5 (10)
Bạn đang đọc: Phản ứng trùng ngưng là gì? Định nghĩa, phân loại và bài tập ví dụ
Phản ứng trùng ngưng là một dạng bài hết sức cơ bản và thường xuất hiện trong đề thi chương trình Hóa hữu cơ lớp 12. Để hệ thống lại các kiến thức về phản ứng trùng ngưng là gì, định nghĩa, cách phân loại và bài tập, hãy cùng Dinhnghia theo dõi bài viết dưới đây nhé!
Contents
Phản ứng trùng ngưng là gì?
Định nghĩa
Phản ứng trùng ngưng là một quá trình hóa học cốt lõi, nơi mà các monome chứa nhóm chức phản ứng hóa học kết hợp lại, tạo ra các chuỗi polymer dài hơn. Đây không chỉ là sự hình thành liên kết hóa học mới, mà còn là sự phát thải các sản phẩm phụ như nước (H2O), axit clohidric (HCl) hoặc khí CO2.
Trong hóa học hữu cơ và công nghiệp polymer, phản ứng trùng ngưng đóng vai trò quan trọng. Quá trình này biến các monome thành polymer dài hơn qua việc tạo liên kết mới, thường đi kèm với sự hình thành của các sản phẩm phụ như nước hoặc axit clohidric.
Chi tiết hơn:
1. Cơ chế tổng hợp polymer: Phản ứng trùng ngưng diễn ra qua polymer hóa, nối các monomer thành chuỗi polymer dài. Thường dùng chất khởi xướng hoặc xúc tác như nhiệt, áp suất, hoặc hóa chất như peroxit.
2. Liên kết mới: Các monomer chứa nhóm chức reactivity tạo liên kết hóa học mới, từ đó tạo nên chuỗi polymer.
3. Sản phẩm phụ: Sự hình thành nước hoặc axit clohidric là phổ biến, xuất hiện khi nhóm chức trong monomer kết hợp.
4. Ứng dụng công nghiệp: Phản ứng này dùng để sản xuất nhiều loại polymer như polyethylene, polypropylene, PVC. Các sản phẩm này có nhiều ứng dụng từ đóng gói đến sản xuất vật liệu.
5. Điều kiện và kiểm soát: Điều chỉnh cẩn thận điều kiện phản ứng giúp kiểm soát tính chất của sản phẩm cuối cùng.
Nhờ phản ứng trùng ngưng, ngành công nghiệp polymer và hóa học hữu cơ có thể sản xuất đa dạng polymer, từ nhựa cứng đến mềm, đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực.
Ví dụ
Ví dụ về phản ứng trùng ngưng:
nNH2−[CH2]5COOH→(−NH−[CH2]5CO−)n+nH2O
Phân loại phản ứng trùng hợp?
Đồng phân và dị trùng hợp
Đồng phân và dị trùng hợp là hai khái niệm cơ bản trong hóa học hữu cơ và tổng hợp polymer, chúng được định nghĩa như sau:
Đồng Phân (Homopolymerization):
Đồng phân xảy ra khi chỉ có một loại monome tham gia vào quá trình tổng hợp polymer.
Trong quá trình này, tất cả các monomer đều giống nhau cả về cấu trúc và tính chất hóa học.
Kết quả là sự hình thành của polymer mà trong đó mỗi đơn vị lặp lại là giống nhau, tạo nên một chuỗi đồng nhất.
Dị Trùng Hợp (Copolymerization):
Dị trùng hợp là quá trình tổng hợp polymer mà trong đó có sự tham gia của ít nhất hai loại monomer khác nhau.
Các monomer này có thể khác biệt về cấu trúc và tính chất hóa học nhưng vẫn có khả năng kết hợp với nhau.
Quá trình này tạo ra các chuỗi polymer trong đó các đơn vị lặp lại không giống nhau hoàn toàn, tạo nên sự đa dạng trong cấu trúc và tính chất của polymer.
Cả hai quá trình này đều có vai trò quan trọng trong việc tạo ra các loại polymer với các tính chất và ứng dụng khác nhau. Đồng phân thường tạo ra các sản phẩm với tính chất đồng nhất cao, trong khi dị trùng hợp cho phép tạo ra các polymer với cấu trúc và tính chất phức tạp hơn, thích hợp cho nhiều ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp và nghiên cứu.
Ngưng tụ hai chiều và ngưng tụ ba chiều
- Ngưng tụ hai chiều được biết đến như một polyme mạch thẳng hoặc phân nhánh.
- Ngưng tụ ba chiều được gọi là khả năng hình thành một mạch không gian. Khi đó, một đơn chất tham gia phản ứng sẽ có tối đa ba nhóm chức.
Sự trùng hợp cân bằng và không cân bằng
- Phản ứng này vốn dĩ là một phản ứng trùng hợp cùng với các hợp chất thấp phân tử nên thành phần cơ bản của hợp chất đại phân tử tạo ra sau phản ứng sẽ không trùng với thành phần cơ bản của các chất ban đầu.
- Phản ứng đạt được nhờ sự tương tác giữa các nhóm chức năng. Do đó, để xảy ra phản ứng trùng hợp, các hợp chất có các nhóm chức khác nhau có thể phản ứng với nhau.
- Phản ứng này cũng có thể xảy ra giữa hai hoặc nhiều hơn hợp chất. Trong đó mỗi hợp chất sẽ có ít nhất hai nhóm chức giống nhau có thể phản ứng với các nhóm chức của hợp chất trong hỗn hợp phản ứng.
- Nếu như hợp chất thấp phân tử được tạo ra khi trùng ngưng có khả năng tương tác với polime tạo thành (trong các điều kiện của phản ứng này) thì quá trình của phản ứng sẽ đạt tới cân bằng.
- Ngược lại nếu trong các điều kiện của phản ứng này mà các chất thấp phân tử tạo thành không thể tương tác với polime thì phản ứng T/Ư đó sẽ là không cân bằng.
Tìm hiểu thêm: Uranium là gì? Tất tần tật về nguyên tố chế tạo bom nguyên tử
Các phản ứng trùng ngưng thường gặp
Các phản ứng trùng ngưng thường gặp trong tổng hợp các loại nilon (nylon) và tơ lapsan đều là những ví dụ điển hình của quá trình tổng hợp polymer:
1. Nilon-6 (Tơ Capron)
– Nilon-6 được điều chế từ amino axit H2N−(CH2)5−COOH.
– Phản ứng trùng ngưng:
nH2N−[CH2]5−COOH→(−NH−[CH2]5−CO−)n+nH2O
– Quá trình này tạo ra chuỗi polymer Nilon-6 cùng với nước như một sản phẩm phụ.
2. Nilon-7 (Tơ Enang)
– Nilon-7, hay tơ enang, được tổng hợp từ axit 7-aminoheptanoic.
– Phản ứng trùng ngưng:
nNH2−[CH2]6−COOH→−(−NH−[CH2]6−CO−)n+nH2O
– Tạo ra Nilon-7 với nước là sản phẩm phụ.
3. Lapsan (Loại Polieste)
– Lapsan là một loại polieste, tổng hợp từ axit terephthalic và etylen glycol.
– Phản ứng trùng ngưng:
p−HOOC−C6H4−COOH+HO−CH2−CH2−OH→−(−CO−C6H4−CO−O−CH2−CH2−O−)−+H2O
– Tạo ra lapsan và nước như sản phẩm phụ.
4. Nilon-6,6 (Đồng Trùng Ngưng)
– Nilon-6,6 được điều chế từ hexametylenđiamin và axit adipic.
– Phản ứng trùng ngưng:
nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH→(xt,t∘,p) [−HN(CH2)6NH−OC(CH2)4CO−]n+2nH2O
– Quá trình này tạo ra Nilon-6,6 và nước.
Những phản ứng này đều đặc trưng cho quá trình trùng ngưng, trong đó các monomer kết hợp với nhau và tạo ra nước như một sản phẩm phụ, qua đó hình thành các chuỗi polymer dài với các tính chất đặc thù.
Các phương pháp tiến hành trùng ngưng
Hiện nay, có một số phương pháp tiến hành trùng ngưng điển hình như sau:
- Trùng ngưng trong thể nóng chảy.
- Trùng ngưng trong dung dịch.
- Trùng ngưng nhũ tương.
- Trùng ngưng giữa các pha.
>>>>>Xem thêm: Lập phương trình hóa học: Phương pháp đơn giản và Bài tập vận dụng
Bài tập về phản ứng trùng ngưng
Cách giải bài tập về phản ứng trùng ngưng tạo polime
Ví dụ 1. Đem trùng ngưng x kg axit ε-aminocaproic thu được y kg polime và 12,15 kg H2O với hiệu suất phản ứng 90%. Giá trị của x, y lần lượt là:
Hướng dẫn giải chi tiết:
nH2N–(CH2)5–COOH → [-NH–(CH2)5–CO-]n + nH2O
nH2O = 0,675 kmol ⇒ n axit = 0,675 kmol
Vì H = 90% ⇒ n axit thực tế = 0,675.100/9 = 0,75 kmol
⇒ x = 0,75.131 = 98,25 kg.
Áp dụng định luật Bảo toàn khối lượng, ta có:
y = 0,9.x – mH2O = 98,25.0,9 – 12,15
⇒ y = 76,275 kg
Ví dụ 2. Khi tiến hành trùng ngưng axit amino axetic thu được polime và 7,2 gam H2O. Khối lượng polime thu được là?
Hướng dẫn giải chi tiết:
nH2O = 0,4 mol
nNH2CH2COOH → (−NH−CH2−CO−)n + nH2O
m polime = 0,4/n. 57n = 22,8 (g)
Ví dụ 3. Đun nóng 10,48 gam axit ε – aminocaproic (axit 6 – aminohexanoic) để thực hiện phản ứng trùng ngưng, thu được m gam policaproamit. Biết hiệu suất của quá trình trùng ngưng đạt 90%. Giá trị của m là
Hướng dẫn giải chi tiết:
Giả sử hiệu suất phản ứng 100%
→ nH2O = n (axit ε – aminocaproic) = 10.48/131= 0,08 mol.
⇒ m policaproamit = m (ε – aminocaproic) – mH2O = 10,48 – 0,08 . 18 = 9,04 gam.
Thực tế, hiệu suất phản ứng H = 90% ⇒ m = 0,9 . 9,04 = 8,136 gam.
Bài viết trên đã cung cấp cho bạn những thông tin và kiến thức cơ bản về định nghĩa phản ứng trùng ngưng là gì, phân loại và bài tập. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết và hẹn gặp lại ở các bài viết tiếp theo của Dinhnghia nhé!
