Đại cương polime

Khái niệm Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ gọi là mắt xích liên kết với nhau.Ví dụ: do các mắt xích –NH –[CH2]6 –CO– liên kết với nhau tạo nên Hệ số

ĐẠI CƯƠNG VỀ POLIME

I – 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 mắt xích) liên kết với nhau.Ví dụ:

do các mắt xích –NH –[CH2]6 –CO– liên kết với nhau tạo nên

Hệ số n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi là monome

2 Phân loại

a) Theo nguồn gốc:

b) Theo cách tổng hợp:

c) Theo cấu trúc: (xem phần II)

3 Danh pháp

- Poli + tên của monone (nếu tên monome gồm 2 từ trở lên hoặc từ hai monome tạo nên polime thì tên của monome phải để ở trong ngoặc đơn)

- Một số polime có tên riêng (tên thông thường) Ví dụ: …

II – CẤU TRÚC

1 Các dạng cấu trúc mạch polime

a) Mạch không phân nhánh Ví dụ: polietilen, amilozơ…

b) Mạch phân nhánh Ví dụ: amilopectin, glicogen…

c) Mạch mạng lưới Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…

2 Cấu tạo điều hòa và không điều hòa

a) Cấu tạo điều hòa: các mắt xích nối nhau theo một trật tự nhất định (chẳng han theo kiểu đầu nối

đuôi) Ví dụ:

b) Cấu tạo không điều hòa: các mắt xích nối với nhau không theo trật tự nhất định (chẳng hạn theo

kiểu đầu nối đầu, chỗ thì đầu nối với đuôi) Ví dụ:

III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Hầu hết polime là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung môi hữu cơ Đa số polime có tính dẻo, một số polime có tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi

IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1 Phản ứng giữ nguyên mạch polime

a) Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:

b) Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl:

Cao su hiđroclo hóa

c) Poli(vinyl clorua) (PVC) tác dụng với Cl2: (giả sử cứ 2 mắt xích thế 1 nguyên tử clo)

Tơ clorin

2 Phản ứng phân cắt mạch polime

a) Phản ứng thủy phân polieste:

b) Phản ứng thủy phân polipeptit hoặc poliamit:

Nilon – 6

c) Phản ứng thủy phân tinh bột, xenlulozơ

d) Phản ứng nhiệt phân polistiren

3 Phản ứng khâu mạch polime

a) Sự lưu hóa cao su:

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu –S–S– (cầu đisunfua)

b) Nhựa rezit (nhựa bakelit):

Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH2– (nhóm metylen)

Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch

V – ĐIỀU CHẾ

Có thể điều chế polime bằng phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng

1 Phản ứng trùng hợp

a) Khái niệm:

- 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 phải có là:

+ Liên kết bội Ví dụ: CH2 = CH2, CH2 = CH–C6H5

+ Hoặc vòng kém bền: Ví dụ:

b) Phân loại:

- Trùng hợp chỉ từ một loại monome tạo homopolime Ví dụ:

- Trùng hợp mở vòng Ví dụ:

Nilon – 6 (tơ capron)

- Trùng hợp từ hai hay nhiều loại monome (gọi là đồng trùng hợp) tạo copolime Ví dụ:

Poli(butađien – stiren) (cao su buna – S)

2 Phản ứng trùng ngưng

a) Khái niệm:

- Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H2O)

- Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng là: các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng để tạo được liên kết với nhau

b) Một số phản ứng trùng ngưng:

axit ε-aminocaproic Nilon – 6 (tơ capron)

axit ω-aminoenantoic Nilon – 7 (tơ enan)

Nhựa rezol

VẬT LIỆU POLIME

I – CHẤT DẺO

1 Khái niệm

- Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo

- Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ nguyên được

sự biến dạng đó khi thôi tác dụng

- Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ giá thành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia công hơn)

2 Một số polime dùng làm chất dẻo

a) Polietilen (PE)

PE là chất dẻo mềm, được dùng làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng…

b) Poli(vinyl clorua) (PVC)

PVC là chất dẻo cứng, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, da giả…

c) Poli(metyl metacrylat) (thủy tinh hữu cơ PEXIGLAS)

Poli(metyl metacrylat) là chất dẻo cứng, trong suốt, không vỡ…nên được gọi là thủy tinh hữu cơ Dùng để chế tạo kính máy bay, ô tô, kính bảo hiểm, dùng làm răng giả…

d) Poli(phenol – fomanđehit) (PPF) (xem thêm bài đại cương về polime)

PPF có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit

Nhựa novolac:

- Đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xúc tác axit được nhựa novolac mạch không phân nhánh (cầu nối metylen –CH2– có thể ở vị trí ortho hoặc para)

- Nhựa nhiệt dẻo, dễ nóng chảy, tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất vecni, sơn…

Nhựa rezol:

- Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1 : 1,2 có xúc tác kiềm Nhựa rezol không phân nhánh, một số nhân phenol có gắn nhóm –CH2OH ở vị trí số 4 hoặc 2

- Nhựa nhiệt rắn, dễ nóng chảy, tan trong nhiều dung môi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo, nhựa rezit

Nhựa rezit (nhựa bakelit):

- Đun nóng nhựa rezol ở 150oC được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấu trúc mạng lưới không gian

- Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng sản xuất đồ điện, vỏ máy…

3 Khái niệm về vật liệu compozit

Khi trộn polime với chất độn thích hợp thu được vật liệu mới có độ bền, độ chịu nhiệt…tăng lên so với polime thành phẩm Đó là vật liệu compozit

- Chất nền (polime): có thể dùng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn

- Chất độn: phân tán (nhưng không tan) vào polime Chất độn có thể là: sợi (bông, đay, amiăng, sợi thủy tinh…) hoặc chất bột (silicat, bột nhẹ (CaCO3), bột tan (3MgO.4SiO2.2H2O))…

II – TƠ

1 Khái niệm

Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định

2 Phân loại

3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a) Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–)

b) Tơ polieste (có nhiều nhóm este)

c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl)

III – CAO SU

1 Khái niệm

- Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi

- Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực 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 (polime của isopren)

a) Cấu trúc:

- Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau:

b) Tính chất và ứng dụng:

- Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su, đàn hồi tốt (nhờ cấu trúc cis điều hòa), không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, etanol…nhưng tan trong xăng và benzen

- Cao su thiên nhiên cho phản ứng cộng H2, Cl2, HCl,… đặc biệt là cộng lưu huỳnh tạo cao su lưu hoá

có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dung môi hơn cao su không lưu hóa

3 Cao su tổng hợp

a) Cao su buna, cao su buna –S và cao su buna –N :

- Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên Khi dùng buta-1,3-đien ở 10oC, polime sinh ra chứa 77% đơn vị trans-1,4 và 7% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2) Còn ở 100oC sinh ra polime chứa 56% đơn vị trans-1,4 và 25% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2)

Cao su buna – S

- Cao su buna –S có tính đàn hồi cao

Cao su buna –N

- Cao su buna – N có tính chống dầu tốt

b) Cao su isopren

- Trùng hợp isopren có hệ xúc tác đặc biệt, ta được poliisopren gọi là cao su isopren, cấu hình cis chiếm ≈ 94 %, gần giống cao su thiên nhiên

- Ngoài ra người ta còn sản xuất policloropren và polifloropren Các polime này đều có đặc tính đàn hồi nên được gọi là cao su cloropren và cao su floropren Chúng bền với dầu mỡ hơn cao su isopren

IV – KEO DÁN

1 Khái niệm

Keo dán là vật liệu polime có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu giống nhau hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính

2 Phân loại

a) Theo bản chất hóa hoc:

- Keo vô cơ (thủy tinh lỏng)

- Keo hữu cơ (hồ tinh bột, keo epoxi)

b) Dạng keo:

- Keo lỏng (hồ tinh bột)

- Keo nhựa dẻo (matit)

- Keo dán dạng bột hay bản mỏng

3 Một số loại keo dán tổng hợp thông dụng

a) Keo dán epoxi: gồm 2 hợp phần:

- Polime làm keo có chứa hai nhóm epoxi ở hai đầu

- Chất đóng rắn thường là các triamin như H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2

b) Keo dán ure – fomanđehit

Poli(ure – fomanđehit)

4 Một số loại keo dán tự nhiên a) Nhựa vá săm: là dung dịch dạng keo của cao su thiên nhiên trong dung môi hữu cơ như toluen… b) Keo hồ tinh bột: là dung dịch hồ tinh bột trong nước nóng, dùng làm keo dán giấy

Đại cương về kim loại

0 comments

07/7/2010

Hóa

Nhỏ

To

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

1 Kiến thức

Biết:

- Vị trí của các nguyên tố kim loại trong bảng tuần hoàn

- Tính chất và ứng dụng của hợp kim

- Một số khái niệm trong chương: cặp oxi hóa – khử, pin điện hóa, suất điện động chuẩn của pin điện hóa, thế điện cực chuẩn của kim loại, sự điện phân (các phản ứng hóa học xảy ra ở các điện cực)

Hiểu:

- Giải thích được những tính chất vật lí, tính chất hóa học chung của kim loại Dẫn ra được những ví dụ minh họa và viết các PTHH

- Ý nghĩa của dãy điện hóa chuẩn của kim loại:

+ Xác định chiều của phản ứng giữa chất oxi hóa và chất khử trong hai cặp oxi hóa – khử

+ Xác định xuất điện động chuẩn của pin điện hóa

- Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực của pin điện hóa khi hoạt động và của quá trình điện phân chất điện li

- Điều kiện, bản chất của sự ăn mòn điện hóa và các biện pháp phòng, chống ăn mòn kim loại

- Hiểu được các phương pháp điều chế những kim loại cụ thể (kim loại có tính khử mạnh, trung bình, yếu)

2 Kĩ năng

- Biết vận dụng dãy điện hóa chuẩn của kim loại để:

+ Xét chiều của phản ứng hóa học giữa chất oxi hóa và chất khử trong hai cặp oxi hóa – khử của kim loại

+ So sánh tính khử, tính oxi hóa của các cặp oxi – khử

+ Tính suất điện động chuẩn của pin điện hóa

- Biết tính toán khối lượng, lượng chất liên quan với quá trình điện phân (tính toán theo phương trình điện phân và tính toán theo sự vận dụng định luật Faraday)

- Thực hiện được những thí nghiệm chứng minh tính chất của kim loại, thí nghiệm về pin điện hóa và sự điện phân, những thí nghiệm về ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại

KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

A – KIM LOẠI

I – VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

- Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA: các kim loại này là những nguyên tố s

- Nhóm IIIA (trừ B), một phần của các nhóm IVA, VA, VIA: các kim loại này là những nguyên tố p

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB): các kim loại chuyển tiếp, chúng là những nguyên tố d

- Họ lantan và actini (xếp riêng thành hai hàng ở cuối bảng): các kim loại thuộc hai họ này là những nguyên tố f

* Nhận xét: đa số các nguyên tố hóa học đã biết là nguyên tố kim loại (trên 80 %)

II – CẤU TẠO VÀ LIÊN KẾT TRONG TINH THỂ KIM LOẠI

1 Cấu tạo nguyên tử kim loại

- Hầu hết các nguyên tử kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng

- Bán kính nguyên tử của các nguyên tố kim loại (ở phía dưới, bên trái bảng tuần hoàn) nhìn chung lớn hơn bán kính nguyên tử các nguyên tố phi kim (ở phía trên, bên phải bảng tuần hoàn)

2 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại (SGK lớp 10 trang 91)

Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng là lập phương tâm khối, lập phương tâm diện và lục phương

Hình ảnh này đã bị thu nhỏ Nhấp vào hình để xem kính thước thật (633x141 and weights 11KB).

3 Liên kết kim loại

Là liên kết hóa học hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa ion dương kim loại nằm ở các nút mạng tinh thể và các electron tự

do di chuyển trong toàn bộ mạng lưới tinh thể kim loại

Ion dương kim loại

Hút nhau

III – TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

1 Tính chất chung

Kim loại có những tính chất vật lí chung là: tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và ánh kim

a) Tính dẻo: các lớp mạng tinh thể kim loại khi trượt lên nhau vẫn liên kết được với nhau nhờ lực hút tĩnh điện của các

electron tự do với các cation kim loại Những kim loại có tính dẻo cao là Au, Ag, Al, Cu, Zn…

b) Tính dẫn điện: nhờ các electron tự do có thể chuyển dời thành dòng có hướng dưới tác dụng của điện trường Nói chung

nhiệt độ của kim loại càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, tiếp sau là Cu,

Au, Al, Fe…

c) Tính dẫn nhiệt: nhờ sự chuyển động của các electron tự do mang năng lượng (động năng) từ vùng có nhiệt độ cao đến

vùng có nhiệt độ thấp của kim loại Nói chung kim loại nào dẫn điện tốt thì dẫn nhiệt tốt

d) Ánh kim: nhờ các electron tự do có khả năng phản xạ tốt ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy)

Tóm lại: những tính chất vật lí chung của kim loại như trên chủ yếu do các electron tự do trong kim loại gây ra

2 Tính chất riêng

a) Khối lượng riêng: phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử, bán kính nguyên tử và kiểu cấu trúc mạng tinh thể Li là kim

loại có khối lượng riêng nhỏ nhất (d = 0,5 g/cm3) và osimi (Os) có khối lượng riêng lớn nhất (d = 22,6 g/cm3) Các kim loại

có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 g/cm3 được gọi là kim loại nhẹ (như Na, K, Mg, Al…) và lớn hơn 5 g/cm3 được gọi là kim loại nặng (như Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Au…)

b) Nhiệt độ nóng chảy: phụ thuộc chủ yếu vào độ bền liên kết kim loại Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg (–

39oC, điều kiện thường tồn tại ở trạng thái lỏng) và kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất là W (vonfam, 3410oC)

c) Tính cứng: phụ thuộc chủ yếu vào độ bền liên kết kim loại Kim loại mềm nhất là nhóm kim loại kiềm (như Na, K…do

bán kính lớn, cấu trúc rỗng nên liên kết kim loại kém bền) và có những kim loại rất cứng không thể dũa được (như W, Cr…)

IV – TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠI

Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương):

M → Mn+ + ne

1 Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại khử được phi kim điển hình thành ion âm

Ví dụ: 4Al + 3O2 2Al2O3

2Fe + 3Cl2 2FeCl3

Hg + S → HgS

2 Tác dụng với axit

a) Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng:

M + nH+ → Mn+ + n/2H2

(M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn)

b) Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit có tính oxi hóa mạnh):

- Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 sẽ đạt số oxi hóa cao nhất

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) và H2SO4 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi

đó S+6 trong H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2) ; So hoặc S-2 (H2S)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 đặc nóng (trừ Pt, Au) và HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), khi

đó N+5 trong HNO3 bị khử thành N+4 (NO2)

- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO3 loãng (trừ Pt, Au), khi đó N+5 trong HNO3 bị khử thành N+2 (NO) ; N+1

(N2O) ; No (N2) hoặc N-3 (NH4+)

- Các kim loại có tính khử càng mạnh thường cho sản phẩm khử có số oxi hóa càng thấp Các kim loại như Na, K…sẽ gây

nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit

Ví dụ: 2Fe + 6H2SO4 (đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

4Mg + 5H2SO4 (đặc) 4MgSO4 + H2S + 4H2O

Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

3 Tác dụng với dung dịch muối

- Điều kiện để kim loại M đẩy được kim loại X ra khỏi dung dịch muối của nó:

+ M đứng trước X trong dãy thế điện cực chuẩn

+ Cả M và X đều không tác dụng được với nước ở điều kiện thường

+ Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan: xM (r) + nXx+ (dd) → xMn+ (dd) + nX (r)

- Khối lượng chất rắn tăng: ∆m↑ = mX tạo ra – mM tan

- Khối lượng chất rắn giảm: ∆m↓ = mM tan – mX tạo ra

- Hỗn hợp các kim loại phản ứng với hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ưu tiên: kim loại khử mạnh nhất tác dụng với cation oxi hóa mạnh nhất để tạo ra kim loại khử yếu nhất và cation oxi hóa yếu nhất

- Với nhiều anion có tính oxi hóa mạnh như NO3-, MnO4-,…thì kim loại M sẽ khử các anion trong môi trường axit (hoặc bazơ)

Ví dụ: - Khi cho Zn vào dung dịch CuSO4 ta thấy lớp bề mặt thanh kẽm dần chuyển qua màu đỏ và màu xanh của dung dịch bị nhạt dần do phản ứng: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓

- Khi cho kim loại kiềm Na vào dung dịch CuSO4 ta thấy có sủi bọt khí không màu và xuất hiện kết tủa keo xanh do các phản ứng: Na + H2O → NaOH + 1/2H2 và CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4

- Khi cho bột Cu vào dung dịch Cu(NO3)2 có vài giọt HCl ta thấy có khí không màu thoát ra và hóa nâu trong không khí do phản ứng: 3Cu + Cu(NO3)2 + 8HCl → 4CuCl2 + 2NO + 4H2O

4 Tác dụng với nước

- Các kim loại mạnh như Li, Na, K, Ca, Sr, Ba…khử nước dễ dàng ở nhiệt độ thường theo phản ứng: M + nH2O → M(OH)n + n/2H2 Kim loại Mg tan rất chậm và Al chỉ tan khi ở dạng hỗn hống (hợp kim của Al và Hg)

- Các kim loại trung bình như Mg, Al, Zn, Fe…phản ứng được với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo oxit kim loại và hiđro

Ví dụ: Mg + H2O MgO + H