Dr. Nguyen Quang Khuyen

Chương 5
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HÓA LÝ
POLYMER
12/23/2010 1
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Tùy theo cách sắp xếp và mức độ đối xứng
5.1 Trạng thái tập hợp và trạng thái pha
5.1.1 Hình thái sắp xếp
12/23/2010 2
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Tùy theo cách sắp xếp và mức độ đối xứng
5.1.1 Hình thái sắp xếp
12/23/2010 3
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
5.1.2 Trạng thái tập hợp
12/23/2010 4
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Nhiệt động : trạng thái vật thể : khí, lỏng, rắn.
Khí : các phân tử chuyển động nhiều hướng, khoảng
các giữa các phân tử lớn hơn kích thước phân tử.
Lỏng : có hình dáng, chuyển động tịnh tiến, chuyển
động có định hướng, khoảng cách giữa các phân tử gần
bằng với kích thước phân tử đó.
Rắn : kích thước phân tử lớn hơn rất nhiều so với
khoảng cách giữa các phân tử. Chuyển động : dao động
giữa các phân tử ở những nhóm nguyên tử xung quanh
ở vị trí cân bằng nào đó.
5.1.2 Trạng thái tập hợp
12/23/2010 5

MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Pha là một phần đồng nhất của hệ thống được tách
riêng với các phần tử khác, nhờ bề mặt phân chia giữa
chúng và khác nhau về tính nhiệt động.
Pha khác nhau là do sự sắp xếp của phân tử.
Polymer có hai pha : pha tinh thể và vô định hình
( pha là quan điểm về cấu trúc).
5.1.3 Trạng thái pha
12/23/2010 6
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Là trạng thái mà trong đó các phân tử polymer được sắp
xếp theo một trình tự nhất định. Trình tự đó gọi là trinh
tự xa và ba chiều.
Trình tự xa: là trình tự sắp xếp mà trong đó kích thước
của vùng có thứ tự lớn hơn rất nhiều so với kích thước
chính phân tử, ngoài ra trình tự xa có thể tồn tại một, hai
hoặc ba hướng.
Những polymer kết tinh thường có cấu tạo điều ha lập
thể.
Tinh thể
12/23/2010 7
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Polymer kết tinh
12/23/2010 8
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Là trạng thái mà trong đó các mạch sắp xếp không theo
thứ tự nào hoặc theo trình tự gần mà trong đó vùng thứ
tự có kích thước nhỏ hơn kích thước chính phân tử.
Các polymer mạch thẳng vô định hình có thể có 3 trạng
thái lý học tùy theo nhiệt độ: trạng thái thủy tinh, trạng

thái mềm cao, trạng thái chảy nhớt.
Trạng thái vô định hình
12/23/2010 9
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Trạng thái vô định hình
Trạng thái thủy tinh đặc trưng bởi sự giao động của
các nguyên tử trong mạch gần vị trí cân bằng.
Trạng thái mềm cao đặc trưng bởi sự dao động các
mắt xích và do mạch polymer có khả năng uốn dẻo.
Trạng thái chảy nhớt đặc trưng cho sự linh động của
toàn mạch đại phân tử.
Trạng thái vô định hình
11MaMH 605002 Khái niệm hóa lý polymer12/23/2010
Cùng với sự xuất hiện nhiều học thuyết về keo ưa nước
trong phạm vi hóa học keo cổ điển.
Chiều dài của mạch rất lớn so với chiều ngang mạch.
Trước đây quan niệm rằng mạch polymer dài thẳng và
cứng.
Nhưng thực tế chúng cuộn lại hay uốn khúc, chuyển
động nội tại và độ có cực quyết định độ mềm của mạch.
5.2 Khái niệm hiện đại về cấu tạo phân tử
của polymer
5.2.1 Khái niệm mạch dài
12/23/2010
12
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Khi tác dụng một mẫu polymer theo hai hướng khác
nhau ta thấy lực tác dụng theo chiều dài lớn thì mẫu mới
bị biến dạng hoặc bị đứt, tác dụng vào bề ngang thì chỉ
cần một lực nhỏ.

Hiện tượng không đồng nhất về tính chất của polymer
gọi là tính chất bất đẳng hướng.
5.2.2 Tính chất bất đẳng hướng (tt)
12/23/2010
13
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Tính chất đó là do các phân tử có định hướng , sắp xếp
theo chiều của ngoại lực tác dụng. Muốm làm biến dạng
theo chiều dọc cần một lực tác dụng rất lớn để biến đổi
tác động lên mối nối hóa học và góc hóa trị.
Lực tác dụng theo chiều ngang tác động vào lực tương
hỗ giữa các phân tử ( lực ion, lực định hướng, lực liên
kết hydro…). Lực này bé hơn lực liên kết hóa học các
mối nối rất nhiều.
5.2.2 Tính chất bất đẳng hướng
12/23/2010
14
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Những polymer mà phân tử có các mối nối có cực
không đối xứng với nhau là những polymer có cực
(lưỡng cực), các phân tử không có mối nối có cực, hoặc
sắp xếp đối xứng và cân bằng với nhau gọi là các
polymer không có cực ( không lưỡng cực).
Ví dụ: trong phân tử HF mật độ đám mây điện tử ở
nguyên tử F lớn hơn nguyên tử H.
Các polymer tạo thành theo cacbua hydro đều không có
cực, các polymer có cực lớn như rượu, các polymer có
chứa nhiều nhóm OH.
5.2.2 Tính chất cực của polymer
12/23/2010

15
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Nếu các mối nối trong phân tử sắp xếp đối xứng nhau thì
điện trường của chúng bù trừ nhau, nên momen lưỡng cực
của chúng bằng không.
5.2.2 Tính chất cực của polymer (tt)
Teflon
PP
12/23/2010
16
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Hình thái cấu tạo là sự sắp xếp của các nguyên tử trong
không gian theo những vị trí cố định ứng với cấu tạo
hóa học xác định.
Hình thái sắp xếp là sự thay đổi vị trí các nguyên tử
trong không gian và năng lượng của phân tử do chuyển
động nhiệt làm xuất hiện sự quay nội tại trong phân tử,
trong trường hợp này không làm đứt các liên kết hóa
học.
5.2.3 Hình thái cấu tạo và hình thái sắp xếp
12/23/2010
17
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Các tính chất vật lý phụ của hợp chất cao phân tử phụ
thuộc vào cấu tạo hóa học của chất đó.
Nguyên nhân chính làm cho mạch polymer mềm dẻo là
sự quay nội tại của các phân tử riêng lẻ trong phân tử.
Ngoài ra còn do kích thước của mạch polymer không
cân đối.
Bất cân đối là do mạch polymer rất dài so với chiều

ngang.
5.2.3 Tính mềm dẻo của mạch polymer
12/23/2010
18
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Nguyên nhân bất cân đối chưa phải là nguyên nhân
chính, mà nguyên nhân chính là sự quay nội tại của
các phân tử riêng rẽ trong mạch polymer.
Sự quay nội tại trong phân tử thấp : quay tự do là hiện
tượng quay không có sự biến đổi năng lượng của phân
tử. Hiện tượng quay của một phân tử tương ứng với
một phân tử khác gọi là hiện tượng quay nội tại
trong phân tử.
Khi chuyển động nhiệt vị trí không gian của các nguyên
tử không ngừng thay đổi.
5.2.3 Tính mềm dẻo của mạch polymer (tt)
12/23/2010
19
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
PVC (PolyVinylChloride)
5.2.3 Tính mềm dẻo của mạch polymer (tt)
12/23/2010
20
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Thực tế polymer không thể quay hoàn toàn tự do, như
thể mạch phân tử chiếm ít hình thái sắp xếp hơn, nhưng
vẫn có khả năng uốn khúc.
Polymer là một hệ thống gồm nhiều đại phân tử
trong đó sự quay nội tại của các phân tử bị cản trở do
lực tác dụng tương hỗ của các liên kết không hóa học

giữa các nguyên tử, nghĩa là có thể là lực tác dụng giữa
các nguyên tử trong cùng một đoạn mạch (nội lực phân
tử) hoặc giữa các nguyên tử khác mạch nằm cạnh
nhau.
Hiện tượng quay nội tại trong phân tử của
polymer
12/23/2010
21
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Thềm thế năng, trọng lượng phân tử, kích thước mạch
nhánh, trọng lượng phân tử, mật độ mạng lưới không
gian và nhiệt độ.
Thềm thế năng phụ thuộc vào lực tác dụng tương hỗ
bên trong phân tử, lực tác dụng lại phụ thuộc vào các
nhóm có cực, khoảng các giữa các nhóm có cực và
mức độ đối xứng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính mềm dẻo của
mạch
12/23/2010
22
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Trọng lượng phân tử.
Mật độ mạng lưới không gian: nếu lực tác dụng tương hỗ
càng lớn, thì sẽ làm giảm tính linh động của mắt xích, mạch
không gian có liên kết hóa học và lực liên kết giữa các phân
tử rất lớn làm ảnh hưởng đến độ linh động của mắt xích rất
nhiều.
Kích thước nhóm thế và trọng lượng nhóm thế càng lớn
càng làm cản trở sự quay của các mắt xích, khi tăng số
nhóm thế làm tính mềm dẻo mạch giảm đi. ví dụ : -OH, -

OOH.
Nhiệt độ tăng thì động năng của phân tử tăng dẫn đến mạch
mềm dẻo hơn. Hay độ mềm động học của mạch tăng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính mềm dẻo của
mạch (tt)
12/23/2010
23
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Kết luận : độ mềm của mạch polymer là yếu tố quyết định tất
cả các tính chất cơ học và nhiệt động của polymer.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính mềm dẻo của
mạch (tt)
HDPE
LDPE
12/23/2010
24
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer
Question and answer!
12/23/2010
25
MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer