Chuyên đề đại cương về kim loại

CHUYÊN ĐỀ POLIME VÀ VẬT LIỆU POLIMEA. LÝ THUYẾTI. 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 mắtxích) liên kết với nhau. 0, ,t XtnA A  n: là hệ số polime hóa hay độ polime hóa. A: gọi là monome.2 Phân loại Theo nguồn gốcPolime thiên nhiên Polime tổng hợp Polime nhân tạo hay bántổng hợpCó nguồn gốc từ thiênnhiên: cao su, xelulozơ,Protein... Do con người tổng hợp nên:polietilen, nhựa phenol-fomanđehit Do chế hóa một phần polimethiên nhiên: xenlulozơtrinitrat, tơ visco,... Theo cách tổng hợpPolime trùng hợp Polime trùng ngưng:Tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp: –CH2 CH2 )n và CH2 CHCl )n Tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng (–HN–[CH2 ]6 –NH–CO–[CH2 ]4 –CO–)n● Theo cấu trúcPolime có mạch khôngphân nhánh Polime có mạchnhánh Polime có cấu trúc mạngkhông gian (PVC, PE, PS, cao su,xenlulozơ,...) (amilopectin,glicogen), (rezit, cao su lưu hóa). Theo ứng dụngChất dẻo Tơ Cao su Keo dánPolietilen (PE) Poli(vinyl clorua) (PVC)Poli(metyl metacrylat) Tơ nilon-6,6Tơ lapsan Tơ nitron (hay olon) Cao su bunaCao su isopren Keo dán epoxi Keo dán ure fomanđehit3. Danh pháp Tên các polime thường được gọi theo công thức: Poli tên monome. Ví dụ CH2 CH2 )n là polietilen C6 H10 O5 )n là polisaccarit,... Nếu tên monome gồm từ trở lên hoặc từ hai monome tạo nên polime thì tênmonome phải để trong ngoặc đơn. Ví dụ CH2 CHCl )n CH2 CH=CH CH2 CH C6 H5 )– 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 (C6 H10 O5 )n :Xenlulozơ ;... II. TÍNH CHẤT 1. Tính chất vật lí Hầu hết các polime là những chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóngchảy xác định mà nóng chảy một khoảng nhiệt độ khá rộng. Đa số polime khi nóng chảy, cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại chúng đượcgọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime không nóng chảy mà bị phân hủy khi đunnóng, gọi là chất nhiệt rắn. Đa số polime không tan trong các dung môi thông thường, một số tan được trongdung môi thích hợp tạo ra dung dịch nhớt, ví dụ cao su tan trong benzen,toluen,... Nhiều polime có tính dẻo (polietilen, polipropilen,...), một số khác có tính đàn hồi(cao su), số khác nữa có thể kéo được thành sợi dai bền (nilon-6, nilon-6,6,..). Có polime trong suốt mà không giòn như poli(metyl metacrylat). Nhiều polime có tính cách điện, cách nhiệt (polietilen, poli(vinyl clorua),...) hoặccó tính bán dẫn (poliaxetilen, polithiophen).2. Tính chất hóa học Polime có thể tham gia phản ứng giữ nguyên mạch, phân cắt mạch và khâu mạch.a. Phản ứng giữ nguyên mạch Các nhóm thế đính vào mạch polime có thể tham gia phản ứng mà không làm thayđổi mạch polime. Ví dụ Poli(vinyl axetat) bị thủy phân cho poli(vinyl ancol) (CH2 CH )n nNaOH ot (CH2 CH)n nCH3 COONa OCOCH3 OH Những polime có liên kết đôi trong mạch có thể tham gia phản ứng cộng vào liênkết đôi mà không làm thay đổi mạch polime. dụ Cao su tác dụng với HCl cho cao su hiđroclo hóa: H2 H3C H2Hn H2 H3 HnC CH2 ln lHb. Phản ứng phân cắt mạch polime Tinh bột, xelulozơ, protein, nilon,...bị thủy phân cách mạch trong môi trường axit,polistiren bị nhiệt phân cho stiren, caosu thiên nhiên bị nhiệt phân cho isopren,... Ví dụ: NH [CH2 ]5 CO )n nH2 ot xt nH2 [CH2 ]5 COOH Polime trùng hợp bị nhiệt phân hay quang phân thành các đoạn nhỏ và cuối cùnglà monome ban đầu, gọi là phản ứng giải trùng hợp hay đepolime hóa. c. Phản ứng khâu mạch polime Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa. cao su lưuhóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu nối Khi đun nóng nhựarezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi cácnhóm CH2 :O HC H2 HO HO HC H2C H2 H2C H2C H2n H2 O1 0C rezol rezit Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khótan 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 tươngtự nhau thành phân tử rất lớn (polime). Điều kiện để monome tham gia phản ứng trùng hợp cần có ít nhất trong yếu tốsau: Trong phân tử phải có liên kết bội (như CH2 =CH2 CH2 =CHC6 H5 CH2 =CH–CH=CH2 Vòng kém bền hoặc chứa liên kết CO-NH: Ví dụ nCH2 CHCl oxt p CH2 CHCl )n vinyl clorua(VC) poli(vinyl clorua) (PVC) CH2 CH2 OCH2 CH2 NHH2Cxt,t0NH[CO2]5CO )nn caprolactam tơ capron Ngoài phản ứng trùng hợp từ chỉ của một loại monome còn có phản ứng đồngtrùng hợp của một hỗn hợp monome gọi là phản ứng đồng trùng hợp. nCH2 CH CH CH2 nCH CH2C6H5to, p, xtCH2 CH CH CH2 CH CH2C6H5n Poli(butađien stiren)2. Phản ứng trùng ngưng Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome)thành phân tử rấtlớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H2 O,...) Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng Các monome tham gia phản ứngtrùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng để tạo đượcliên kết với nhau. Ví dụ: HOCH2 CH2 OH và HOOCC6 H4 COOH H2 N[CH2 ]6 NH2 và HOOC[CH2 ]5 COOH H2 N[CH2 ]5 COOH ;…. Phản ứng trùng ngưng được chia thành loại: Từ monome: nH2N[CH2]5COOHNH[CH2]5COn+ nH2Oxt, to, axit -aminocaproic policaproamit(nilon-6) Từ monome nHOOC C6H4 COOH nHO CH2 CH2 OH CO C6H4 CO CH2 CH2 2nH2Onaxit terephtalicetylen glicolpoli(etylen terephtalat) (lapsan)xt, to, pVẬT LIỆU POLIMEA. LÝ TUYẾTI. CHẤT DẺO 1. Khái niệm Tính dẻo là tính khi bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫngiữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo. 2. Một số polime dùng làm chất dẻo Phản ứng trùng hợpa. Polietilen (PE) nCH2 CH2CH2 CH2xt, to, pnetilenpolietilen(PE) b. Poli(vinyl clorua) (PVC)nCH2 CHClCH2 CHClxt, to, pvinyl cloruapoli(vinyl clorua) (PVC)n PVC là chất vô định hình, cách điện tốt, bền với axit, dùng làm vật liệu điện, ốngdẫn nước, vải che mưa, da giả,..c. Poli stiren (Nhựa PS)CH CH2C6H5CH CH2C6H5xt, to, pnnc. Nhựa PMM (thuỷ tinh hữu cơ plexiglas) Poli(metyl metacrylat) Poli(metyl metacrylat) được điều chế từ metyl metacrylat H3C H3 CC H3C H3nx 0-d. Nhựa PVACH2 CH OCOCH3xt, to, pCH CH2OCOCH3nn Thuỷ phân PVA trong môi trường kiềm thu được poli vinylic:CH2 CHOH+ nNaOH+ nCH3COONatoCH CH2OCOCH3nn Phản ứng trùng ngưngf. Nhựa PPFPoli(phenol fomanđehit) (PPF) có dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit. Nhựa novolac: Nếu dư phenol và xúc tác axit.OHOHCH2n+ nHCHOH+, to+ nH2On Nh ựa rezol: Nếu dư fomanđehit và xúc tác bazơ.OHCH2CH2OHCH2CH2OHCH2...... Nh ựa rezit (nhựa bakelít): Nhựa rezol nóng chảy (150 oC) và để nguội thu đượcnhựa có cấu trúc mạng lưới không gian.OHCH2H2COHCH2CH2OHCH2OHCH2H2CCH2OHCH2CH2OHCH2CH2..................3. Vật liệu compozit Vật liệu compozit là vật liệu gồm polime làm nhựa nền tổ hợp với các vật liệu vôcơ và hữu cơ khác. Các chất nền có thể là nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn. Chất độn có thể là chất sợi (bông, đay, sợi poliamit, amiăng, sợi thủy tinh,...) hoặcchất bột (silicat, bột nhẹ (CaCO3 ), bột “tan” (3MgO.4SiO2 .2H2 O)),...II. TƠ 1. Khái niệm Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định. Trong tơ, những phân tử polime có mạch không phân nhánh xếp song song vớinhau. Polime đó phải rắn, tương đối bền với nhiệt, với các dung môi thông thường,mềm, dai, không độc và có khả năng nhuộm màu.2. Phân loại Tơ được chia làm loại :a. Tơ thiên nhiên (sẵn có trong thiên nhiên) như bông, len, tơ tằm.b. Tơ hóa học (chế tạo bằng phương pháp hóa học): được chia làm nhóm Tơ tổng hợp (chế tạo từ các polime tổng hợp) như các tơ poliamit (nilon, capron),tơ vinylic (vinilon). Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo (xuất phát từ polime thiên nhiên nhưng được chếbiến thêm bằng phương pháp hóa học) như tớ visco, tơ xenlulozơ axetat,...3. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp a. Tơ capron (nilon-6) thuộc tơ poli amitnH2N[CH2]5COOHNH[CH2]5COn+ nH2Oxt, to, pNH[CH2]5COnCH2 CH2 CH2CH2 CH2 NHC Onxt, to, pb.Tơ enang (nilon-7) thuộc tơ poli amitnH2N[CH2]6COOHxt, to, pHN[CH2]6CO nH2Onc. Tơ nilon-6,6: thuộc tơ poli amitnNH2[CH2]6NH2 nHOOC[CH2]4COOH NH[CH2]6NHCO[CH2]4CO 2nH2Oxt, to, pnd. Tơ clorinCH2 CH CH2 CHCH2 CH CH CHClClClClCl+ Cl22+ HClxt, to, pn2n2n2ne. Tơ dacron (lapsan) thuộc tơ poli estenHOOC C6H4 COOH nHO CH2 CH2 OH CO C6H4 CO CH2 CH2 2nH2Onaxit terephtalicetylen glicolpoli(etylen terephtalat) (lapsan)xt, to, pf. Tơ nitron (hay olon, poliacrilonitrin, poli vinyl xianua)nCH2 =CH–CN ot xt (–CH2 –CH(CN)–)n III. CAO SU1. Khái niệm Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi. Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịulực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng. Có hai loại cao su Cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp.2. Cao su thiên nhiên Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su. a. Cấu trúc Cao su thiên nhiên là polime của isopren CH2 –C CH CH2 )n 1500– 15000 CH3 Nghiên cứu nhiều xạ tia cho biết các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau: H2 H3C H2Hn b. Tính chất và ứng dụng Cao su thiên nhiên có tính chất đàn hồi, không đẫn nhiệt và điện, không thấm khí vànước, không tan trong nước, etanol,...nhưng tan trong xăng và benzen. Do có liên kết đôi trong phân tử polime, cao su thiên nhiên có thể tham gia cácphản ứng cộng H2 HCl, Cl2 ,... và đặc biệt có tác dụng với lưu huỳnh cho cao su lưuhóa. Cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dung mốihữu cơ hơn cao su không lưu hóa. Bản chất của quá trình lưu hóa (đun nóng 150 oC hỗn hợp cao su và lưu huỳnh vớitỉ lệ khoảng 97 về khối lượng) là tạo cầu nối đi sunfua –S–S– giữa các mạch phântử cao su làm cho chúng trở thành mạng không gian. onS, t Cao su thô Cao su lưu hóa Sơ đồ lưu hóa cao su Cao su có tính đàn hồi vì mạch phân tử có cấu hình cis, có độ gấp khúc lớn. Bìnhthường, các mạch phân tử này xoắn lại hoặc cuộn tròn vô trật tự. Khi bị kéo căng,các mạch phân tử cao su duỗi ra hơn theo chiều kéo. Khi buông ra các mạch phântử lại trở về hình dạng ban đầu.3. Các loại cao su a. Cao su bunanCH2 =CH CH=CH2 0Na t  2CHCH CH2nCHbuta-1,3-đien (butađien) polibutađien (cao su buna)b. Cao su buna nCH2 CH CH CH2 nCH CH2C6H5to, p, xtCH2 CH CH CH2 CH CH2C6H5nc. Cao su buna nCH2 CH CH CH2 nCH CH2CNto, p, xtCH2 CH CH CH2 CH CH2CNnd. Cao su isopren nCH2 CH CH2CH3CH3CH2 CH CH2nxt, to, ppoliisopren (cao su isopren)2­metylbuta­1,3­dien (isopren)e. Cao su clopren CH2 CH CH2nto, p, xtCH2 CH CH2ClClnf.. Cao su floprennCH2 CH CH2FFCH2 CH CH2nxt, to, pIII. KEO DÁN 1. Khái niệm Keo dán (keo dán tổng hợp hoặc keo dán tự nhiên) là loại vật liệu có khả năng kếtdính hai mảnh vật liệu giống nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệuđược kết dính. Bản chất của keo dán là có thể tạo ra màng hết sức mỏng, bền vững (kết dínhnội) và bám chắc vào hai mảnh vật liệu được dán (kết dính ngoại).2. Phân loại a. Theo bản chất hóa học: có keo dán hữu cơ như hồ tinh bột, keo epoxi,... và keodán vô cơ như thủy tinh lỏng, matit vô cơ (hỗn hợp dẻo của thủy tinh lỏng với các oxitkim loại như ZnO, MnO, Sb2 O3 ,...) b. Theo dạng keo: có keo lỏng (như dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dung dịchcao su trong xăng,...), keo nhựa dẻo (như matit vô cơ, matit hữu cơ, bitum,...) và keodán dạng bột hay bản mỏng (chảy ra nhiệt độ thích hợp và gắn kết hai mảnh vật liệulại khi để nguội).3. Một số loại keo dán tổng hợp thông dụng a. Keo dán epoxi Keo dán epoxi gồm hợp phần : Hợp phần chính là hợp chất hữu cơ chứa nhóm epoxi hai đầu. Hợp phần thứ hai gọi là chất đóng rắn, thường là các “tri amin” như H2 NCH2 CH2 NHCH2 CH2 NH2 Khi cần dán mới trộn thành phần trên với nhau. Các nhóm amin sẽ phản ứng vớicác nhóm epoxi tạo ra polime mạng không gian bền chắc gắn kết vật cần dán lại. Keo dán epoxi dùng để dán các vật liệu kim loại, gỗ thủy tinh, chất dẻo trong cácngành sản xuất ôtô, máy bay, xây đựng và trong đời sống hàng ngày. b. Keo dán ure fomanđehit Keo dán ure fomanđehit được sản xuất từ poli(ure fomanđehit). Poli(ure -fomanđehit) được điều chế từ ure và fomanđehit trong môi trường axit :nNH2 CO NH2 nCH2 oH t nNH2 CO NH CH2 OH ure fomanđehit monometylolureoH t NH CO NH CH2 )n nH2 poli(ure fomanđehit) Khi dùng, phải thêm chất đóng rắn như axit oxalic HOOC COOH, axit lacticCH3 CH(OH)COOH,... để tạo polime mạng không gian, rắn lại, bền với dầu mỡ và một sốdung môi thông dụng. Keo ure fomanđehit dùng để dán các vật liệu bằng gỗ, chấtdẻo.B. BÀI TẬPCâu Hoàn thành thông tin còn thiếu trong bảng sau :Tên gọi Công thức cấu tạoCH2CH2nCHCH2nPolibutađien hay cao su BunaPoli(butađien-stien) hay cao su Buna SPoli(butađien-vinylxianua) hay cao su Buna NPoliacrylonitrinhay poli(vinyl xianua) hay tơ olon hay tơ nitronCH2CHnClCH2CHCOOHnPoli(metyl metacrylat) (PMM)CF2 CF2nPoliisoprenhay cao su isoprenPolicaproamit hay nilon –6 (tơ capron)Nilon (tơ enang)Poli(hexametylen -ađipamit) hay nilon 6,6Poli(etylen terephtalat) hay lapsanOHCH2nCâu c. Đánh dấu vào trống thích hợp trong bảng sau :Tên gọi PHÂN LOẠI POLIME ĐIỀU CHẾThiên nhiên Tổnghợp Nhântạo Trùnghợp TrùngngưngPolietilen (PE)Polistiren (PS)Polibutađien hay cao su BunaPoli(butađien-stien) hay cao su Buna SPoli(butađien-vinylxianua) hay cao su Buna NPoliacrylonitrin hay poli(vinyl xianua) hay tơ olon hay tơ nitronPoli(vinyl clorua) (PVC)Poli(vinyl axetat) (PVA)Poli(metyl metacrylat) (PMM)Poli(tetrafloetilen) (teflon)Poliisoprenhay cao su isoprenPolicaproamit hay nilon (tơ capron)Nilon (tơ enang)Poli(hexametylen -ađipamit) hay nilon 6,6Poli(etylen terephtalat) hay lapsanNhựa novolacTơ tằmTơ viscoTơ xenlulo axetatSợi bôngLen lông cừuCâu Đánh dấu vào trống thích hợp trong bảng sau :Tên gọi Ứng dụng làmChất dẻo Cao su Tơ sợiPolietilen (PE)Polistiren (PS)Polibutađien Poli(butađien-stien) Poli(butađien-vinylxianua) Poliacrylonitrin hay poli(vinyl xianua) Poli(vinyl clorua) (PVC)Poli(vinyl axetat) (PVA)Poli(metyl metacrylat) (PMM)Poli(tetrafloetilen) (teflon)PoliisoprenPolicaproamitPolienatoamitPoli(hexametylen -ađipamit)Poli(etylen terephtalat) Nhựa novolacTơ tằmTơ viscoTơ xenlulo axetatSợi bôngLen lông cừuTRẮC NGHIỆM1. Mức độ nhận biết1. Một loại polime rất bền với nhiệt và axit, được tráng lên "chảo chống dính" là polimecó tên gọi nào sau đây?A. Plexiglas poli(metyl metacrylat) B. Poli(phenol fomanđehit) (PPF) .C. Teflon poli(tetrafloetilen). D. Poli(vinyl clorua) (nhựa PVC).2. Polime nào sau đây không phải là thành phần chính của chất dẻoA. Poliacrilonitrin B. Polistiren. C. Poli metyl metacrylat D.Polietilen .3. Tơ nitron (tơ olon) có thành phần hóa học gồm các nguyên tố làA. C, H, N. B. C, H, N, O. C. C, H. D. C, H, Cl.