Blog

Đại cương về Polymer Chân trời sáng tạo kiến thức trọng tâm cần nhớ

Đại cương về polymer Chân trời sáng tạo là một nội dung quan trọng trong chương trình Hóa học giúp học sinh làm quen với khái niệm polymer, monomer, mắt xích, phản ứng trùng hợp, trùng ngưng cũng như cách phân loại và ứng dụng của các vật liệu polymer trong đời sống.

Polymer xuất hiện ở khắp nơi xung quanh chúng ta từ túi nhựa, chai PET, ống PVC, cao su, sợi tổng hợp đến các polymer tự nhiên như cellulose, tinh bột và protein. Vì vậy việc nắm vững kiến thức đại cương về polymer không chỉ phục vụ học tập mà còn giúp hiểu rõ hơn về các vật liệu được sử dụng hằng ngày.

Bài viết dưới đây sẽ hệ thống những kiến thức trọng tâm trong chủ đề đại cương về polymer Chân trời sáng tạo theo cách ngắn gọn và dễ ghi nhớ.

Polymer là gì?

Polymer là những hợp chất có phân tử khối rất lớn được tạo thành từ nhiều đơn vị cấu trúc nhỏ liên kết lặp lại với nhau.

Những đơn vị cấu trúc lặp lại trong mạch polymer được gọi là mắt xích.

Ví dụ polyethylene – PE có công thức

[-CH2-CH2-]n

Trong đó

  • –CH2–CH2– là mắt xích.
  • n là hệ số polymer hóa.
  • n thường có giá trị rất lớn.

PE được tạo ra từ ethylene

CH2=CH2

Ethylene là monomer còn polyethylene là polymer.

Monomer là gì?

Monomer là phân tử nhỏ có khả năng liên kết với nhiều phân tử giống hoặc khác nó tạo thành polymer.

Ví dụ

Ethylene

CH2=CH2

có thể tham gia phản ứng trùng hợp

nCH2=CH2 → [-CH2-CH2-]n

Sản phẩm thu được là polyethylene.

Một số monomer thường gặp gồm

  • Ethylene.
  • Propylene.
  • Vinyl chloride.
  • Styrene.
  • Tetrafluoroethylene.
  • Methyl methacrylate.

Không phải mọi phân tử nhỏ đều là monomer. Muốn tạo polymer, phân tử cần có cấu tạo phù hợp với phản ứng polymer hóa.

Mắt xích Polymer là gì?

Trong phần đại cương về polymer Chân trời sáng tạo, học sinh cần phân biệt rõ monomer và mắt xích.

Monomer là chất ban đầu tham gia phản ứng.

Mắt xích là phần cấu trúc được lặp đi lặp lại trong mạch polymer sau phản ứng.

Ví dụ đối với polypropylene

Monomer

CH2=CH-CH3

Polymer

[-CH2-CH(CH3)-]n

Mắt xích

–CH2–CH(CH3)–

Khi xác định mắt xích cần nhìn vào phần nằm trong dấu ngoặc của công thức polymer.

Hệ số Polymer hóa là gì?

Hệ số polymer hóa thường ký hiệu là n.

Đây là số lượng mắt xích có trong một phân tử polymer.

Ví dụ

[-CH2-CH2-]n

Nếu n càng lớn thì phân tử polymer càng dài và phân tử khối càng lớn.

Có thể tính gần đúng phân tử khối polymer theo công thức

Mpolymer = n × Mmắt xích

Trong đó

  • Mpolymer là phân tử khối polymer.
  • Mmắt xích là phân tử khối của một mắt xích.
  • n là hệ số polymer hóa.

Đây là dạng bài tập khá phổ biến khi học đại cương về polymer.

Polymer được phân loại như thế nào?

Polymer có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí.

Phân loại theo nguồn gốc

Có thể chia thành ba nhóm.

Polymer thiên nhiên là những polymer có sẵn trong tự nhiên.

Ví dụ

  • Cellulose.
  • Tinh bột.
  • Protein.
  • Cao su thiên nhiên.

Polymer tổng hợp được con người điều chế bằng phản ứng hóa học.

Ví dụ

  • PE.
  • PP.
  • PVC.
  • PS.
  • PTFE.

Polymer bán tổng hợp được tạo thành bằng cách biến đổi hóa học polymer tự nhiên.

Ví dụ có thể gặp là một số dẫn xuất của cellulose.

Phân loại theo cấu trúc mạch

Polymer có thể tồn tại dưới dạng mạch thẳng, mạch phân nhánh hoặc mạng không gian.

Polymer mạch không phân nhánh

Các mắt xích nối thành một chuỗi dài.

Ví dụ có thể gặp ở một số loại polyethylene.

Polymer mạch phân nhánh

Ngoài mạch chính còn có các nhánh polymer.

Cấu trúc phân nhánh có thể ảnh hưởng đến mật độ, độ mềm và nhiều tính chất vật liệu.

Polymer mạng không gian

Các mạch polymer liên kết với nhau bằng liên kết ngang tạo thành mạng ba chiều.

Loại cấu trúc này thường gặp trong nhiều polymer nhiệt rắn.

Phản ứng trùng hợp là gì?

Trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử monomer giống hoặc tương tự nhau thành polymer mà không tạo ra phân tử nhỏ làm sản phẩm phụ.

Monomer tham gia trùng hợp thường có

  • Liên kết đôi C=C.
  • Hoặc vòng có khả năng mở.

Ví dụ

nCH2=CH2 → [-CH2-CH2-]n

Ethylene tạo polyethylene.

Một ví dụ khác

nCH2=CHCl → [-CH2-CHCl-]n

Vinyl chloride tạo polyvinyl chloride – PVC.

Đây là một trong những nội dung quan trọng nhất trong đại cương về polymer Chân trời sáng tạo.

Điều kiện để Monomer tham gia trùng hợp

Trong kiến thức phổ thông, monomer tham gia phản ứng trùng hợp thường phải có cấu tạo thích hợp.

Phổ biến nhất là phân tử có liên kết đôi carbon-carbon.

Ví dụ

CH2=CH2

CH2=CH-CH3

CH2=CHCl

CF2=CF2

Khi phản ứng xảy ra liên kết đôi được mở ra và các phân tử liên kết thành mạch polymer.

Phản ứng trùng ngưng là gì?

Trùng ngưng là quá trình nhiều phân tử monomer liên kết với nhau tạo polymer đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ như nước.

Monomer tham gia trùng ngưng thường phải chứa ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng.

Ví dụ có thể là

  • –COOH.
  • –OH.
  • –NH2.

Một ví dụ điển hình là quá trình tạo polyester từ diol và dicarboxylic acid.

Hai đầu phân tử tiếp tục phản ứng nhiều lần tạo thành chuỗi polymer dài.

Trùng hợp và trùng ngưng khác nhau như thế nào?

Đây là phần học sinh rất dễ nhầm.

Trùng hợp

  • Monomer thường có liên kết đôi hoặc vòng kém bền.
  • Không tạo phân tử nhỏ làm sản phẩm phụ.
  • Ví dụ sản xuất PE, PP, PVC.

Trùng ngưng

  • Monomer thường có ít nhất hai nhóm chức.
  • Có tạo ra các phân tử nhỏ như H2O.
  • Ví dụ sản xuất một số polyester và polyamide.

Có thể nhớ ngắn gọn

Trùng hợp ghép monomer trực tiếp.

Trùng ngưng ghép monomer với tách phân tử nhỏ.

Tính chất vật lý của Polymer

Các polymer có tính chất rất đa dạng nhưng thường có một số đặc điểm chung.

Nhiều polymer

  • Là chất rắn.
  • Không bay hơi.
  • Không có nhiệt độ sôi xác định như các chất phân tử nhỏ.
  • Khó tan hay không tan trong nước.
  • Có thể tan trong một số dung môi phù hợp.
  • Có khả năng cách điện.
  • Có độ bền cơ học khác nhau.

Tính chất cụ thể phụ thuộc vào

  • Cấu trúc mạch.
  • Phân tử khối.
  • Mức độ kết tinh.
  • Liên kết giữa các mạch.
  • Phụ gia.

Polymer nhiệt dẻo là gì?

Polymer nhiệt dẻo là những polymer mềm ra hoặc nóng chảy khi gia nhiệt và cứng lại khi làm nguội.

Ví dụ

  • PE.
  • PP.
  • PVC.
  • PS.
  • PET.

Nhờ đặc tính này, polymer nhiệt dẻo có thể được tạo hình bằng nhiều phương pháp như ép phun, ép đùn và thổi chai.

Nhiều loại nhựa nhiệt dẻo cũng có khả năng tái chế bằng phương pháp cơ học.

Polymer nhiệt rắn là gì?

Polymer nhiệt rắn sau khi được đóng rắn tạo thành mạng liên kết không gian tương đối bền.

Khi tiếp tục đun nóng mạnh polymer nhiệt rắn thường không nóng chảy trở lại mà có thể bị phân hủy.

Ví dụ thường gặp

  • Nhựa phenol-formaldehyde.
  • Một số loại epoxy.
  • Melamine-formaldehyde.

Do cấu trúc mạng không gian nên vật liệu nhiệt rắn thường có độ cứng cả độ ổn định hình dạng tương đối cao.

Một số Polymer phổ biến cần nhớ

Khi học đại cương về polymer Chân trời sáng tạo, học sinh nên ghi nhớ một số polymer quan trọng.

Polyethylene PE

Monomer

CH2=CH2

Polymer

[-CH2-CH2-]n

Ứng dụng túi, màng, chai, bao bì.

Polypropylene PP

Monomer

CH2=CH-CH3

Polymer

[-CH2-CH(CH3)-]n

Ứng dụng hộp nhựa, đồ gia dụng, bao bì, sợi.

Polyvinyl Chloride PVC

Monomer

CH2=CHCl

Polymer

[-CH2-CHCl-]n

Ứng dụng ống nhựa, cửa, dây điện, vật liệu xây dựng.

Polystyrene PS

Monomer là styrene.

PS được sử dụng trong bao bì, vật liệu xốp và nhiều sản phẩm nhựa khác.

PTFE

PTFE được tạo thành từ tetrafluoroethylene

nCF2=CF2 → [-CF2-CF2-]n

Polymer này nổi bật với khả năng chịu nhiều hóa chất và hệ số ma sát thấp.

Polymer có vai trò gì trong đời sống?

Polymer là nền tảng của rất nhiều vật liệu hiện đại.

Chúng được sử dụng trong

  • Bao bì.
  • Xây dựng.
  • Điện tử.
  • Ô tô.
  • Dệt may.
  • Y tế.
  • Đồ gia dụng.
  • Sơn và keo.
  • Cao su.
  • Vật liệu composite.

Không chỉ polymer tổng hợp, các polymer thiên nhiên như cellulose, tinh bột và protein cũng giữ vai trò quan trọng đối với sinh vật.

Polymer và vấn đề môi trường

Một trong những vấn đề lớn liên quan đến polymer là chất thải nhựa.

Nhiều loại nhựa tổng hợp có thời gian phân hủy tương đối dài trong môi trường.

Do đó việc sử dụng polymer cần đi kèm với

  • Hạn chế sản phẩm dùng một lần khi có thể.
  • Thu gom đúng cách.
  • Phân loại nhựa.
  • Tăng khả năng tái sử dụng.
  • Tái chế vật liệu phù hợp.
  • Phát triển polymer có nguồn nguyên liệu và vòng đời bền vững hơn.

Hiểu về polymer cũng giúp người dùng sử dụng vật liệu nhựa có trách nhiệm hơn.

Cách học Đại cương về Polymer Chân trời sáng tạo dễ nhớ

Khi học nội dung này có thể chia kiến thức thành 5 phần chính

Thứ nhất nhớ khái niệm polymer, monomer, mắt xích và hệ số polymer hóa.

Thứ hai Phân biệt polymer thiên nhiên tổng hợp và bán tổng hợp.

Thứ ba Phân biệt trùng hợp và trùng ngưng.

Thứ tư Học các monomer và polymer quan trọng như PE, PP, PVC, PS, PTFE.

Thứ năm Liên hệ tính chất với ứng dụng thực tế.

Học theo mối liên hệ giữa monomer → phản ứng → polymer → tính chất → ứng dụng sẽ giúp ghi nhớ dễ hơn việc học từng công thức riêng lẻ.

Đại cương về polymer Chân trời sáng tạo cung cấp những kiến thức nền tảng về hợp chất cao phân tử từ khái niệm polymer, monomer, mắt xích đến cách phân loại, phản ứng trùng hợp với trùng ngưng.

Polymer là hợp chất có phân tử khối rất lớn gồm nhiều mắt xích liên kết với nhau. Chúng có thể có nguồn gốc tự nhiên như cellulose, tinh bột, protein hay được tổng hợp nhân tạo như PE, PP, PVC và PS.