Poli etilen (PE): tính chất, ứng dụng, điều chế

Trả lời nhanh

Poli etilen (viết tắt PE) là polime tổng hợp có công thức (–CH₂–CH₂–)_n, được điều chế bằng phản ứng trùng hợp etilen CH₂=CH₂. PE là chất rắn màu trắng đục, mềm dẻo, không tan trong nước, trơ với axit và kiềm. Nó được dùng làm túi nilon, màng bọc thực phẩm, ống dẫn nước và vỏ cách điện.

Poli etilen là gì?

Poli etilen là polime được tạo thành khi rất nhiều phân tử etilen (monome) nối với nhau thành một mạch dài. Tên gọi “poli” nghĩa là “nhiều”, nên poli etilen hiểu đơn giản là “nhiều phân tử etilen ghép lại”.

Công thức cấu tạo: (–CH₂–CH₂–)_n
Công thức phân tử của mắt xích: C₂H₄ (M = 28)
Hệ số polime hoá n: cho biết số mắt xích trong một phân tử polime, n = M_polime : 28
Phân loại: polime tổng hợp, điều chế bằng trùng hợp, thuộc loại chất dẻo nhiệt dẻo.

Lưu ý cách viết: nhiều bạn viết “C₂H₄n”. Cách viết chuẩn là (C₂H₄)_n hoặc (–CH₂–CH₂–)_n, vì chỉ số n áp dụng cho cả mắt xích chứ không riêng nguyên tử H.

Tính chất vật lí

Chất rắn, màu trắng đục (dạng màng mỏng thì gần trong suốt), hơi bóng, không mùi, không vị.
Mềm, dẻo, dai; kéo thành sợi hoặc thổi thành màng mỏng được.
Nóng chảy ở khoảng 105–135 °C tuỳ loại, khi nóng chảy thì mềm ra, để nguội lại rắn (đặc trưng của chất nhiệt dẻo).
Khối lượng riêng nhỏ, khoảng 0,91–0,97 g/cm³, nhẹ hơn nước nên nổi trên mặt nước.
Không tan trong nước và hầu hết dung môi ở nhiệt độ thường; không thấm nước; cách điện tốt.

Trong thực tế có hai loại hay gặp: PE mật độ thấp (LDPE, mạch phân nhánh, mềm hơn, dùng làm màng bọc, túi mỏng) và PE mật độ cao (HDPE, mạch ít nhánh, cứng hơn, dùng làm chai, can, ống).

Tính chất hoá học

Mạch PE chỉ gồm liên kết đơn C–C và C–H, giống ankan mạch dài, nên PE khá trơ.

Bền với axit, kiềm, chất oxi hoá yếu: không phản ứng với dung dịch HCl, NaOH ở nhiệt độ thường. Vì vậy PE được dùng làm chai đựng hoá chất.
Không làm mất màu nước brom, dung dịch KMnO₄: trong phân tử không còn liên kết đôi, khác hẳn monome etilen.
Phản ứng cháy: PE cháy được, ngọn lửa màu vàng, chảy thành giọt, có mùi gần giống sáp nến.

(C₂H₄)_n + 3nO₂ → 2nCO₂ + 2nH₂O (nhiệt độ cao)
Phản ứng thế với clo: khi chiếu sáng hoặc đun nóng, PE tác dụng với Cl₂ tạo PE clo hoá (một phần H bị thay bằng Cl), giống phản ứng thế của ankan.
Bị phân huỷ ở nhiệt độ cao hoặc khi gặp chất oxi hoá mạnh (như HNO₃ đặc nóng), mạch polime bị cắt ngắn.

Điều chế poli etilen

PE được điều chế bằng phản ứng trùng hợp etilen:

nCH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n (điều kiện: xúc tác, nhiệt độ, áp suất)

Điều kiện cụ thể quyết định loại PE thu được:

Loại	Điều kiện (tham khảo)	Đặc điểm
LDPE	Áp suất rất cao (hàng nghìn atm), khoảng 200 °C, chất khơi mào như oxi hoặc peoxit	Mạch nhiều nhánh, mềm, dẻo
HDPE	Áp suất thấp, nhiệt độ khoảng 50–100 °C, xúc tác Ziegler–Natta (hợp chất Ti và Al)	Mạch thẳng hơn, cứng, bền

Điều kiện của phản ứng trùng hợp: monome phải có liên kết đôi (hoặc vòng kém bền). Etilen có liên kết đôi C=C nên thoả mãn.

Ứng dụng của poli etilen

Túi đựng hàng, màng bọc thực phẩm, màng phủ nông nghiệp, bao bì.
Chai, can, thùng, hộp nhựa đựng thực phẩm và hoá chất.
Ống dẫn nước, ống bảo vệ dây điện.
Vỏ bọc cách điện cho dây và cáp điện.
Đồ chơi, đồ gia dụng, dụng cụ y tế dùng một lần.

Vấn đề môi trường: PE rất khó phân huỷ trong tự nhiên, túi nilon có thể tồn tại hàng trăm năm. Hãy hạn chế dùng túi một lần, phân loại và tái chế (PE thường mang kí hiệu tái chế số 2 hoặc 4).

Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp

Nhầm trùng hợp với trùng ngưng: PE chỉ do một loại monome có liên kết đôi trùng hợp, không tạo ra phân tử nhỏ như H₂O.
Cho rằng PE làm mất màu nước brom: sai, vì PE không còn liên kết đôi.
Quên chia cho 28 khi tính n: mắt xích là C₂H₄ nên M = 28, không phải 30 (etan) hay 26 (axetilen).
Quên hiệu suất: khối lượng monome cần dùng = khối lượng polime : hiệu suất.
Mẹo nhớ: “PE là polime của etilen, trơ như ankan, dẻo như màng bọc thực phẩm”.

Bài tập vận dụng có đáp án

Bài 1. Một mẫu PE có khối lượng mol phân tử trung bình là 280 000 g/mol. Tính hệ số polime hoá n.

Giải: n = 280 000 : 28 = 10 000.

Bài 2. Cần bao nhiêu tấn etilen để điều chế 2,8 tấn PE, biết hiệu suất phản ứng trùng hợp là 70%?

Giải: Nếu hiệu suất 100% thì khối lượng etilen bằng khối lượng PE = 2,8 tấn. Với H = 70%: m = 2,8 : 0,7 = 4 tấn.

Bài 3. Đốt cháy hoàn toàn 2,8 gam PE. Tính thể tích CO₂ (đktc) và khối lượng H₂O tạo thành.

Giải: Số mol mắt xích C₂H₄ = 2,8 : 28 = 0,1 mol. Mỗi mol C₂H₄ cho 2 mol CO₂ và 2 mol H₂O nên n(CO₂) = 0,2 mol, V = 0,2 × 22,4 = 4,48 lít; n(H₂O) = 0,2 mol, m = 0,2 × 18 = 3,6 gam.

Bài 4 (nhận biết). Phân biệt hai mẫu nhựa: PE và PVC bằng cách đốt thử thế nào?

Giải: PE cháy dễ, ngọn lửa vàng, mùi giống sáp nến, không khói đen dày. PVC khó cháy, tự tắt khi đưa ra khỏi lửa, có mùi xốc của HCl. (Chỉ làm thí nghiệm khi có hướng dẫn của thầy cô và ở nơi thoáng khí.)

Câu hỏi thường gặp

Poli etilen có công thức là gì?

Công thức là (–CH2–CH2–)n, hay viết gọn (C2H4)n, trong đó n là hệ số polime hoá, mắt xích là CH2–CH2 có khối lượng 28.

Poli etilen được điều chế từ chất nào?

Từ etilen CH2=CH2 bằng phản ứng trùng hợp, có xúc tác, nhiệt độ và áp suất phù hợp tuỳ loại PE cần thu (LDPE hoặc HDPE).

Poli etilen có làm mất màu nước brom không?

Không. Trong phân tử PE chỉ còn liên kết đơn, không còn liên kết đôi C=C như etilen nên PE không phản ứng cộng với brom.

Poli etilen có tan trong nước không?

Không. PE không tan trong nước, không thấm nước và nhẹ hơn nước nên nổi trên mặt nước.