KHTN9-CTST | Bài 30. Polymer | Thầy Hiếu Bụng Bự

MỤC TIÊU

- Nêu được khái niệm polymer, monomer, mắt xích, ..., cấu tạo hoá học, phân loại polymer (polymer thiên nhiên và polymer tổng hợp).
- Trình bày được tính chất vật lí chung của polymer (trạng thái, khả năng tan).
- Viết được các phương trình hoá học của phản ứng điều chế PE, PP từ các monomer.
- Nêu được khái niệm chất dẻo, tơ, cao su, vật liệu composite và cách sử dụng, bảo quản một số vật dụng làm bằng chất dẻo, tơ, cao su trong gia đình an toàn, hiệu quả.
- Trình bày được ứng dụng của polyethylene; vấn đề ô nhiễm môi trường khi sử dụng polymer không phân huỷ sinh học (polyethylene) và các cách hạn chế gây ô nhiễm môi trường khi sử dụng vật liệu polymer trong đời sống.

TÓM TẮT KIẾN THỨC

Khởi động
Ống nhựa dẫn nước, chai nhựa, săm, lốp, vỏ bọc dây điện, ... là những sản phẩm được tạo ra từ polymer. Polymer là gì? Polymer có cấu tạo, tính chất và ứng dụng gì?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào kiến thức thực tế của bản thân.
❖ Lời giải chi tiết:
- Polymer là những hợp chất hữu cơ, có khối lượng phân tử rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau.
- Tính chất vật lí: Đa số polymer ở thể rắn, không bay hơi, không tan trong nước, một số polymer có thể tan trong xăng.
- Ứng dụng: Sản xuất vải, màng bọc thực phẩm, đồ dùng bằng nhựa, ống nước bằng nhựa, túi đựng, …

1. KHÁI NIỆM POLYMER, CẤU TẠO HOÁ HỌC, PH N LOẠI, TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ ĐIỀU CHẾ POLYMER

➲ 1.1. Trình bày khái niệm polymer, monomer, mắt xích, tính chất vật lí của polymer

- Polymer là những hợp chất hữu cơ, có khối lượng phân tử rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau.
- Các phân tử ban đầu tạo nên polymer được gọi là monomer.
- Ví dụ: Polyethylene (CH2-CH2)n được tạo ra từ ethylene. Ethylene (CH2=CH2) là monomer, nhóm -CH2-CH2- là mắt xích; n là số mắt xích (n là số nguyên rất lớn).
- Đa số polymer ở thể rắn, không bay hơi, không tan trong nước, một số polymer có thể tan trong xăng.

Thảo luận
Câu hỏi 1. Phân tử nhỏ nhất tạo ra polymer có tên gọi là gì? Khối lượng mỗi mắt xích của polyethylene bằng bao nhiêu amu?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào khái niệm polymer, monomer, mắt xích.
❖ Lời giải chi tiết:
- Phân tử nhỏ nhất tạo ra polymer là monomer.
- Khối lượng mỗi mắt xích của polyethylene bằng 28 amu.

➲ 1.2. Tìm hiểu cấu tạo hoá học của polymer

Polymer được tạo bởi nhiều monomer, các monomer liên kết với nhau tạo thành mạch không nhánh (Hình 30.2a), ví dụ như polyethylen, cellulose, ...; hoặc mạch phân nhánh (Hình 30.2b), ví dụ như amylopectin có trong tinh bột, ... Mạch polymer có thể liên kết với nhau bằng những cầu nối là các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử, tạo nên mạng không gian (Hình 30.2c), ví dụ như cao su lưu hoá.

➲ 1.3. Phân loại polymer theo nguồn gốc

Theo nguồn gốc, có 2 loại polymer:
- Polymer thiên nhiên: Có sẵn trong tự nhiên như tơ tằm, cellulose (sợi gai, bông vải, ...), tinh bột (gạo, lúa mì, ...).
- Polymer tổng hợp: Được tổng hợp bằng phương pháp hoá học nhu polyethylene (PE), polypropylene (PP), ...

Thảo luận
Câu hỏi 2. Tinh bột và cellulose thuộc loại polymer gì?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào cấu tạo hóa học của polymer.
❖ Lời giải chi tiết:
Tinh bột và cellulose được lấy từ tự nhiên nên thuộc polymer thiên nhiên.

Thảo luận
Câu hỏi 3. Áo mưa, vỏ bút bi, bao tay,... thường được làm từ loại vật liệu polymer. Theo em, chúng thuộc loại polymer gì?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào phân loại polymer theo nguồn gốc.
❖ Lời giải chi tiết:
Áo mưa, vỏ bút bi, bao tay,... thường được làm từ loại vật liệu polymer tổng hợp.

Củng cố kiến thức
Hãy liệt kê một số sản phẩm được tạo ra từ polymer thiên nhiên và polymer tổng hợp.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào phân loại polymer theo nguồn gốc.
❖ Lời giải chi tiết:
- Polymer thiên nhiên: tơ tằm, cellulose, tinh bột, …
- Polymer tổng hợp: polyethylene (PE), polypropylene(PP), …
- Một số sản phẩm tạo ra từ polymer thiên nhiên: vải sợi bông, lụa tơ tằm …
- Một số sản phẩm tạo ra từ polymer tổng hợp: màng bọc thực phẩm, ống dẫn nước, túi nylon …

➲ 1.4. Điều chế polyethylene và polypropylene

PE và PP được tạo ra từ ethylene và propylene theo các phương trình hoá học sau:

Thảo luận
Câu hỏi 4. Công thức cấu tạo của các monomer tạo thành PE và PP có chung đặc điểm gì?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào cấu tạo của polymer.
❖ Lời giải chi tiết:
- Monomer tạo thành PE là CH₂ = CH₂.
- Monomer tạo thành PP là CH₂ = CH – CH₃.
→ Trong phân tử các monomer này đều có 1 liên kết đôi C = C.

✍ Ghi nhớ
• Polymer là chất có khối lượng phân tử rất lớn, do các mắt xích liên kết với nhau tạo nên, dựa theo nguồn gốc gồm 2 loại: polymer thiên nhiên và polymer tổng hợp.
• Hầu hết polymer ở thể rắn, không tan trong nước, một số ít polymer có thể tan trong chất hữu cơ (acetone, xăng, ...).

2. CHẤT DẺO, TƠ, CAO SU, VẬT LIỆU COMPOSITE

➲ 2.1. Tìm hiểu khái niệm, cách sử dụng và bảo quản chất dẻo

- Vật liệu được tạo ra từ polymer có tính dẻo được gọi là chất dẻo.
- Ưu điểm của chất dẻo: bền, nhẹ, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, không thấm nước, ...
- Trong thành phần của chất dẻo thường có các chất khác: chất phụ gia (chất tạo màu, tạo mùi, ...), chất độn (làm tăng độ bền cơ học, tăng khả năng chịu nhiệt, ...), chất tạo dẻo (tăng tính dẻo).
- Tránh dùng dụng cụ làm từ loại chất dẻo không đảm bảo an toàn (có chất độc hại) để đựng nước uống, thực phẩm, ..
- Chất dẻo dễ bắt lửa, độ chịu lực có giới hạn, ... do đó khi dùng nên tránh để chất dẻo tiếp xúc trực tiếp với lửa, hạn chế va chạm mạnh gây biến dạng, ...

Thảo luận
Câu hỏi 5. Em hãy cho biết vì sao vật liệu làm bằng chất dẻo được dùng nhiều trong đời sống và sản xuất.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào đặc điểm của vật liệu làm bằng chất dẻo.
❖ Lời giải chi tiết:
Vật liệu làm bằng chất dẻo được dùng nhiều trong đời sống và sản xuất vì nó bền, nhẹ, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, không thấm nước, …

Thảo luận
Câu hỏi 6. So với các vật liệu kim loại, gỗ, thuỷ tinh thì chất dẻo có những ưu điểm và nhược điểm gì?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào đặc điểm của vật liệu làm bằng chất dẻo.
❖ Lời giải chi tiết:
- Ưu điểm:
+ Bền, nhẹ, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, không thấm nước, …
+ Sản xuất với đa dạng mẫu mã.
- Nhược điểm:
+ Dễ bắt lửa.
+ Độ chịu lực có giới hạn.

Vận dụng kiến thức
Trên vật dụng làm bằng chất dẻo thường có các kí hiệu như hình bên. Tìm hiểu tài liệu học tập, em hãy giải thích các kí hiệu này.

❖ Phương pháp giải:
Tìm hiểu tài liệu, sách, internet.
❖ Lời giải chi tiết:
1. Nhựa PET (viết tắt của polyethylene terephthalate) là một trong số những loại nhựa được sử dụng phổ biến cho các sản phẩm gia dụng, ví dụ như chai nước khoáng, nước ngọt, bia và bao bì đóng gói.
+ Đây là kí hiệu chỉ loại nhựa chỉ sử dụng duy nhất một lần, nên nếu dùng đi dùng lại có thể gia tăng nguy cơ làm hòa tan các kim loại nặng và hóa chất cấu tạo nên chúng. Các chất này làm ảnh hưởng đến sự cân bằng hóc-môn trong cơ thể.
+ Nhựa PET rất khó để làm sạch, mức độ tái chế của chúng cũng rất thấp (chỉ khoảng 20%) vì vậy tốt nhất là dùng xong hãy vứt chúng đi ngay.
2. HDEP (high density polyethylene, tức là nhựa nhiệt dẻo mật độ cao) là loại nhựa dùng để chế tạo các bình nhựa cứng như bình đựng sữa, bình đựng chất tẩy rửa, dầu ăn, đồ chơi và một số túi nhựa. Loại nhựa này không thải ra chất độc hại nào vì thế, các chuyên gia thường khuyên lựa chọn các loại chai HDPE khi mua hàng bởi chúng được coi là an toàn nhất trong tất cả.
3. PVC là loại nhựa mềm và dẻo được sử dụng để sản xuất bao bì thực phẩm trong suốt, chai đựng dầu ăn, đồ chơi và rất nhiều sản phẩm khác. PVC khá phổ biến nhưng chúng có chứa 2 loại hóa chất độc hại làm ảnh hưởng đến hóc-môn cơ thể. Chất này có thể giải phóng chất độc khi ở nhiệt độ cao, nên chỉ được phép đựng thực phẩm hoặc đồ uống dưới 81 độ C.
4. LDPE là chất nhựa nhiệt dẻo mật độ thấp khá phổ biến trong các hộp mì, hộp đồ đông lạnh, túi đựng hàng và vỏ bánh. Sản phẩm chứa chất này sẽ không thể làm nóng trong lò vi sóng, tránh nhiệt độ cao vì sẽ giải phóng hóa chất.

5. PP (polypropylene) là loại nhựa màu trắng hoặc gần như trong suốt, dùng để làm cốc đựng sữa chua, si-rô, hoặc cốc cà phê. Chất này bền và nhẹ, chịu được ở nhiệt độ 167 độ C nên có thể tái sử dụng, quay trong lò vi sóng. PP cũng chống được ẩm và chất nhờn rất tốt.
6. PS, hay polystyrene, là loại nhựa rẻ và nhẹ có thể tìm thấy trên vỏ một số hộp đựng đồ ăn nhanh, cốc uống nước, hộp đựng trứng và dao đĩa thìa picnic. Dù chúng có khả năng chịu nhiệt và lạnh đáng kể, nhưng ở nhiệt độ cao như lò vi sóng chúng có thể giải phóng chất độc hại. Ngoài ra, cũng không được dùng đựng đồ có chất acid mạnh, chất kiềm mạnh. Chính vì thế, loại nhựa này không được phép dùng để đựng đồ ăn thức uống lâu dài.
7. OTHER là loại nhựa có thể dùng để đựng thùng hoặc can nước dung tích 3 – 5 lít và một số sản phẩm đựng thức ăn. Là loại nhựa nguy hiểm nhất, dễ dàng sinh ra chất gây ung thư, vô sinh BPA.

➲ 2.2. Tìm hiểu khái niệm, cách sử dụng và bảo quản cao su

- Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi. Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực tác động từ bên ngoài và trở lại hình dạng ban đầu khi lực đó thôi tác động. Cao su có đặc tính không thấm nước, không thấm khí, không dẫn điện, dẫn nhiệt rất kém, ... nên được sử dụng rộng rãi trong đời sống và nhiều lĩnh vực kinh tế như sản xuất săm, lốp xe, ...
- Khi sử dụng cao su cần lưu ý: Ở nhiệt độ quá cao thì cao su sẽ bị chảy, ở nhiệt độ quá thấp thì cao su sẽ bị giảm sự đàn hồi (bị giòn và cứng), dễ bị một số hoá chất ăn mòn.

Thảo luận
Câu hỏi 7. Ngoài các vật dụng ở Hình 30.4, em hãy cho biết thêm một số vật dụng bằng cao su thường gặp.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào hiểu biết của bản thân.
❖ Lời giải chi tiết:
Một số vật dụng bằng cao su thường gặp như săm xe, gioăng cao su, bi cao su, màng bơm cao su, ống cao su, …

Thảo luận
Câu hỏi 8. Hãy cho biết cách bảo quản đồ dùng làm từ cao su.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào cách sử dụng và bảo quản cao su.
❖ Lời giải chi tiết:
Khi sử dụng cao su cần lưu ý: Ở nhiệt độ quá cao thì cao su sẽ bị chảy, ở nhiệt độ quá thấp thì cao su sẽ bị giảm sự đàn hồi (bị giòn và cứng), dễ bị một số hóa chất ăn mòn.

Củng cố kiến thức
Chọn thông tin đúng cho chất dẻo hay cao su, điều dấu (✓) để hoàn thành bảng theo mẫu sau:

STT

Vật dụng

Nguyên liệu

Chất dẻo

Cau su

1

Lốp xe

?

?

2

Bao tay

?

?

3

Băng keo y tế

?

?

4

Bóng bay

?

?

5

Vỏ bọc dây điện

?

?

6

Bình đựng nước

?

?

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào tính chất của cao su và chất dẻo.
❖ Lời giải chi tiết:

STT	Vật dụng Nguyên liệu	Chất dẻo	Cau su
1	Lốp xe		✓
2	Bao tay		✓
3	Băng keo y tế	✓
4	Bóng bay		✓
5	Vỏ bọc dây điện	✓
6	Bình đựng nước	✓

➲ 2.3. Tìm hiểu khái niệm, cách sử dụng và bảo quản tơ

- Sợi từ kén tằm, sợi len, sợi bông, sợi đay, sợi nylon, ... là những polymer không phân nhánh, có thể kéo thành sợi, chúng được gọi là tơ.
- Theo nguồn gốc, tơ thường được chia thành: Tơ thiên nhiên (như tơ tằm, len lông cừu, sợi gai, ...), tơ tổng hợp (như tơ nylon, ...), ...
- Tơ được dùng để dệt vải may mặc, vải lót săm lốp xe, dệt bít tất, bện làm dây cáp, đan lưới, ... Một số loại tơ (tơ tằm, tơ nylon) dùng để dệt vải may mặc. Mỗi loại tơ có tính chất khác nhau, vì vậy, khi giặt, là (ủi) cần lưu ý hướng dẫn của nhà sản xuất để lựa chọn chế độ giặt, là và chất giặt rửa cho phù hợp.

➲ 2.4. Tìm hiểu vật liệu composite

- Vật liệu composite là vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau, gồm vật liệu cốt và vật liệu nền.
- Vật liệu cốt có vai trò tăng cường tính cơ học của vật liệu, thường ở dạng sợi (sợi thuỷ tinh, sợi carbon, ...) và dạng hạt.
- Vật liệu nền thường là các vật liệu có độ dẻo lớn (như một số polymer, ...) đóng vai trò liên kết các vật liệu cốt với nhau.

Thảo luận
Câu hỏi 9. Hãy kể tên một số vật dụng trong đời sống được làm bằng tơ.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào ứng dụng của tơ.
❖ Lời giải chi tiết:
Một số vận dụng trong đời sống được làm bằng tơ như quần áo, vải lót săm lốp xe, bít tất, lưới, dây cáp, …

Thảo luận
Câu hỏi 10. Kể tên một số vật dụng trong đời sống được làm bằng vật liệu composite.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào thông tin vật liệu composite.
❖ Lời giải chi tiết:
Một số vật dụng trong đời sống được làm bằng vật liệu composite như vỏ ca nô, vải làm bằng sợi thủy tinh, bồn chứa dung dịch acid, bồn chứa dung dịch kiềm (sử dụng epoxy), …

Củng cố kiến thức
Theo em, lĩnh vực thể thao có sử dụng vật liệu composite không? Nếu có, hãy kể tên một số vật dụng mà em biết.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào thông tin vật liệu composite.
❖ Lời giải chi tiết:
Lĩnh vực thể thao có sử dụng vật liệu composite như:
- Trong đua xe, sợi carbon được dùng để tạo khung xe đạp (giúp khung cứng và nhẹ), làm gầm xe đua, …
- Trong môn lướt sóng, ván lướt sóng thường được làm bằng xốp polyurethane lõi với mật độ cao và được phủ một lớp mỏng composite.

✍ Ghi nhớ
• Chất dẻo là vật liệu polymer có tính dẻo.
• Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi.
Tơ là những polymer thiên nhiên hay tổng hợp, có cấu tạo mạch không phân nhánh và có thể kéo dài thành sợi.
• Composite là vật liệu tổ hợp từ 2 hay nhiều vật liệu khác.

3. ỨNG DỤNG CỦA POLYETHYLENE, VẤN ĐỀ Ô NHIỄM VÀ CÁC CÁCH HẠN CHẾ G Y Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHI SỬ DỤNG POLYMER TRONG ĐỜI SỐNG

➲ 3.1. Tìm hiểu ứng dụng của polyethylene (PE)

PE có nhiều tính năng như độ bền cao, khả năng không thấm khí, không thấm nước, cách điện tốt, dễ gia công, giá thành thấp, ... nên nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Trung bình hằng năm trên thế giới dùng một lượng lớn hạt PE để sản xuất ra rất nhiều sản phẩm khác nhau.

Thảo luận
Câu hỏi 11. Em hãy liệt kê một số vật dụng trong đời sống được sản xuất từ PE.

❖ Phương pháp giải:
Dựa vào ứng dụng polyethylene (PE).
❖ Lời giải chi tiết:
Một số vật dụng trong đời sống được sản xuất từ PE là các loại bao bì màng, túi nhựa, vỏ bọc dây đồng, rổ, giá, thùng gạo, thùng rác, chai, lọ, cốc, …

➲ 3.2. Tìm hiểu vấn đề ô nhiễm môi trường khi sử dụng polymer không phân huỷ sinh học (polyethylene) và các cách hạn chế gây ô nhiễm môi trường khi sử dụng vật liệu polymer trong đời sống

Trong đời sống, hiện nay vật liệu polymer được sử dụng với lượng lớn nên lượng rác thải từ vật liệu polymer đã gây ô nhiễm môi trường cũng rất lớn.

Vận dụng kiến thức
Quan sát Hình 30.8, em hãy trình bày cảm nghĩ của mình về ô nhiễm môi trường và cách hạn chế ô nhiễm môi trường do rác thải polymer.

❖ Phương pháp giải:
Quan sát hình 30.8.
❖ Lời giải chi tiết:
- Ô nhiễm môi trường do rác thải polymer là một thách thức đáng lo ngại.
- Chúng ta đều biết, rác thải có nguồn gốc từ nhựa đều mất rất nhiều thời gian để phân hủy. Thông thường, một chiếc chai lọ hay ống hút nhựa hoặc túi nylon nếu sử dụng bằng biện pháp chôn lấp thì phải mất đến hàng trăm năm mới có thể phân hủy hoàn toàn. Điều này gây hại cho môi trường sống của con người rất nhiều.
- Rác thải nhựa được phát sinh từ nhiều nguồn gốc khác nhau và chủ yếu là từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người.
- Để giảm thiểu tác động tiêu cực này, mỗi chúng ta cần nâng cao ý thức khi sử dụng đồ nhựa. Chúng ta cần hạn chế sử dụng đồ dùng bằng nhựa, thay vào đó chọn những sản phẩm thân thiện với môi trường. Cần chú trọng hơn trong việc phân loại và tái chế rác thải nhựa.
- Mỗi chúng ta cùng chung tay, góp một phần nhỏ để bảo vệ môi trường và hệ sinh thái cho thế hệ tương lai.

✍ Ghi nhớ
• Polyethylene có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất.
• Rác thải polymer là mối nguy lớn về ô nhiễm môi trường.
• Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường do polymer, chúng ta nên:
– Hạn chế sử dụng polymer không phân huỷ sinh học.
– Có ý thức bảo vệ môi trường (không xả rác, tăng cường sử dụng bao bì tự phân huỷ sinh học, ...).

BÀI TẬP

Đang cập nhật

KHTN9-CTST | Bài 30. Polymer