau phản ứng có thể chia thành ba loại phản ứng sau:

1. Phản ứng tăng mạch còn gọi là phản ứng nối mạch, khâu mạch. Phản ứng này làm cho số mắt xích của polime tăng lên. Ví dụ phản ứng của novolac, rezol để tạo thành nhựa rezit; phản ứng lưu hóa cao su... Đây cũng là phản ứng cơ sở xảy ra trong quá trình cơ thể phát triển.

2. Phản ứng giảm mạch làm cho số mắt xích polime giảm. Đây thường là các phản ứng thủy phân mà nhóm chức nằm trên trục nối giữa các mắt xích. Ví dụ như phản ứng thủy phân polieste, poliamit, polipeptit, polisaccarit. Đây là phản ứng xảy ra phổ biến trong quá trình đồng hóa thức ăn.

3. Phản ứng giữ nguyên mạch không làm thay đổi số mắt xích n. Đây thường là phản ứng thế nguyên tử H trong mạch polime, phản ứng cộng vào liên kết pi, hoặc phản ứng ở nhóm chức không nằm trên trục chính của mạch polime kiểu như phản ứng thủy phân polivinylaxetat để tạo ra polivinyl ancol.

D.Điều chế và ứng dụng của polime

Tùy theo loại polime mà các phương pháp điều chế khác nhau. Với polime thiên nhiên chúng ta không phải điều chế mà chỉ cần nuôi trồng, khai thác. Ví dụ: nuôi tằm để lấy tơ, nuôi cừu lấy lông, ... Với polime nhân tạo thường dùng các phản ứng đặc thù như cho xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic để điều chế tơ axetat, tác dụng với CS2 trong NaOH rồi phun vào axit để điều chế tơ visco,...

Với polime tổng hợp thường dùng phản ứng trùng hợp hoặc phản ứng trùng ngưng để điều chế (các bạn xem thêm ở phần lý thuyết về polime nhé).

Các polime có nhiều ứng dụng nhưng chủ yếu trong bốn lĩnh vực là chất dẻo, tơ - sợi, cao su và keo dán.

I. MỘT SỐ POLIME QUAN TRỌNG ĐƯỢC DÙNG LÀM CHẤT DẺO

II. MỘT SỐ LOẠI TƠ TỔNG HỢP THƯỜNG GẶP

1. Nilon-6,6

nH2N-(CH2)6-NH2 + nHOOC-(CH2)4-COOH → (-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-)n + 2nH2O

hexametylenđiamin axit ađipic

2. Tơ capron

Trùng hợp caprolactam thu được tơ capron

3. Tơ enang

nH2N-(CH2)6-COOH → (-NH-(CH2)6-CO-)n + nH2O

4. Tơ lapsan

nHO-CH2-CH2-OH + nHOOC-C6H4-COOH → -(-O-CH2-CH2-OOC-C6H4-CO-)-n + 2nH2O

etilenglicol axit terephtalic

5. Tơ nitron hay tơ olon

nCH2=CH-CN → (-CH2-CH(CN)-)n