LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC POLYME

Đây là bài giảng về liên kết hóa học và các cấu trúc Polymer

LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC POLYME Mai Anh Tuấn Hanoi University of Science and Technology GiỚI THIỆU Khi mạch khối lượng nguyên tử tăng, số tính chất polyme thay đổi Xét cấu trúc hóa học PL cấp độ: – Cấu trúc hóa học (thành phần nguyên tử) monome (cấu trúc bản) – Chuỗi polyme mạch thẳng – Tổ hợp mạch polyme s (tertiary structure) LIÊN KẾT HÓA HỌC Liên kết bậc a Ionic b Covalent c Metallic Liên kết bậc hai a b c d Dipole Hydrogen Induction van der Waals (dispersion) LIÊN KẾT ION • • • • Mọi chất có xu hướng cấu trúc khí Chất nhường điện tử Chất nhận điện tử Liên kết ion • Lực tương tác hút Na+ Cl- LIÊN KẾT ION • Liên kết ion khơng phổ biến polyme • Ion hóa trị tạo liên kết chéo với nhóm COOH epoxy tự nhiên LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ C+H => CH4 (liên kết ion?) • Cấu hình điện tử bền có nhờ việc dùng chung cặp điện tử hóa trị • Liên kết cộng hóa trị LIÊN KẾT CỘNG HĨA TRỊ • Do hình thành cặp e dùng chung (độ âm điện khác không lớn) => ghép đơi e độc thân có spin ngược • Mức độ bền chặt liên kết (NLLK) phụ thuộc vào mức độ xen phủ điện tích khơng gian • Số cặp điện tử dùng chung hai nguyên tử => số hóa trị LIÊN KẾT CỘNG HĨA TRỊ • Liên kết phổ biến polyme: đơn, đơi, ba… LIÊN KẾT CỘNG HĨA TRỊ • Có tính chất bão hịa, tính định hướng • Sự lai hóa mây e • Phân tử phân cực không, thuộc vào khác độ âm điện • Các hợp chất cộng hóa trị sigma bền hợp chất có thêm liên kết Pi LIÊN KẾT ION VS CỘNG HÓA TRỊ LK ION LK CHT Tinh thể ion Khí, lỏng (tạo PT) Tm cao Tm thấp Dẫn điện nóng chảy Dẫn điện trạng thái Tan nước dung môi phân cực Tan dung môi không phân cực NL liên kết lớn NL liên kết nhỏ CẤU TRÚC BẬC HAI – MW • Khái niệm cao phân tử -> khối lượng polyme sau q/t polyme hóa • Diễn với monome với MW khác • MW ảnh hưởng tới tính chất Polyme – Cơ khí: sức căng, độ chịu nén, độ giãn, modulus, sức bền… – T/C khác: điểm nóng chảy, dung dịch, độ nhớt nóng chảy, độ hịa tan – T/C điện, màu sắc, mật độ bị ảnh hưởng MW CẤU TRÚC BẬC BA • Polyme rắn tổ hợp nhiều p/tử Tùy thuộc vào xếp => tinh thể vô định hình • # lk ptử Lực l/k~ lực liên kết liên phân tử, bậc hai (nl tổng ~ 0.5 -10 kcal/mol so với 50-100 kcal/mol liên kết bậc I) • Khi phân tử đủ lớn, nlượng liên kết ~ nl liên kết bậc I CẤU TRÚC BẬC BA • Độ lớn lực liên kết bậc + mức độ phức tạp chuỗi => nhiều t/c vật lý pol • Cấu trúc bậc ba quan tâm tới BẢN CHẤT LỰC LIÊN PHÂN TỬ BẬC HAI với CẤU TRÚC TƯƠNG ỨNG polyme CẤU TRÚC BẬC BA • LỰC LIÊN KẾT BẬC HAI (mật độ NL cố kết) • Liên kết bậc hai: • Mật độ lượng cố kết (CED) ~ nl tổngcần thiết/đơn vị thể tích để tách rời phân tử: • Trong đó: – Ev lượng bay phân tử – Vl thể tích chiếm chỗ chất lỏng CẤU TRÚC BẬC BA • LỰC LIÊN KẾT BẬC HAI (mật độ NL cố kết) • Trong đó: – Hv nhiệt hóa phân tử – T nhiệt độ (K) CẤU TRÚC BẬC BA • Chất lỏng có khối lượng phân tử nhỏ - Ev ~ Hv (T) • Polyme khơng bay -> CED xđ gián tiếp ~ hòa tan chất lỏng có CED xác định • δ = thơng số tính tan (bảng 3.7) Nếu bỏ qua tương tác mạnh lk H, polyme δ2 tan dung môi δ1 nếu: CẤU TRÚC BẬC BA CẤU TRÚC BẬC BA • Giá trị Ecoh phụ thuộc V phân tử • Với pol, thể tích phù hợp V chiếm chỗ R.U polyme • Ecoh ~ NL cố kết/thể tích R.U cohesive, VR • Tương quan gần đúng, tương tác lớn mô tả thay đổi với độ tan CẤU TRÚC BẬC BA • Mật độ entanpi nhiệt hóa [∆Hvap] hai dung mơi Methylethyl ketone acetone: Dung môi Mật độ (g/cm3 ) HVC Methel Ethyl Ketone 0.8 106 Axetơn 0.8 125 • Dung mơi phù hợp cho polystyrene? CED cho polystyrene 75% /mm2 CẤU TRÚC BẬC BA • CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ VƠ ĐỊNH HÌNH CỦA POLYME • Khi polyme làm lạnh, hoăc cô đặc – 1st : phân tử chuyển thành dạng thủy tinh; với chuỗi polyme dạng cuộn, mắc vào => chất rắn vơ định hình, có trạng thái thủy tinh – 2nd: chuỗi đơn xoắn gắn lại cách cân đối trật tự chiều => tinh thể CẤU TRÚC BẬC BA • XU HƯỚNG TINH THỂ HĨA POLYME CẤU TRÚC BẬC BA • TÍNH ĐỀU ĐẶN TRONG CẤU TRÚC CẤU TRÚC BẬC BA • ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CHUỖI POLYME – Chuỗi polyme linh động dễ hình thành dễ phù hợp bị khuấy trình polyme hóa – Độ linh độ ~ quay xung quanh chuỗi liên kết bão hòa VD, nghiên cứu quay xung quanh –CH2cho biết ảnh hưởng tới đơn vị kế bên ~ độ linh động CẤU TRÚC BẬC BA • ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CHUỖI POLYME – Sự quay dễ dàng quanh liên kết đôi=> thay đổi cấu hình riêng do, xảy nhóm (–CO– O–), (–O–CO–O–), (–C–N–) đưa vào mạch Nếu chúng tuần hoàn hoặc/và tồn lực liên phân tử đủ mạnh, vật liệu có xu hướng tinh thể hóa, có điểm nóng chảy cao Cứng, khó hịa tan Nếu, khơng có tình tuần hồn => vơ định hình, mềm, … CẤU TRÚC BẬC BA • ĐỘ LINH ĐỘNG CỦA CHUỖI POLYME – Liên kết Ether imine liên kết đôi dạng CIS làm giảm rào lượng làm quay lên kết kế bên làm chuỗi mềm (linh động) so với chuỗi C-C – Cấu trúc vòng mạch nhóm phân cực –SO2–, –CONH– làm giảm nhanh chóng độ linh động làm tăng xu hướng tinh thể hóa ... qua lkết cộng hóa trị bậc CẤU TRÚC BẬC MỘT Tìm hiểu cấu trúc monome: • Bản chất liên kết (liên kết hóa học) • Kiểu monome tạo liên kết (chức polyme) • Cách thức liên kết monome (cơ chế polyme hóa) ... chất polyme thay đổi Xét cấu trúc hóa học PL cấp độ: – Cấu trúc hóa học (thành phần nguyên tử) monome (cấu trúc bản) – Chuỗi polyme mạch thẳng – Tổ hợp mạch polyme s (tertiary structure) LIÊN KẾT... tử Liên kết ion • Lực tương tác hút Na+ Cl- LIÊN KẾT ION • Liên kết ion khơng phổ biến polyme • Ion hóa trị tạo liên kết chéo với nhóm COOH epoxy tự nhiên LIÊN KẾT CỘNG HĨA TRỊ C+H => CH4 (liên