Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Chương 1: Những khái niệm cơ bản về hợp chất polymer
1.1 Lịch sử phát triển ngành polymer
Các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn gọi là hợp chất cao phân tử
hay polymer, đã được hình thành trong thiên nhiên từ những ngày đầu tồn tại của
trái đất. thí dụ : xenlulôzơ ( thành phần chủ yếu của thực vật), protit ( thành phần chủ
yếu của tế bào sống)…
Từ thời xa xưa người ta biết sử dụng sợi bông, sợi tơ tầm, sợi len để làm
quần áo. Người ái cập cổ xưa biết sử dụng giấy polymer để viết thư cho đến khi tìm
ra được phương pháp điều chế hợp chất cao phân tử khác là giấy
Năm 1833, Gay lussac tổng hợp được polyester khi đun nóng acid lactic,
Braconot điều chế được Nitroxenlolozơ bằng phương pháp chuyển hoá đồng dạng.
Từ đó mở ra thời kỳ mới, thời kỳ tổng hợp polymer bằng phương pháp hoá học và đi
sâu vào nghiên cứu cấu trúc của polymer thiên nhiên.
Đến cuối thế kỹ 19 và đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứu hợp chất polymer được
phát triển mạnh mẻ.
Nhờ những thành tựu của khoa học kỹ thuật người ta đã áp dụng những
phương pháp vật lý hiện đại để nghiên cứu cấu trúc polymer và đưa ra kết luận:
− Hợp chất polymer là tổ hợp của các phân tử có độ lớn khác nhau về cấu
trúc và thành phần đơn vị cấu trúc monomer trong mạch phân tử
− Các nguyên tử hình thành mạch chính của phân tử lớn có thể tồn tại ở
dạng sợi và có thể dao động xung quanh liên kết hoá trị, làm thay đổi cấu dạng của
đại phân tử.
− Tính chất của polymer phụ thuộc vào khối lượng phân tử, cấu trúc thành
phần hoá học của phân tử, cũng như sự tương tác của các phân tử.
− Dung dịch polymer là một hệ bền nhiệt động học, không khác với dung dịch
của hợp chất thấp phân tử, nhưng lực tổ hợp và solvate hoá lớn ngay trong dung
dịch loãng
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đã thúc đẩy sự phát triển
mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi của các hợp chất polymer.
Thí dụ: cao su là vật liệu không thể thiếu trong ngành giao thông vận tải
Trang 2
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiHóa học hóa lý polymer
nhựa Polyethylene (PE) , polypropylene (PP), PS, ABS… mà sản phẩm gia dụng của
nó không thể thiếu trong sinh hoạt hàng ngày .Polyester không no, epoxy, PF, UF …
là nhựa nền cho vật liệu composite. Hơn thế nửa có thể tổng hợp được polymer tinh
thể lỏng ứng dụng làm màng hình tinh thể lỏng…
1.2 Khái niệmcơ bản
− Polymer: là hợp chất cao phân tử chứa nhiều nhóm nguyên tử liên kết với
nhau bằng liên kết hoá.
− Monomer: là nhựng hợp chất cơ bản ban đầu để chuyển hoá thành polymer.
− Olygome: polyme khối lượng phân tử thấp (hợp chất trung gian), chưa mang
những đặc trưng tính chất như polyme. Sự phân biệt giữa oligome và
polyme không rõ ràng, tuy nhiên oligome không có sự thay đổi rõ ràng với
những tính chất quan trọng.
− Mắc xích cơ sở: là những nhóm nguyên tử lặp đi lặp lại trong phân tử
polymer
− Đoạn mạch: là một giá trị trọng lượng của các mắc xích liền nhau sao cho
sự dịch chuyển của mắc xích liền sau đó không phụ thuộc vào mắc xích ban
đầu
− Nhóm cuối: là nhóm nguyên tử đặc trưng nằm ở cuối mạch polymer. Những
olygomer hoạt động có chứa nhóm cuối có khả năng tham gia phản ứng
trùng hợp, thường được dùng để tổng hợp copolyme và polymer không
gian.
− Độ trùng hợp (n): biểu thị số mác xích cơ sở có trong đại phân tử của
polymer
Mm
n =
M: khối lượng phân tử trung bình của Polymer
m : khối lượng phân tử của mắc xích
− Khối lượng phân tử của polymer
Khối lượng phân tử trung bình số Mn
∑∑
=
i
i
i
i i
n
M N
N
M
Mi : khối lượng phân tử của mạch i
Ni : số phân tử có khối lượng Mi có trong hệ
Trang 3Hóa học hóa lý polymer
Khối lượng phân tử trung bình số thể hiện phần số học các mạch hiện diện
trong hổn hợp.
Khối lượng phân tử trung bình khối Mw
= ∑
i
i i
i i
i
M N
M N
W
:
WiPhần khối lượng của mạch phân tử có độ trùng hợp i
=∑
i
Mw WiMi
− Khối lượng trung bình khối là tổng khối lượng các thành phần tính trung bình
theo phần khối lượng của từng loại mạch có độ trùng hợp khác nhau.
− Chỉ số đa phân tán IP : đặc trưng cho độ phân tán của mẫu polymer
w n
P
M M
I =
+ IP = 1 đồng nhất về độ trùng hợp trong toàn mẫu polymer (điều này
không có thực)
+ IP > 1 : mẫu polymer có độ đa phân tán , IP càn lớn mẫu càng phân tán
+ Thí dụ : Trong cao su tổng hợp Ip = 2 trong khi đó cao su thiên
nhiên có độ đa phân tán tương đương 5.
1.3 Danh pháp
Danh pháp của polymer chủ yếu dựa vào tên của monomer, hợp chất tổng hợp
thành polymer và có thêm vào phía trước tử “poly”.
Thí dụ Ethylene ( polyethylene)
Propylene ( polypropylene)
Polyester được hình thành từ phản ứn của di – alcol và di – acid
1.4 Phân loại
Polymer được phân loại theo nhiều cách khác nhau
− Phân loại theo nguồn gốc: polymer thiên nhiên ( cao su, celluclose, tinh
bột, protide…), polymer tổng hợp
− Phân loại theo thành phần hoá học của mạch chính của polymer
+ Polymer mạch carbon: mạch phân tử được cấu thành từ nguyên tử
carbon. Polymer này được hình thành từ các olyfine hay các dẫn xuất của
hydrocarbon
+ Polymer dị mạch: mạch chính được hình thành từ carbon và các nguyên
tố phổ biến như : S, O, N, P…
Trang 4
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiHóa học hóa lý polymer
+ Polymer vô cơ: mạch chính của polymer không phải là carbon
− Phân loại theo cấu trúc mạch phân tử
+ Polymer không phân nhánh: - - - - A – A – A – A- - - -
+ Polymer phân nhánh
+ Polymer mạch có cấu trúc không gian
1.5 Sự khác nhau giữa hợp chất cao phân tử và hợp chất thấp phân tử
Về quan điểm hoá học: hợp chất cao phân tử không khác gì so với hợp chất
thấp phân tử. nhưng các hợp chất cao phân tử có kích lớn, cồng kềnh khó dịch
chuyển chính vì thế khả năng phản ứng của các nhóm chức là chậm so với nhóm
chức của hợp chất thấp phân tử
Sự khác nhau cơ bản giữa hợp chất cao phân tử và thấp phân tử là tính chất
vật lý. Các polymer có khối lượng phân tử lớn, lực tương tác giữa các phân tử lớn
cho nên nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ khối cao hơn hợp chất thấp phân tử nhất
là đối với polymer có tính phân cực lớn.
Dung dịch polymer có độ nhớt cao, ngay cả trong dung dịch loãng của
polymer độ nhớt cũng cao hơn độ nhớt của dung dịch đặc của hợp chất thấp phân
tử. Khi hoà tan polymer vào dung môi thì quá trình hoà tan thường chậm và phải qua
giai đoạn trung gian là trương lên trước sau đó mới hoà tan. Thậm chí có những
polymer không tan trong dung môi nào.
Các sợi, màng polymer có độ bền cơ học khác nhau, khác với hợp chất thấp
phân tử, đặc biệt phụ thuộc vào hình dạng, cấu trúc và bản chất phân bố tương hổ
của các phân tử và nhiệt độ. Khi có ngoại lực tác dụng thì các hợp chất cao phân tử
không biến dạng hoàn toàn ngay như hợp chất thấp phân tử mà phải trải qua thời
gian nhất định. Thời gian này càng dài nếu nhiệt độ thấp. ở một số polymer như cao
su sự biến dạng thuận nghịch gấp hang nghìn lần so với hợp chất thấp phân tử.
Trang 5Hóa học hóa lý polymer
1.6 Cấu tạo cấu trúc polymer
Polyme là những phân tử mạch lớn, cấu tạo từ nhiều nhóm hoá học có thành
phần giống nhau hay khác nhau. Các nhóm hoá học này được gọi là mắt xích. Các
mắt xích sắp xếp trong mạch theo một trình tự đều đặn hay không đều đặn, có thể
phân nhánh hay có cấu tạo mạng lưới và cấu tạo không gian bất kỳ. Phân tử mạch
dài có mức độ đối xứng lớn. Chiều dài rất lớn so với nhiều ngang, chúng uốn khúc
hay cuộn rối. Sỡ dĩ có hiện tượng này là do chuyển động quay nội tại của phân tử
do mạch quá dài và do độ có cực quyết định độ mềm của mạch.
1.6.1Tính bất đẳng hướng.
Khi tác dụng ngoại lực lên mẫu theo hai hướng khác nhau, lực tác dụng theo
chiều dọc cần lớn thì mẫu mới bị biến dạng hay bị đứt. Trong khi đó hướng lực
tác dụng ngang nhỏ nhưng mẫu đã bị biến dạng (hay bị đứt) . Hiện tượng không
đồng nhất về tính chất của polymer gọi là tính bất đẳng hướng.
Sở dĩ có tính chất đó là do các phân tử định hướng, sắp xếp theo chiều của
ngoại lực tác dụng. Muốn làm biến dạng theo chiều dọc các phân từ cần tác
dụng lực rất lớn tác động lên mối nối hoá học và gốc hoá trị. Như vậy có nghĩa là độ
bền theo chiều dọc phân tử khá lớn.
Muốn làm biến dạng theo chiều ngang các phân tử chỉ cần dùng một lực
thắng được lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử. Năng lượng liên kết này bé
hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết của các mối nối hoá học, do vậy độ bền
cũng kém hơn.
Hiện tượng bất đẳng hướng có thể thấy rõ nhất ở tính chất của sợi.
1.6.2Tính có cực của polymer
Những polymer mà phân tử có các mối nối có cực không đối xứng với nhau,
là những polymer có cực ( lưỡng cực). Các phân tử không có mối nối có cực hoặc
có những sắp xếp đối xứng và cân bằng với nhau gọi là các polyme không cực.
Mối nối giữa các nguyên tử là có cực khi sự phân bố mật độ các đám mây
điện tử do mối nối tạo ra không đối xứng. Ví dụ trong phân tử HF, mật độ đám mây
điện tử ở nguyên tử F lớn hơn nguyên tử H.
Mức độ có cực được đánh giá bằng đại lượng mômen lưỡng cực (μo).
Moment lưỡng cực bằng tích số đại lượng điện tích q và khoảng cách giữa các điện
tích :
μo = q.l
Trang 6
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiC C
H
H H
H
5,1A0
CH2 CH2
CH2
CH2
CH2
C C
CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
C CH2 CH2 C
C
CH
CH
CH
CH3
CH3 CH3
8,16A0
Hóa học hóa lý polymer
Khoảng cách giữa các điện tích càng lớn, thì moment lưỡng cực càng lớn và
phân tử càng có cực. Sự dịch chuyển của điện tử từ không thể vượt khỏi kích thước
phân tử và vào khoảng 10-8cm.
Các polymer cấu tạo theo loại hydrocacbon đều không có cực, ví dụ như:
polyetylen, polypropylen…các loại có cực lớn như rượu polyvinylic, tinh bột…vì
chúng chứa nhiều nhóm có cực mạnh OH.
Tuy nhiên, sự có mặt các nhóm có cực trong phân tử không phải luôn luôn thể
hiện được mức độ có cực của phân tử. Nếu các mối nối có cực trong phân tử sắp
xếp đối xứng thì điện trường của chúng bù trừ lẫn nhau, nên mômen lưỡng cực của
phân tử bằng 0. Như thế mức độ có cực của polymer có thể xác định được theo độ
có cực của nhóm có trong thành phần polymer, nhưng phải tính đến cách sắp xếp
của các nhóm này torng không gian có đối xứng hay không và phải tính đến mật độ
phân bố của chúng dọc theo mạch.
1.6.3Hình thái cấu tạo và hình thái sắp xếp.
Hình thái cấu tạo: trong một mạch polymer dài có thể có các hình thái cấu tạo
khác nhau. Ví dụ như polyisopren có hai hình thái cấu tạo bền vững:
Cấu tạo trans – guttapersa:
Hình 1.1 : cấu tạo trans-guttapersa
Hình 1.2 : cấu tạo cis-cao su thiên nhiên
Trang 7H CH3 CH3 H CH3 H H CH3
H CH3 H CH3 H CH3 H CH3
Hóa học hóa lý polymer
Một ví dụ khác là polypropylen cũng có hai hình thái cấu tạo bền vững là isotactic và
syndiotactic :
Hình 1.3 : Cấu tạo Isotactic
Cấu tạo loại syn diotactic có dạng sau (dạng đối xứng) :
Hình 1.4 : Cấu tạo Syndiotactic
Muốn biến đổi từ trạng thái trans sang trạng thái cis hay từ trạng thái
isotactic sang trạng thái sindiotactic không thể bằng cách quay nội tại trong phân tử,
vì trong cấu tạo của hai polyme này đều có gốc R tương đối lớn, chúng sẽ làm cản
trở sự quay của phân tử.
Muốn thắng sức cản này, cần cung cấp một năng lượng rất lớn. Do đó
hai dạng hình thái cấu tạo trên không thể biến đổi lẫn nhau được.
Như vậy : hình thái cấu tạo là sự sắp xếp các nguyên tử trong không gian
theo những vị trí cố định ứng với cấu tạo hoá học xác định.
Hình thái sắp xếp : là sự thay đổi vị trí các nguyên tử trong không gian và
năng lượng của phân tử do chuyển động nhiệt làm xuất hiện sự quay nội tại trong
phân tử. Trong trường hợp này không làm đứt các liên kết hoá học.
Tóm lại : hình thái cấu tạo của polymer là hình thái bền vững, không thể biến
đổi lẫn nhau được. Còn hình thái sắp xếp là do chuyển động nhiệt làm cho các nhóm
nguyên tử hay mắt xích trong phân tử luôn luôn thay đổi vị trí trong không gian.
1.6.4Tính mềm dẻo của mạch polymer
Các tính chất vật lý của hợp chất cao phân tử thường phụ thuộc vào cấu tạo
hoá học của chúng. Mối quan hệ giữa tính chất vật lý và cấu tạo hoá học của polyme
Trang 8
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiHóa học hóa lý polymer
rất phức tạp. Muốn hiểu được quan hệ này, trước tiên chúng ta cần xét đến độ mềm
dẻo của mạch cao phân tử.
Nguyên nhân chính làm cho mạch polyme mềm dẻo là từ sự quay nội tại của
các phần tử riêng lẻ trong phân tử. Ngoài ra còn do kích thước của mạch polyme
không cân đối _ nghĩa là chiều dài của mạch rất lớn so với chiều ngang.
Sự quay nội tại trong phân tử là hiện tượng quay của một phần tử tương ứng
với phần tử khác trong phân tử.
Xét sự quay nội tại trong phân tử polyme đơn giản, độc lập, các nguyên tử
cacbon chỉ kết hợp với nhau bằng liên kết δ.
Giả thuyết rằng các mắt xích của mạch ở trạng thái chuyển động nhiệt, nghĩa
là một mắt xích có thể quay tương đối với mắt xích bên cạnh. Khi góc quay hoá trị
trong mạch không cố định và sự quay của liên kết δ là tự do. Như thế các mắt xích
có thể chiếm các hình thái sắp xếp bất kỳ, nghĩa là có độ uốn khúc cực đại.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Chương 1: Những khái niệm cơ bản về hợp chất polymer
1.1 Lịch sử phát triển ngành polymer
Các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn gọi là hợp chất cao phân tử
hay polymer, đã được hình thành trong thiên nhiên từ những ngày đầu tồn tại của
trái đất. thí dụ : xenlulôzơ ( thành phần chủ yếu của thực vật), protit ( thành phần chủ
yếu của tế bào sống)…
Từ thời xa xưa người ta biết sử dụng sợi bông, sợi tơ tầm, sợi len để làm
quần áo. Người ái cập cổ xưa biết sử dụng giấy polymer để viết thư cho đến khi tìm
ra được phương pháp điều chế hợp chất cao phân tử khác là giấy
Năm 1833, Gay lussac tổng hợp được polyester khi đun nóng acid lactic,
Braconot điều chế được Nitroxenlolozơ bằng phương pháp chuyển hoá đồng dạng.
Từ đó mở ra thời kỳ mới, thời kỳ tổng hợp polymer bằng phương pháp hoá học và đi
sâu vào nghiên cứu cấu trúc của polymer thiên nhiên.
Đến cuối thế kỹ 19 và đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứu hợp chất polymer được
phát triển mạnh mẻ.
Nhờ những thành tựu của khoa học kỹ thuật người ta đã áp dụng những
phương pháp vật lý hiện đại để nghiên cứu cấu trúc polymer và đưa ra kết luận:
− Hợp chất polymer là tổ hợp của các phân tử có độ lớn khác nhau về cấu
trúc và thành phần đơn vị cấu trúc monomer trong mạch phân tử
− Các nguyên tử hình thành mạch chính của phân tử lớn có thể tồn tại ở
dạng sợi và có thể dao động xung quanh liên kết hoá trị, làm thay đổi cấu dạng của
đại phân tử.
− Tính chất của polymer phụ thuộc vào khối lượng phân tử, cấu trúc thành
phần hoá học của phân tử, cũng như sự tương tác của các phân tử.
− Dung dịch polymer là một hệ bền nhiệt động học, không khác với dung dịch
của hợp chất thấp phân tử, nhưng lực tổ hợp và solvate hoá lớn ngay trong dung
dịch loãng
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đã thúc đẩy sự phát triển
mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi của các hợp chất polymer.
Thí dụ: cao su là vật liệu không thể thiếu trong ngành giao thông vận tải
Trang 2
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiHóa học hóa lý polymer
nhựa Polyethylene (PE) , polypropylene (PP), PS, ABS… mà sản phẩm gia dụng của
nó không thể thiếu trong sinh hoạt hàng ngày .Polyester không no, epoxy, PF, UF …
là nhựa nền cho vật liệu composite. Hơn thế nửa có thể tổng hợp được polymer tinh
thể lỏng ứng dụng làm màng hình tinh thể lỏng…
1.2 Khái niệmcơ bản
− Polymer: là hợp chất cao phân tử chứa nhiều nhóm nguyên tử liên kết với
nhau bằng liên kết hoá.
− Monomer: là nhựng hợp chất cơ bản ban đầu để chuyển hoá thành polymer.
− Olygome: polyme khối lượng phân tử thấp (hợp chất trung gian), chưa mang
những đặc trưng tính chất như polyme. Sự phân biệt giữa oligome và
polyme không rõ ràng, tuy nhiên oligome không có sự thay đổi rõ ràng với
những tính chất quan trọng.
− Mắc xích cơ sở: là những nhóm nguyên tử lặp đi lặp lại trong phân tử
polymer
− Đoạn mạch: là một giá trị trọng lượng của các mắc xích liền nhau sao cho
sự dịch chuyển của mắc xích liền sau đó không phụ thuộc vào mắc xích ban
đầu
− Nhóm cuối: là nhóm nguyên tử đặc trưng nằm ở cuối mạch polymer. Những
olygomer hoạt động có chứa nhóm cuối có khả năng tham gia phản ứng
trùng hợp, thường được dùng để tổng hợp copolyme và polymer không
gian.
− Độ trùng hợp (n): biểu thị số mác xích cơ sở có trong đại phân tử của
polymer
Mm
n =
M: khối lượng phân tử trung bình của Polymer
m : khối lượng phân tử của mắc xích
− Khối lượng phân tử của polymer
Khối lượng phân tử trung bình số Mn
∑∑
=
i
i
i
i i
n
M N
N
M
Mi : khối lượng phân tử của mạch i
Ni : số phân tử có khối lượng Mi có trong hệ
Trang 3Hóa học hóa lý polymer
Khối lượng phân tử trung bình số thể hiện phần số học các mạch hiện diện
trong hổn hợp.
Khối lượng phân tử trung bình khối Mw
= ∑
i
i i
i i
i
M N
M N
W
:
WiPhần khối lượng của mạch phân tử có độ trùng hợp i
=∑
i
Mw WiMi
− Khối lượng trung bình khối là tổng khối lượng các thành phần tính trung bình
theo phần khối lượng của từng loại mạch có độ trùng hợp khác nhau.
− Chỉ số đa phân tán IP : đặc trưng cho độ phân tán của mẫu polymer
w n
P
M M
I =
+ IP = 1 đồng nhất về độ trùng hợp trong toàn mẫu polymer (điều này
không có thực)
+ IP > 1 : mẫu polymer có độ đa phân tán , IP càn lớn mẫu càng phân tán
+ Thí dụ : Trong cao su tổng hợp Ip = 2 trong khi đó cao su thiên
nhiên có độ đa phân tán tương đương 5.
1.3 Danh pháp
Danh pháp của polymer chủ yếu dựa vào tên của monomer, hợp chất tổng hợp
thành polymer và có thêm vào phía trước tử “poly”.
Thí dụ Ethylene ( polyethylene)
Propylene ( polypropylene)
Polyester được hình thành từ phản ứn của di – alcol và di – acid
1.4 Phân loại
Polymer được phân loại theo nhiều cách khác nhau
− Phân loại theo nguồn gốc: polymer thiên nhiên ( cao su, celluclose, tinh
bột, protide…), polymer tổng hợp
− Phân loại theo thành phần hoá học của mạch chính của polymer
+ Polymer mạch carbon: mạch phân tử được cấu thành từ nguyên tử
carbon. Polymer này được hình thành từ các olyfine hay các dẫn xuất của
hydrocarbon
+ Polymer dị mạch: mạch chính được hình thành từ carbon và các nguyên
tố phổ biến như : S, O, N, P…
Trang 4
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiHóa học hóa lý polymer
+ Polymer vô cơ: mạch chính của polymer không phải là carbon
− Phân loại theo cấu trúc mạch phân tử
+ Polymer không phân nhánh: - - - - A – A – A – A- - - -
+ Polymer phân nhánh
+ Polymer mạch có cấu trúc không gian
1.5 Sự khác nhau giữa hợp chất cao phân tử và hợp chất thấp phân tử
Về quan điểm hoá học: hợp chất cao phân tử không khác gì so với hợp chất
thấp phân tử. nhưng các hợp chất cao phân tử có kích lớn, cồng kềnh khó dịch
chuyển chính vì thế khả năng phản ứng của các nhóm chức là chậm so với nhóm
chức của hợp chất thấp phân tử
Sự khác nhau cơ bản giữa hợp chất cao phân tử và thấp phân tử là tính chất
vật lý. Các polymer có khối lượng phân tử lớn, lực tương tác giữa các phân tử lớn
cho nên nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ khối cao hơn hợp chất thấp phân tử nhất
là đối với polymer có tính phân cực lớn.
Dung dịch polymer có độ nhớt cao, ngay cả trong dung dịch loãng của
polymer độ nhớt cũng cao hơn độ nhớt của dung dịch đặc của hợp chất thấp phân
tử. Khi hoà tan polymer vào dung môi thì quá trình hoà tan thường chậm và phải qua
giai đoạn trung gian là trương lên trước sau đó mới hoà tan. Thậm chí có những
polymer không tan trong dung môi nào.
Các sợi, màng polymer có độ bền cơ học khác nhau, khác với hợp chất thấp
phân tử, đặc biệt phụ thuộc vào hình dạng, cấu trúc và bản chất phân bố tương hổ
của các phân tử và nhiệt độ. Khi có ngoại lực tác dụng thì các hợp chất cao phân tử
không biến dạng hoàn toàn ngay như hợp chất thấp phân tử mà phải trải qua thời
gian nhất định. Thời gian này càng dài nếu nhiệt độ thấp. ở một số polymer như cao
su sự biến dạng thuận nghịch gấp hang nghìn lần so với hợp chất thấp phân tử.
Trang 5Hóa học hóa lý polymer
1.6 Cấu tạo cấu trúc polymer
Polyme là những phân tử mạch lớn, cấu tạo từ nhiều nhóm hoá học có thành
phần giống nhau hay khác nhau. Các nhóm hoá học này được gọi là mắt xích. Các
mắt xích sắp xếp trong mạch theo một trình tự đều đặn hay không đều đặn, có thể
phân nhánh hay có cấu tạo mạng lưới và cấu tạo không gian bất kỳ. Phân tử mạch
dài có mức độ đối xứng lớn. Chiều dài rất lớn so với nhiều ngang, chúng uốn khúc
hay cuộn rối. Sỡ dĩ có hiện tượng này là do chuyển động quay nội tại của phân tử
do mạch quá dài và do độ có cực quyết định độ mềm của mạch.
1.6.1Tính bất đẳng hướng.
Khi tác dụng ngoại lực lên mẫu theo hai hướng khác nhau, lực tác dụng theo
chiều dọc cần lớn thì mẫu mới bị biến dạng hay bị đứt. Trong khi đó hướng lực
tác dụng ngang nhỏ nhưng mẫu đã bị biến dạng (hay bị đứt) . Hiện tượng không
đồng nhất về tính chất của polymer gọi là tính bất đẳng hướng.
Sở dĩ có tính chất đó là do các phân tử định hướng, sắp xếp theo chiều của
ngoại lực tác dụng. Muốn làm biến dạng theo chiều dọc các phân từ cần tác
dụng lực rất lớn tác động lên mối nối hoá học và gốc hoá trị. Như vậy có nghĩa là độ
bền theo chiều dọc phân tử khá lớn.
Muốn làm biến dạng theo chiều ngang các phân tử chỉ cần dùng một lực
thắng được lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử. Năng lượng liên kết này bé
hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết của các mối nối hoá học, do vậy độ bền
cũng kém hơn.
Hiện tượng bất đẳng hướng có thể thấy rõ nhất ở tính chất của sợi.
1.6.2Tính có cực của polymer
Những polymer mà phân tử có các mối nối có cực không đối xứng với nhau,
là những polymer có cực ( lưỡng cực). Các phân tử không có mối nối có cực hoặc
có những sắp xếp đối xứng và cân bằng với nhau gọi là các polyme không cực.
Mối nối giữa các nguyên tử là có cực khi sự phân bố mật độ các đám mây
điện tử do mối nối tạo ra không đối xứng. Ví dụ trong phân tử HF, mật độ đám mây
điện tử ở nguyên tử F lớn hơn nguyên tử H.
Mức độ có cực được đánh giá bằng đại lượng mômen lưỡng cực (μo).
Moment lưỡng cực bằng tích số đại lượng điện tích q và khoảng cách giữa các điện
tích :
μo = q.l
Trang 6
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiC C
H
H H
H
5,1A0
CH2 CH2
CH2
CH2
CH2
C C
CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
C CH2 CH2 C
C
CH
CH
CH
CH3
CH3 CH3
8,16A0
Hóa học hóa lý polymer
Khoảng cách giữa các điện tích càng lớn, thì moment lưỡng cực càng lớn và
phân tử càng có cực. Sự dịch chuyển của điện tử từ không thể vượt khỏi kích thước
phân tử và vào khoảng 10-8cm.
Các polymer cấu tạo theo loại hydrocacbon đều không có cực, ví dụ như:
polyetylen, polypropylen…các loại có cực lớn như rượu polyvinylic, tinh bột…vì
chúng chứa nhiều nhóm có cực mạnh OH.
Tuy nhiên, sự có mặt các nhóm có cực trong phân tử không phải luôn luôn thể
hiện được mức độ có cực của phân tử. Nếu các mối nối có cực trong phân tử sắp
xếp đối xứng thì điện trường của chúng bù trừ lẫn nhau, nên mômen lưỡng cực của
phân tử bằng 0. Như thế mức độ có cực của polymer có thể xác định được theo độ
có cực của nhóm có trong thành phần polymer, nhưng phải tính đến cách sắp xếp
của các nhóm này torng không gian có đối xứng hay không và phải tính đến mật độ
phân bố của chúng dọc theo mạch.
1.6.3Hình thái cấu tạo và hình thái sắp xếp.
Hình thái cấu tạo: trong một mạch polymer dài có thể có các hình thái cấu tạo
khác nhau. Ví dụ như polyisopren có hai hình thái cấu tạo bền vững:
Cấu tạo trans – guttapersa:
Hình 1.1 : cấu tạo trans-guttapersa
Hình 1.2 : cấu tạo cis-cao su thiên nhiên
Trang 7H CH3 CH3 H CH3 H H CH3
H CH3 H CH3 H CH3 H CH3
Hóa học hóa lý polymer
Một ví dụ khác là polypropylen cũng có hai hình thái cấu tạo bền vững là isotactic và
syndiotactic :
Hình 1.3 : Cấu tạo Isotactic
Cấu tạo loại syn diotactic có dạng sau (dạng đối xứng) :
Hình 1.4 : Cấu tạo Syndiotactic
Muốn biến đổi từ trạng thái trans sang trạng thái cis hay từ trạng thái
isotactic sang trạng thái sindiotactic không thể bằng cách quay nội tại trong phân tử,
vì trong cấu tạo của hai polyme này đều có gốc R tương đối lớn, chúng sẽ làm cản
trở sự quay của phân tử.
Muốn thắng sức cản này, cần cung cấp một năng lượng rất lớn. Do đó
hai dạng hình thái cấu tạo trên không thể biến đổi lẫn nhau được.
Như vậy : hình thái cấu tạo là sự sắp xếp các nguyên tử trong không gian
theo những vị trí cố định ứng với cấu tạo hoá học xác định.
Hình thái sắp xếp : là sự thay đổi vị trí các nguyên tử trong không gian và
năng lượng của phân tử do chuyển động nhiệt làm xuất hiện sự quay nội tại trong
phân tử. Trong trường hợp này không làm đứt các liên kết hoá học.
Tóm lại : hình thái cấu tạo của polymer là hình thái bền vững, không thể biến
đổi lẫn nhau được. Còn hình thái sắp xếp là do chuyển động nhiệt làm cho các nhóm
nguyên tử hay mắt xích trong phân tử luôn luôn thay đổi vị trí trong không gian.
1.6.4Tính mềm dẻo của mạch polymer
Các tính chất vật lý của hợp chất cao phân tử thường phụ thuộc vào cấu tạo
hoá học của chúng. Mối quan hệ giữa tính chất vật lý và cấu tạo hoá học của polyme
Trang 8
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiHóa học hóa lý polymer
rất phức tạp. Muốn hiểu được quan hệ này, trước tiên chúng ta cần xét đến độ mềm
dẻo của mạch cao phân tử.
Nguyên nhân chính làm cho mạch polyme mềm dẻo là từ sự quay nội tại của
các phần tử riêng lẻ trong phân tử. Ngoài ra còn do kích thước của mạch polyme
không cân đối _ nghĩa là chiều dài của mạch rất lớn so với chiều ngang.
Sự quay nội tại trong phân tử là hiện tượng quay của một phần tử tương ứng
với phần tử khác trong phân tử.
Xét sự quay nội tại trong phân tử polyme đơn giản, độc lập, các nguyên tử
cacbon chỉ kết hợp với nhau bằng liên kết δ.
Giả thuyết rằng các mắt xích của mạch ở trạng thái chuyển động nhiệt, nghĩa
là một mắt xích có thể quay tương đối với mắt xích bên cạnh. Khi góc quay hoá trị
trong mạch không cố định và sự quay của liên kết δ là tự do. Như thế các mắt xích
có thể chiếm các hình thái sắp xếp bất kỳ, nghĩa là có độ uốn khúc cực đại.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links