Polime là gì? Phân loại và tính chất của Polime

Trong thế giới vật liệu hiện đại, polime đóng vai trò cực kỳ quan trọng, từ việc tạo ra các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày đến ứng dụng trong ngành công nghiệp công nghệ cao. Nhưng polime thực sự là gì? Chúng được phân loại như thế nào và có những tính chất gì nổi bật? Bài viết này BTEC FPT sẽ cùng bạn hiểu rõ hơn về khái niệm polime, các loại polime khác nhau và các đặc điểm nổi bật của chúng.

Polime là gì?

Polime, một loại hợp chất hóa học đặc biệt, được cấu tạo từ các phân tử có trọng lượng phân tử cao, liên kết với nhau thành chuỗi dài thông qua các liên kết cộng hóa trị. Mỗi khối xây dựng cơ bản của Polime, được gọi là monome, kết hợp với nhau để tạo nên một chuỗi phân tử dài và phức tạp.

Ví dụ điển hình của Polime là Polietilen, với công thức cấu tạo là (–CH2 – CH2–)n. Trong đó, "–CH2 – CH2–" đại diện cho các mắt xích cơ bản, và "n" chỉ số lượng lần lặp lại của chuỗi, còn được gọi là hệ số trùng hợp. Hệ số trùng hợp càng lớn, độ Polime hóa càng cao, và trọng lượng phân tử của Polime càng tăng.

Ví dụ :

Polietilen  (–CH2 – CH2–)n  do các mắt xích –CH2–CH2– liên kết với nhau.

n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa.

CH2 = CH2 được gọi là monome.

Polime là gì

Đặc điểm cấu trúc của Polime

Các phân tử Polime hiện được cấu thành từ các mắt xích có mối liên kết với nhau. Những mắt xích sẽ kết nối với nhau và thiết lập mạch nhánh hoặc mạch không phân nhánh. Mạch phân tử của Polime sẽ kết nối với nhau qua những nhóm nguyên tử và từ đó thiết lập ra mạng không gian 

1. Đơn vị lặp lại (Monome)

• Polime được hình thành từ các đơn vị cấu trúc nhỏ gọi là monome. Khi các monome này kết hợp lại thông qua phản ứng polyme hóa, chúng tạo thành chuỗi dài.
• Ví dụ, polyethylene được hình thành từ monome etylene.

2. Dạng mạch

• Mạch thẳng: Polime có cấu trúc mạch thẳng được tạo thành từ các monome liên kết với nhau theo một chuỗi liên tục. Ví dụ: polyethylene.
• Mạch nhánh: Có các nhánh gắn trên chuỗi chính, làm cho cấu trúc trở nên phức tạp hơn. Ví dụ: polystyrene.
• Mạng ba chiều: Các monome liên kết với nhau để tạo thành một cấu trúc mạng phức tạp. Điều này thường xảy ra trong các polime nhiệt rắn, như bakelite.

3. Trọng lượng phân tử

• Polime có trọng lượng phân tử rất lớn, có thể từ vài nghìn đến hàng triệu đơn vị monome. Điều này làm cho chúng có nhiều tính chất khác biệt so với các phân tử nhỏ hơn.

4. Cấu trúc không gian

• Polime có thể có cấu trúc không gian phức tạp với nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm dạng hình ống, dạng xoắn hoặc dạng mạng. Cấu trúc này ảnh hưởng đến tính chất cơ học và nhiệt của polime.

5. Tính đối xứng

• Một số polime có cấu trúc đối xứng, trong khi những polime khác không. Tính đối xứng có thể ảnh hưởng đến tính chất quang học và tính chất cơ học của polime.

6. Liên kết hóa học

• Các liên kết giữa các monome trong polime có thể là liên kết đơn (covalent) hoặc liên kết đôi, ảnh hưởng đến độ bền và tính chất hóa học của polime.
• Sự hiện diện của các liên kết hydrogen hoặc các tương tác Van der Waals cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất vật lý của polime.

Đặc điểm cấu trúc của Polime

Phân Loại Polime 

Polime được phân chia thành các loại như sau: 

- Dựa vào nguồn gốc: 

• Polime thiên nhiên: là những loại polime có sẵn ở ngoài thiên nhiên (ví dụ như: tơ tằm,...) 
• Polime nhân tạo: những loại này được điều chế hóa từ các polime tự nhiên. Ví dụ như Xenlulozo tổng hợp cao su hóa để làm lốp xe, ngoài ra còn tổng hợp ra tơ visco,) 
• Polime tổng hợp: là loại polime do con người tổng hợp nên, được phân chia thành 2 loại là: Polime trùng hợp tổng hợp qua các phản ứng hóa học và polime trùng ngưng được tổng hợp qua phản ứng trùng ngưng 

- Dựa vào cấu trúc: 

• Mạch không phân nhánh
• Mạch có phân nhánh 
• Mạch dạng mạng không gian (VD: cao su lưu hóa) 

Tích chất vật lý và hóa học của polime

Tính chất vật lý 

Tính chất vật lý nổi bật nhất của Polime là nó không bay hơi, tồn tại ở thể rắn, không xác định được nhiệt độ nóng chảy (khoảng nhiệt độ để hợp chất này nóng chảy khá rộng.

Tính dẻo, dai, bền: Tùy thuộc vào cấu trúc mạch, polime có thể có tính dẻo (như PE), dai (như nilon) hoặc bền (như sợi thủy tinh).

Tính đàn hồi: Một số polime có tính đàn hồi cao, có thể biến dạng lớn khi tác dụng lực và trở lại hình dạng ban đầu khi ngừng tác dụng lực (như cao su).

Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của polime thường nhỏ hơn so với các chất vô cơ, giúp chúng trở thành vật liệu nhẹ.

Tính cách điện: Đa số polime là chất cách điện tốt.

Tính chịu nhiệt: Khả năng chịu nhiệt của polime rất đa dạng, từ rất thấp đến rất cao, tùy thuộc vào cấu trúc và loại polime

Tính chất hóa học

Tính trơ: Do liên kết C-C trong mạch chính rất bền nên polime thường khá trơ về mặt hóa học. Chúng không bị oxi hóa bởi oxi trong không khí ở nhiệt độ thường và không phản ứng với nhiều loại hóa chất.

Phản ứng phân hủy: Khi đun nóng ở nhiệt độ cao, polime có thể bị phân hủy thành các phân tử nhỏ hơn.

Phản ứng cháy: Hầu hết các polime đều cháy được, sinh ra khí CO2, hơi nước và một số chất độc hại.

Phản ứng tăng mạch: Ở mức nhiệt độ lý tưởng hoặc chất xúc tác phù hợp thì những mạch Polime có khả năng liên kết với nhau và tạo ra mạng lưới hoặc các mạch dài hơn. Ví dụ như phản ứng lưu hóa có thể biến nhựa rezol thành loại nhựa rezit và biến cao su thành loại cao su lưu hóa… Còn phản ứng liên kết các mạch Polime sẽ tạo ra mạng không gian và được nhiều người gọi đây là phản ứng dùng để khâu mạch của Polime.

Một số phản ứng khác: Tùy thuộc vào nhóm chức trong phân tử, polime có thể tham gia một số phản ứng hóa học như phản ứng trùng hợp, trùng ngưng, phản ứng với halogen,...

Tính chất vật lý và hóa học của Polime

Qua bài viết này, các bạn học sinh đã cùng với BTEC FPT tìm hiểu về polime - những phân tử khổng lồ đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Từ cấu trúc đa dạng, tính chất đặc trưng đến ứng dụng rộng rãi, polime đã và đang tạo nên những thay đổi đáng kể trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích, việc sử dụng polime không đúng cách cũng gây ra nhiều vấn đề môi trường.