LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC POLYME

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, một số
tính chất của polyme thay đổi. Xét cấu trúc
hóa học của PL ở 3 cấp độ:
– Cấu trúc hóa học (thành phần nguyên tử) của
monome (cấu trúc cơ bản)
– Chuỗi polyme mạch thẳng
– Tổ hợp của mạch polyme s (tertiary structure)
LIÊN KẾT HÓA HỌC
1. Liên kết bậc một
a. Ionic
b. Covalent
c. Metallic
2. Liên kết bậc hai
a. Dipole
b. Hydrogen
c. Induction
d. van der Waals (dispersion)
LIÊN KẾT ION
• Mọi chất có xu hướng về cấu trúc của khí hiếm
• Chất nhường điện tử
• Chất nhận điện tử
• Liên kết ion
• Lực tương tác hút giữa Na+ và Cl
-
LIÊN KẾT ION
• Liên kết ion không phổ biến trong polyme

• Ion hóa trị 2 có thể tạo liên kết chéo với nhóm
COOH trong epoxy tự nhiên
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
C+H => CH4 (liên kết ion?)
• Cấu hình điện tử bền có được nhờ việc dùng
chung các cặp điện tử hóa trị.
• Liên kết cộng hóa trị
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
• Do sự hình thành các cặp e dùng chung (độ âm
điện khác nhau không quá lớn) => ghép đôi e
độc thân có spin ngược nhau.
• Mức độ bền chặt của liên kết (NLLK) phụ thuộc
vào mức độ xen phủ của điện tích không gian
• Số cặp điện tử dùng chung giữa hai nguyên tử
=> số hóa trị
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
• Liên kết phổ biến trong polyme: đơn, đôi, ba…
LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
• Có tính chất bão hòa, tính định hướng
• Sự lai hóa của mây e
• Phân tử có thể phân cực hoặc không, tuy thuộc
vào sự khác nhau của độ âm điện
• Các hợp chất cộng hóa trị thuần sigma bền hơn
là các hợp chất có thêm các liên kết Pi.
LIÊN KẾT ION VS. CỘNG HÓA TRỊ
LK ION LK CHT
Tinh thể ion Khí, lỏng (tạo bởi các PT)
T
m
cao T

m
thấp
Dẫn điện khi nóng chảy Dẫn điện kém ở mọi trạng thái
Tan trong nước và dung môi
phân cực
Tan trong dung môi không phân
cực
NL liên kết lớn NL liên kết nhỏ
LIÊN KẾT LƯỠNG CỰC
• Phân tử trung hòa điện => lưỡng cực vĩnh cửu
nếu tâm (+) và (-) không đồng nhất;
• Cặp điện tử dùng chung định xứ nhiều hơn trên
một nguyên tử do sự sai khác về ái lực điện tử.
• VD: HCl
LIÊN KẾT LƯỠNG CỰC
• Tương tác lưỡng cực thông qua lực Coulomb
• Phân tử phân cực được giữ ở khoảng cách cân bằng
trong trạng thái rắn nhờ tương tác giữa điện tích
trái dấu ở đầu các phân tử polyme
• Các tương tác này => tương tác lưỡng cực – lưỡng
cực
• Định hướng phân tử nảy sinh trong quá trình trộn
gia nhiệt
• Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực phụ thuộc nhiệt
độ => xác định tính chất, cấu trúc polyme.
LIÊN KẾT LƯỠNG CỰC
• Véc tơ tổng của 4 tương tác Coulôn với a làkhoảng
cách giữa tâm của các lưỡng cực
 
)cos(sinsincoscos2

3
BABABA
BA
a




LIÊN KẾT HY-ĐRÔ
• Liên kết giữa điện tích dương của H+ với điện tích âm
của các nguyên tử kích thước nhỏ F, O, hoặc N.
• Ví dụ:
LIÊN KẾT HY-ĐRÔ
• Sự khác nhau về độ âm điện giữa H2 (2.1) và O2
(3.5) => e liên kết dịch về một phía
• Phần lớn diễn ra với các nguyên tử kích thước
nhỏ (chứa F, N, và O) do có thể tới gần H2 để
tạo liên kết
.
LIÊN KẾT HY-ĐRÔ
• Liên kết H mạnh hơn lưỡng cực
• Trong polyme, liên kết H => nhóm chức trong
cùng hoặc khác phân tử.
• H thường nằm trong các nhóm COOH, OH, NH,
nguyên tử còn lại (thường là O2) trong liên kết
nằm trong các nhóm carbonyl, ethers hoặc
hydroxyl.
• Liên kết H có vai trò quan trọng trong cấu trúc
và tính chất của polyme.
NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

LIÊN KẾT CẢM ỨNG
• Lưỡng cực sinh điện trường, có thể cảm ứng
tương đối dịch chuyển của điện tử hoặc hạt
nhân của phân tử lân cận.
• Phân tử lân cận bị phân cực => lực cảm ứng
• Yếu, phụ thuộc nhiệt độ
LIÊN KẾT VAN DER WAALS
• Khí hiếm (He, Ne, Ar, và Kr) khó tạo liên kết
• Ở T thấp: ngưng tụ => dạng rắn
• Tương tự CH4, CO2, và H2 đã có vùng hóa trị
được lấp đầy, không tạo thêm liên kết
• Ở T nhất định => lực liên phân tử
LIÊN KẾT VAN DER WAALS
• Điện tử quay quanh nhân. Khi tâm điện tích (+)
và (-) không đồng nhất lưỡng cực (tạo bởi dao
động điện tử) tồn tại trong vật liệu không cực
• Nếu định hướng của lưỡng cực dao động phù
hợp => lực tương tác liên phân tử - van der
Waals.
• Tồn tại trong mọi phân tử
• Tương đối phổ biến trong poilyme
T nóng chảy của một số vật liệu
T nóng chảy của một số vật liệu
VÍ DỤ
• Giải thích T nóng chảy
NHẬN XÉT
• Liên kết bậc một bền hơn liên kết bậc hai.
Trong liên kết bậc một liên kết ion bền hơn
liên kết kim loại.
• Cả F và PE đều được duy trì bởi lực Van der

Waals
• Với phân tử F, lực này bị phá vỡ dễ dàng khi
gia nhiệt => F trạng thái khí ở RT
• Trong PE, cao phân tử, khi gia nhiệt lực van
der Waals => rất lớn => nhiệt nóng chảy của
PE rất lớn
Năng lượng liên kết
• Phương pháp tính gần đúng
– Liên kết ion
– Liên kết ion- lưỡng cực
– Lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng
– Lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng



3
21
.
2

r
e
E 


3
.
2
.
r

i
E






3
21
.
4

r
E


2
2
1
r
eZZ
D
f
ba
