Polime: Chi Tiết Khái Niệm, Cấu Tạo, Tính Chất Và ứng Dụng - Monkey

Khái niệm polime là gì?

Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn, được tạo nên bởi nhiều mắt xích liên kết với nhau. Những mắt xích này là được kết nối với nhau thông qua các liên kết cộng hóa trị - hai phân tử hoặc nhiều hơn hai sẽ được kết nối lại với nhau, chúng có chung một cặp electron. 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 mắt xích; n là hệ số trùng hợp.

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

Polime có nhiều trong tự nhiên, ví dụ điển hình là những chất hóa học cơ bản như: DNA và RNA. Bên cạnh đó, có các loại polime tự nhiên khác quen thuộc xung quanh ta như lụa, tóc, móng tay, móng chân, xenlulozo, và protein… Bên cạnh đó, chúng còn có nguồn gốc từ khí tự nhiên hoặc than đá, dầu thô.

Polime có những cách phân loại nào?

Hiện nay, polime được chia thành nhiều loại khác nhau, dựa vào nguồn gốc, cách tổng hợp và đặc điểm cấu trúc.

Dựa vào nguồn gốc

Dựa vào nguồn gốc, polime được chia thành hai loại chính: Polime có nguồn gốc tự nhiên và polime tổng hợp.

• Polime có nguồn gốc từ thiên nhiên như cao su, xenlulozơ…

• Polime tổng hợp do con người tổng hợp nên như polietilen, nhựa phenol-fomanđehit.

• Ngoài ra, polime nhân tạo (hay được gọi là bán tổng hợp) được lấy từ polime thiên nhiên và chế hóa thành polime mới như xenlulozơ trinitrat, tơ visco ...

Dựa vào cách tổng hợp

Dựa vào cách tổng hợp, polime được chia thành hai loại chính như sau:

• 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:

Bên cạnh đó, polime còn được phân loại dựa vào đặc điểm cấu trúc.

• Polime có mạch không phân nhánh, ví dụ như: PVC, PE, PS, cao su, xenlulozơ, tinh bột...

• Polime có mạch nhánh, ví dụ như amilopectin, glicogen.

• Polime có cấu trúc mạng không gian, ví dụ như rezit, cao su lưu hóa.

Đặc điểm cấu trúc polime

Phân tử polime được cấu tạo bởi nhiều mắt xích liên kết với nhau.

Ví dụ:

Các mắt xích này liên kết với nhau tạo thành mạch thẳng hoặc mạch nhánh. Mạch phân tử polime có thể liên kết với nhau bằng cầu nối là các nhóm nguyên tử, tạo ra mạng không gian.

Ví dụ:

Mạch thẳng (mạch không phân nhánh). Ví dụ: polietilen, amilozơ…

Mạch phân nhánh. Ví dụ: amilopectin, glicogen…

Mạch mạng lưới (mạng không gian). Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…

Phần lớn các polime thường là chất rắn, không bay hơi, không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường.

Tính chất vật lý Polime

Tính chất vật lý của polime nổi bật nhất là: Nó tồn tại ở dạng chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định (thường nóng chảy ở một khoảng nhiệt độ khá rộng). Khi nóng chảy, đa số polime tạo ra chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại và được gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime khác không nóng chảy khi đun mà bị phân hủy ngay, được gọi là chất nhiệt rắn.

Hầu hết các loại polime không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường. Chỉ một số polime tan được trong dung môi thích hợp cho dung dịch nhớt, ví dụ như polibutadien tan trong benzen.

Nhiều polime có tính dẻo (polietilen, polipropilen…), một số có tính đàn hồi (polibutađien, poliisopren…) và một số có thể kéo thành sợi dai bền (nilon-6, xenlulozo,...). Có polime trong suốt mà không giòn, nhiều polime có tính cách điện, cách nhiệt (polietilen, poli(vinyl clorua),...) hoặc bán dẫn (polianilin, polithiophen,...)

Tính chất hóa học của polime

Polime có thể tham gia được với ba phản ứng như phân cắt mạch, phản ứng giữ nguyên mạch và phản ứng tăng mạch cacbon. Ba phản ứng này quyết định tính chất hóa học của polime.

• Phản ứng phân cắt mạch: Polime có nhóm chức trong mạch rất dễ bị thủy phân. Polime trùng hợp sẽ bị nhiệt phân ở mức nhiệt độ xác định để tạo ra các đoạn ngắn, cuối cùng sẽ tạo thành monome ba đầu. Phản ứng nhiệt phân polime thành các monome được gọi là phản ứng giải trùng hợp hay depolime hóa. Một số polime bị oxi hóa cắt mạch.

• Phản ứng giữ nguyên mạch: Các polime có liên kết đôi ở trong mạch hoặc các nhóm chức ngoại mạch thì có thể trực tiếp tham gia vào các phản ứng đặc trưng của liên kết đôi cũng như nhóm chức đó.

• Phản ứng tăng mạch: Khi ở điều kiện thích hợp (nhiệt độ, chất xúc tác..),các mạch polime có thể kết nối với nhau để hình thành nên mạch dài hơn hoặc tạo thành các mạng lưới, chẳng hạn như các phản ứng lưu hóa chuyển cao su thành cao su lưu hóa, chuyển nhựa rezol thành nhựa rezit,... Trong công nghệ, phản ứng nối các mạch polime với nhau tạo thành mạng không gian, gọi là phản ứng khâu mạch polime.

Xem thêm:

• Tìm hiểu về protein: Thành phần, tính chất và cấu tạo
• Saccarozo: Chi tiết lý thuyết + bài tập thực hành và đáp án

Phản ứng điều chế polime

Người ta điều chế polime bằng phản ứng trùng hợp hoặc phản ứng trùng ngưng.

Phản ứng trùng hợp

Phản ứng 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 là trong phân tử phải có liên kết bội hoặc là vòng kém bền có thể mở ra.

• Liên kết bội

Ví dụ: CH2 = CH2, CH2 = CH–C6H5

• Vòng kém bền

Ví dụ:

Phản ứng trùng ngưng

Phản ứng 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...). Nói cách khác, trùng ngưng là quá trình ngưng tụ nhiều phân tử nhỏ thành phân tử lớn. Để xảy ra phản ứng này, các monome tham gia phản ứng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng để tạo được liên kết với nhau.

Ví dụ:

Ứng dụng của polime trong đời sống, sản xuất

Trong đời sống, polime đóng một vai trò khá quan trọng trong nhiều lĩnh vực và các ngành nghề khác nhau. Hợp chất này được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dệt may, bao bì, văn phòng phẩm, nhựa, máy bay, xây dựng, đồ chơi…. Ba ứng dụng nổi bật nhất của polime trong đời sống và sản xuất đó là làm chất dẻo, tơ và ca su.

Chất dẻo

Chất dẻo là một loại vật liệu có tính dẻo, được chế tạo từ polime. Bên cạnh polime, thành phần của nó có thể có một số chất khác như: Chất hóa dẻo (làm tăng tính dẻo, thuận lợi cho gia công sản phẩm), chất độn làm tăng độ bền cơ học, tăng chịu nước, chịu nhiệt), chất phụ gia tạo màu, tạo mùi, tăng độ bền đối với môi trường).

Chất dẻo có nhiều ưu điểm như nhẹ, bền, cách điện, cách nhiệt, dễ gia công, nhiều màu sắc... Hiện nay, chất dẻo đã thay thế kim loại, sành sứ, thủy tinh trong nhiều lĩnh vực.

Tơ

Tơ là những polime thiên nhiên hay polime tổng hợp có cấu tạo mạch thẳng và có thể kéo dài thành sợi. Dựa vào nguồn gốc và quá trình chế tạo, tơ được phân loại thành tơ thiên nhiên (có sẵn trong tự nhiên như tơ tằm, sợi bông, sợi đay), và tơ hóa học - được chế biến từ polime thiên nhiên hoặc các chất đơn giản.

Tơ hóa học được ưa chuộng hơn tơ thiên nhiên vì nó có nhiều ưu điểm như bền, đẹp, dễ giặt, phơi nhanh khô.

Cao su

Cao su là polime thiên nhiên hay polime tổng hợp có tính đàn hồi. Người ta cũng phân chia cao su thành 2 loại: cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp. Trong đó, phổ biến nhất là cao su buna. Cao su được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế như sản xuất các loại lốp xe, vỏ bọc dây điện, áo mưa, áo lặn…

Ưu điểm nổi bật của cao su là tính đàn hồi, không thấm nước, không thấm khí, chịu mài mòn và cách điện.

Bài tập về polime SGK Hóa học 9 kèm lời giải chi tiết nhất

Cùng vận dụng những lý thuyết cơ bản của polime bên trên để thực hành một số bài tập SGK Hóa 9 sau.

Bài tập 1 (trang 165 SGK Hóa 9)

Chọn câu đúng nhất trong các câu sau:

a) Polime là những chất có phân tử khối lớn.

b) Polime là những chất có phân tử khối nhỏ.

c) Polime là những chất có phân tử khối rất lớn do nhiều loại nguyên tử liên kết với nhau tạo nên.

d) Polime là những chất có phân tử khối rất lớn do nhiều mắt xích liên kết với nhau tạo nên.

Gợi ý đáp án:

Đáp án đúng: d.

Bài tập 2 (trang 165 SGK Hóa 9)

Hãy chọn những từ và cụm từ thích hợp rồi điền vào các chỗ trống:

a) Polime thường là chất ... không bay hơi.

b) Hầu hết các polime đều ... trong nước và các dung môi thông thường.

c) Các polime có sẵn trong thiên nhiên gọi là polime ... còn các polime do con người tổng hợp ra từ các chất đơn giản gọi là polime ...

d) Polietilen và poli(vinyl clorua) là loại polime ... còn tình bột và xenlulozơ là loại polime ...

Gợi ý đáp án:

Các cụm thích hợp là:

a) Polime thường là chất rắn không bay hơi.

b) Hầu hết các polime đều không tan trong nước và các dung môi thông thường.

c) Các polime có sẵn trong thiên nhiên gọi là polime thiên nhiên còn các polime do con người tổng hợp ra từ các chất đơn giản gọi là polime tổng hợp.

d) Polietilen và poli(vinyl clorua) là loại polime tổng hợp còn tinh bột và xenlulozơ là loại polime thiên nhiên.

Bài tập 3 (trang 165 SGK Hóa 9)

Trong các phân tử polime sau: polietilen, xenlulozơ, tinh bột (aminopectin), ppli(vinyl clorua), những phân tử polime nào có cấu tạo mạch giống nhau? Hãy chỉ rõ loại mạch của các phân tử polime đó.

Gợi ý đáp án:

Phân tử polime có cấu tạo mạch thằng: Polietilen, poli(vinyl clorua), xenlulozơ, phân tử polime có cấu tạo mạch nhánh: tinh bột (aminopectin).

Bài tập 5 (trang 165 SGK Hóa 9)

Khi đốt cháy một loại polime chỉ thu được khí CO2 và hơi nước với tỉ lệ số mol CO2 : số mol H2O = 1 : 1.

Hỏi polime trên thuộc loại nào trong số các polime sau: Polietilen, poli (vinyl clorua), tinh bột, protein? Tại sao?

Gợi ý đáp án:

Khi đốt cháy một loại polime cho số mol CO2 bằng số mol H2O thì polime đó là polietilen.

Poli (vinyl clorua), protein khi đốt cháy sẽ có sản phẩm khác ngoài CO2, H2O. Tinh bột đốt cháy cho tỉ lệ số mol CO2 : số mol H2O khác nhau.

Như vậy, bài viết trên đây đã cung cấp cho bạn một cách chi tiết những kiến thức quan trọng về polime như khái niệm, cấu tạo, tính chất và ứng dụng của nó trong đời sống. Hy vọng bài viết sẽ giúp bạn có thêm thật nhiều thông tin bổ ích. Đừng quên chia sẻ bài viết và truy cập website của Monkey mỗi ngày để cập nhập thêm nhiều bài học thú vị khác.