Trùng hợp etilen: nCH2=CH2 → polietilen (PE)

Trả lời nhanh

Phương trình trùng hợp etilen: nCH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n, điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác. Sản phẩm là polietilen (PE), một chất dẻo. Khi trùng hợp, liên kết π trong mỗi phân tử etilen bị mở ra, các mắt xích –CH₂–CH₂– nối với nhau thành mạch dài, nên polime không còn liên kết đôi.

Phương trình phản ứng trùng hợp etilen

nCH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n (điều kiện: t°, p, xúc tác)

Monome: etilen CH₂=CH₂ (M = 28).
Polime: polietilen, viết tắt PE.
Mắt xích: –CH₂–CH₂–.
Hệ số trùng hợp n: số mắt xích trong một phân tử polime, thường rất lớn (hàng nghìn).

Trùng hợp là phản ứng cộng liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống nhau (monome) thành phân tử rất lớn (polime), không tạo ra sản phẩm phụ như H₂O.

Điều kiện phản ứng

Trong sách giáo khoa phổ thông, điều kiện thường ghi gọn là nhiệt độ, áp suất, xúc tác. Thực tế công nghiệp có hai hướng chính:

Phương pháp	Điều kiện tiêu biểu	Sản phẩm
Áp suất cao	Khoảng 200 °C, áp suất hàng nghìn atm, chất khơi mào là vết oxi hoặc peoxit	PE mạch phân nhánh, mềm, tỉ khối nhỏ (LDPE)
Áp suất thấp	Nhiệt độ vừa phải (dưới 100 °C), áp suất thấp, xúc tác Ziegler–Natta (hợp chất Ti kết hợp hợp chất nhôm)	PE mạch thẳng, cứng hơn (HDPE)

Khi làm bài, em chỉ cần ghi “t°, p, xt” là đủ, trừ khi đề hỏi cụ thể.

Vì sao etilen trùng hợp được?

Phân tử CH₂=CH₂ có một liên kết đôi gồm một liên kết σ bền và một liên kết π kém bền. Khi có chất khơi mào, liên kết π bị phá vỡ, mỗi nguyên tử cacbon còn một electron độc thân để nối sang phân tử khác:

Khơi mào: tạo gốc tự do (hoặc tâm hoạt động) đầu tiên tấn công một phân tử etilen.
Phát triển mạch: tâm hoạt động ở cuối mạch lần lượt cộng thêm từng phân tử etilen.
Ngắt mạch: tâm hoạt động mất đi, mạch ngừng phát triển.

Mẹo nhớ: điều kiện để trùng hợp là monome phải có liên kết bội (như CH₂=CH₂, CH₂=CH–Cl, CH₂=CH–CH₃) hoặc vòng kém bền. Etan C₂H₆ chỉ có liên kết đơn nên không trùng hợp.

Tính chất và ứng dụng của polietilen

Chất rắn, màu trắng đục, mềm dẻo, không mùi, không vị, nhẹ hơn nước.
Trơ với axit, bazơ loãng; không tan trong nước; cách điện tốt.
Nóng chảy ở nhiệt độ không quá cao nên dễ tạo hình.
Ứng dụng: màng bọc thực phẩm, túi nilon, chai lọ, ống nhựa, vỏ dây cáp điện.

Vì PE rất bền, khó phân huỷ trong tự nhiên, ta nên hạn chế dùng túi nilon dùng một lần và phân loại rác thải nhựa.

Phân biệt trùng hợp với phản ứng cộng của etilen

Tiêu chí	Cộng Br₂	Trùng hợp
Phương trình	CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br–CH₂Br	nCH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)_n
Điều kiện	Dung dịch brom, thường	t°, p, xúc tác
Sản phẩm	Hợp chất nhỏ (M = 188)	Polime phân tử khối rất lớn
Hiện tượng	Dung dịch brom mất màu	Tạo chất rắn dẻo; PE không làm mất màu nước brom

Lỗi sai thường gặp

Quên đặt n trước công thức monome hoặc đặt n sai chỗ trong ngoặc của polime.
Viết polime còn giữ liên kết đôi: (–CH₂=CH₂–)_n là sai; liên kết đôi đã chuyển thành liên kết đơn.
Nhầm trùng hợp với trùng ngưng (trùng ngưng có giải phóng phân tử nhỏ như H₂O).
Viết thiếu dấu ngoặc đơn hoặc dấu gạch nối hai đầu mắt xích.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Một mẫu polietilen có phân tử khối trung bình 280 000. Tính hệ số trùng hợp n.

Giải: Mắt xích –CH₂–CH₂– có M = 28. Vậy n = 280 000 : 28 = 10 000.

Bài 2. Trùng hợp 5,6 lít etilen (đktc) với hiệu suất 90%. Tính khối lượng PE thu được.

Giải: n(C₂H₄) = 5,6 : 22,4 = 0,25 mol, tức 0,25 × 28 = 7 g. Khối lượng PE = 7 × 90% = 6,3 g (theo bảo toàn khối lượng, polime có khối lượng bằng khối lượng monome đã phản ứng).

Bài 3. Để điều chế 4,2 tấn PE với hiệu suất 75%, cần bao nhiêu tấn etilen?

Giải: Khối lượng etilen lí thuyết = 4,2 tấn. Vì H = 75% nên khối lượng thực tế cần dùng = 4,2 : 0,75 = 5,6 tấn.

Bài 4. Chất nào sau đây có thể trùng hợp: C₂H₆, CH₂=CH–CH₃, CH₄?

Đáp án: chỉ CH₂=CH–CH₃ (propilen) vì có liên kết đôi, tạo polipropilen (–CH₂–CH(CH₃)–)_n.

Câu hỏi thường gặp

Phản ứng trùng hợp etilen tạo ra chất gì?

Tạo polietilen (PE), công thức (–CH2–CH2–)n, là chất dẻo màu trắng đục, mềm, dùng làm túi nilon, màng bọc, ống nhựa.

Điều kiện của phản ứng trùng hợp etilen là gì?

Cần nhiệt độ, áp suất và xúc tác (hoặc chất khơi mào). Ở quy mô công nghiệp có thể dùng áp suất cao với vết oxi/peoxit hoặc áp suất thấp với xúc tác Ziegler–Natta.

Polietilen có làm mất màu nước brom không?

Không. Trong polietilen không còn liên kết đôi vì liên kết π đã mở ra khi trùng hợp, nên PE không phản ứng cộng với brom.

Trùng hợp khác trùng ngưng ở điểm nào?

Trùng hợp chỉ cộng các monome có liên kết bội hoặc vòng kém bền, không tạo sản phẩm phụ. Trùng ngưng cần monome có ít nhất hai nhóm chức và giải phóng phân tử nhỏ như H2O.