Nắm kỹ tơ lapsan công thức và cấu tạo trong chương trình hóa 12

Tơ lapsan công thức là một trong những kiến thức quan trọng trong chương trình hóa học 12. Đây là loại tơ tổng hợp được điều chế từ phản ứng trùng ngưng. Tơ lapsan có cấu trúc đặc biệt và nhiều ứng dụng trong công nghiệp dệt may. Bài viết phân tích chi tiết cấu tạo, phương pháp điều chế và tính chất của tơ lapsan.

Tơ lapsan công thức

Tơ lapsan là một loại tơ tổng hợp được điều chế từ phản ứng trùng ngưng. Quá trình tổng hợp diễn ra giữa axit terephthalic và etylen glycol.

Tơ lapsan công thức được biểu diễn như sau:

nHOOC-C6H4-COOH + nHO-CH2-CH2-OH → [-OC-C6H4-CO-O-CH2-CH2-O-]n + (2n-1)H2O

Trong đó:

• HOOC-C6H4-COOH: axit terephthalic
• HO-CH2-CH2-OH: etylen glycol
• n: số đơn vị cấu trúc lặp lại trong phân tử

Phản ứng tổng hợp tơ lapsan diễn ra ở nhiệt độ cao khoảng 280°C và có xúc tác. Sản phẩm thu được là những sợi tơ dài, bền với nhiệt và hóa chất.

Qua 20 năm giảng dạy, tôi thường chia công thức thành 3 phần để học sinh dễ nhớ:

• Phần axit terephthalic với vòng benzen đặc trưng
• Phần etylen glycol với 2 nhóm -OH
• Phần nước tách ra trong phản ứng

Khi giải bài tập về tơ lapsan, các em cần chú ý tỉ lệ mol giữa các chất tham gia phản ứng là 1:1. Điều này giúp tính toán chính xác khối lượng các chất phản ứng.

Cấu tạo và thành phần hóa học của tơ lapsan

Tơ lapsan là gì? Đây là loại tơ tổng hợp được điều chế từ phản ứng trùng ngưng giữa axit terephtalic và etylen glicol. Tơ lapsan có độ bền cơ học cao và khả năng chống nhăn tốt.

Tơ lapsan thuộc nhóm tơ polyeste với cấu trúc mạch thẳng. Khác với công thức tơ tằm, tơ lapsan không chứa các nhóm peptit mà chủ yếu là các liên kết este.

Monome tạo thành tơ lapsan

Tơ lapsan monome được tạo thành từ hai monome chính:

Monome thứ nhất là axit terephtalic có công thức:
HOOC-C6H4-COOH

Monome thứ hai là etylen glicol có công thức:
HO-CH2-CH2-OH

Hai monome này phản ứng với nhau theo tỉ lệ 1:1 tạo thành mạch polime thẳng. Trong quá trình giảng dạy, tôi thường ví von đây như việc xếp các viên gạch thẳng hàng để xây tường.

Cấu trúc phân tử của tơ lapsan

Tơ lapsan polime có cấu trúc mạch thẳng với công thức tổng quát:
[-OC-C6H4-CO-O-CH2-CH2-O-]n

Các nhóm este (-COO-) liên kết xen kẽ với vòng benzen và mắt xích etylen. Cấu trúc này tạo nên độ bền và tính đàn hồi đặc trưng của tơ lapsan.

Kinh nghiệm của tôi cho thấy học sinh dễ nhớ cấu trúc này khi tưởng tượng nó như một chuỗi xích, trong đó các mắt xích được nối với nhau bằng “đinh” este.

Phân loại tơ lapsan trong hóa học

Tơ lapsan được xếp vào nhóm tơ tổng hợp polyeste. Đây là loại tơ được tổng hợp hoàn toàn từ các nguyên liệu hóa dầu.

Trong công nghiệp, tơ lapsan thường được phân thành hai dạng chính: dạng sợi ngắn dùng pha trộn với bông và dạng sợi dài dùng dệt vải polyeste nguyên chất.

Tôi thường nhấn mạnh với học sinh rằng tơ lapsan là một trong những loại tơ tổng hợp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay nhờ chi phí sản xuất thấp và tính chất ưu việt.

Phản ứng tổng hợp và điều chế tơ lapsan

Phản ứng tổng hợp tơ lapsan là quá trình hóa học phức tạp gồm nhiều giai đoạn. Quá trình này tạo ra sợi tổng hợp có độ bền cao và khả năng chống nhăn tốt.

Tơ lapsan thuộc nhóm tơ polyeste được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt may. Sản phẩm có nhiều ưu điểm như độ bền cơ học cao và khả năng chống thấm nước tốt.

Nguyên liệu và điều kiện phản ứng

Nguyên liệu chính để tổng hợp tơ lapsan gồm axit terephtalic và etylen glycol. Hai chất này phải đảm bảo độ tinh khiết cao trên 99%.

Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 260-280°C và áp suất 3-5 atm. Quá trình cần có xúc tác là muối kẽm acetat hoặc antimon trioxit.

Thời gian phản ứng kéo dài từ 5-8 giờ để đạt hiệu suất tối ưu. Tôi thường nhắc học sinh cần ghi nhớ các thông số này vì chúng rất quan trọng.

Các giai đoạn tổng hợp

Giai đoạn 1: Este hóa tạo bis-(2-hydroxyetyl) terephthalat ở 150-200°C.

Giai đoạn 2: Trùng ngưng tạo polyetylen terephthalat ở 260-280°C.

Giai đoạn 3: Kéo sợi từ khối nóng chảy qua khuôn định hình.

Kinh nghiệm giảng dạy cho thấy học sinh dễ nhớ khi tôi chia quá trình thành 3 giai đoạn rõ ràng như trên.

Phương trình phản ứng tổng hợp

Phương trình tổng quát của tơ lapsan công thức như sau:

nHOOC-C₆H₄-COOH + nHO-CH₂-CH₂-OH → [-OC-C₆H₄-CO-O-CH₂-CH₂-O-]ₙ + (2n-1)H₂O

Đây là phản ứng trùng ngưng, loại bỏ phân tử nước. Sản phẩm là mạch thẳng có cấu trúc lặp lại.

Để học sinh dễ hiểu, tôi thường vẽ mô hình cấu trúc không gian của phân tử. Điều này giúp các em hình dung rõ hơn về liên kết trong polymer.

Tính chất và ứng dụng của tơ lapsan

Tơ lapsan là loại tơ tổng hợp được điều chế từ phản ứng trùng ngưng giữa axit terephtalic và etylen glicol. Tơ này có nhiều đặc tính nổi bật và ứng dụng đa dạng trong công nghiệp dệt may.

Tính chất vật lý

Tơ lapsan có độ bền cơ học và độ đàn hồi cao, khó bị nhàu và giữ được form dáng tốt. Đây là một trong những ưu điểm vượt trội so với tơ capron công thức và các loại tơ tổng hợp khác.

Sợi tơ có độ mảnh đồng đều, màu trắng trong suốt và có độ bóng tự nhiên. Khi được nhuộm màu, tơ lapsan cho màu sắc tươi sáng và bền màu.

Đặc biệt, tơ lapsan tính chất vật lý còn thể hiện qua khả năng chống thấm nước tốt, nhanh khô và dễ giặt ủi. Tôi thường khuyên học sinh thí nghiệm nhỏ giọt nước lên vải lapsan để quan sát tính kỵ nước này.

Tính chất hóa học

Tơ lapsan có độ bền hóa học cao, không bị phân hủy bởi axit và bazơ loãng ở nhiệt độ thường. Tôi thường làm thí nghiệm ngâm mẫu vải trong dung dịch axit và bazơ để minh họa.

Khả năng chống vi sinh vật tốt giúp tơ không bị mốc, mùi hôi. Tuy nhiên, tơ có thể bị phân hủy khi tiếp xúc lâu với axit đậm đặc ở nhiệt độ cao.

Tơ lapsan không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như cồn, xăng, benzen. Điều này giúp việc bảo quản và sử dụng sản phẩm dễ dàng hơn.

Ứng dụng trong công nghiệp và đời sống

Tơ lapsan ứng dụng rộng rãi trong ngành dệt may để sản xuất vải may mặc, đồ thể thao và các sản phẩm công nghiệp. Tôi thường lấy ví dụ về áo khoác chống thấm được làm từ tơ lapsan.

Trong công nghiệp, tơ lapsan được dùng làm vật liệu lọc, dây đai, lưới đánh cá và các sản phẩm cần độ bền cao. Tại phòng thí nghiệm, chúng tôi thường sử dụng vải lọc lapsan.

Ngoài ra, tơ còn được ứng dụng trong y tế làm chỉ khâu phẫu thuật, băng gạc và các vật liệu y tế nhờ tính kháng khuẩn tốt. Đây là một trong những ứng dụng quan trọng của tơ lapsan.

Cách viết và biểu diễn công thức tơ lapsan

Tơ lapsan là một loại tơ tổng hợp được điều chế từ phản ứng trùng ngưng. Việc nắm vững cách viết công thức tơ lapsan giúp học sinh dễ dàng hiểu được cấu trúc và tính chất của nó.

Công thức cấu tạo

Công thức cấu tạo của tơ lapsan được biểu diễn như sau:

[-OC-C6H4-CO-O-CH2-CH2-O-]n

Trong đó:

• C6H4 là vòng benzen
• CO là nhóm cacbonyl
• CH2 là nhóm metylen
• n là số đơn vị cấu trúc lặp lại

Qua 20 năm giảng dạy, tôi thường hướng dẫn học sinh nhớ công thức này bằng cách chia thành 4 phần: nhóm este, vòng benzen, nhóm este và mạch cacbon.

Công thức thu gọn

Tơ lapsan hóa học 12 có thể được viết gọn lại thành:

[-(O=C)-C6H4-(C=O)-O-CH2-CH2-O-]n

Cách viết này giúp thấy rõ hơn các liên kết este trong phân tử. Khi giảng dạy, tôi thường nhấn mạnh với học sinh về vị trí của 2 nhóm este này.

Lưu ý khi viết công thức

Khi viết công thức của tơ lapsan cách viết cần chú ý:

Đảm bảo đúng thứ tự các nhóm chức trong công thức. Nhiều học sinh hay nhầm lẫn vị trí của nhóm este và vòng benzen.

Không quên chỉ số n ở cuối công thức. Đây là yếu tố quan trọng thể hiện tính chất polime của tơ lapsan.

Viết rõ các liên kết đôi trong nhóm cacbonyl. Điều này giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc không gian của phân tử.

FAQ: Câu hỏi thường gặp về tơ lapsan

Tơ lapsan là một trong những loại tơ tổng hợp phổ biến được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp dệt may. Với cấu tạo tơ lapsan từ phản ứng trùng ngưng giữa axit terephthalic và etylen glycol, loại tơ này có nhiều ưu điểm vượt trội.

Sự khác biệt giữa tơ lapsan và các loại tơ tổng hợp khác

Tơ lapsan có độ bền cơ học và độ đàn hồi cao hơn nhiều so với các loại tơ tổng hợp thông thường. Điều này giúp sản phẩm may mặc từ tơ lapsan ít nhăn và giữ form tốt.

Khả năng chống thấm nước của tơ lapsan vượt trội hơn tơ nilon và tơ viscose. Tơ lapsan cũng có khả năng chịu nhiệt tốt, không bị biến dạng ở nhiệt độ cao.

Một đặc điểm nổi bật khác là tơ lapsan dễ nhuộm màu và giữ màu bền hơn các loại tơ tổng hợp khác.

Quy trình sản xuất tơ lapsan công nghiệp

Tơ lapsan công thức được tổng hợp qua nhiều giai đoạn phức tạp. Đầu tiên là phản ứng trùng ngưng giữa axit terephthalic và etylen glycol ở nhiệt độ cao.

Sau đó, polymer được nấu chảy và đùn qua các lỗ nhỏ để tạo sợi. Các sợi này được kéo dài và làm nguội nhanh để tạo độ bền.

Cuối cùng, sợi tơ được xử lý bề mặt và cuộn thành các ống lớn để cung cấp cho ngành dệt may.

Ảnh hưởng của tơ lapsan đến môi trường

Quá trình sản xuất tơ lapsan tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra khí thải CO2 đáng kể. Theo nghiên cứu của Viện Công nghệ Dệt may, mỗi kg tơ lapsan thải ra khoảng 5kg CO2.

Tơ lapsan khó phân hủy trong tự nhiên, có thể tồn tại hàng trăm năm. Điều này gây áp lực lớn cho môi trường khi sản phẩm bị thải bỏ.

Tuy nhiên, công nghệ tái chế tơ lapsan đang được phát triển mạnh. Các nhà máy hiện đại có thể tái chế tới 90% tơ lapsan thành nguyên liệu mới.

Kiến thức về tơ lapsan công thức giúp học sinh nắm vững cấu tạo và phương pháp tổng hợp loại tơ tổng hợp quan trọng này. Tơ lapsan được tổng hợp từ các monome đơn giản thông qua phản ứng trùng ngưng và tạo thành polime có cấu trúc đặc trưng. Với tính chất bền hóa học, bền nhiệt và độ đàn hồi cao, tơ lapsan trở thành nguyên liệu không thể thiếu trong công nghiệp dệt may hiện đại.