Phản ứng Trùng Hợp Stiren (styrene), hay còn gọi là vinylbenzen, là một quá trình quan trọng trong công nghiệp hóa học, tạo ra polistiren (polystyrene) – một loại polymer nhiệt dẻo phổ biến. Quá trình này biến đổi các phân tử stiren nhỏ (monomer) thành chuỗi dài polistiren (polymer) dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác. Công thức tổng quát của phản ứng trùng hợp stiren như sau:
n C6H5-CH=CH2 → (-CH2-CH(C6H5)-)n
Cơ Chế Phản Ứng Trùng Hợp Stiren
Phản ứng trùng hợp stiren thường diễn ra theo cơ chế gốc tự do. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính:
-
Khơi mào (Initiation): Chất khơi mào (initiator), thường là một peroxide hữu cơ, bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt hoặc ánh sáng, tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự do này tấn công liên kết đôi của phân tử stiren, tạo thành một gốc stiren mới.
-
Phát triển mạch (Propagation): Gốc stiren mới tạo thành tiếp tục phản ứng với các phân tử stiren khác, nối dài mạch polymer. Giai đoạn này lặp đi lặp lại, tạo ra chuỗi polistiren ngày càng dài hơn.
-
Ngắt mạch (Termination): Phản ứng dừng lại khi hai gốc tự do kết hợp với nhau, hoặc khi gốc tự do phản ứng với một tạp chất.
Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Phản Ứng Trùng Hợp Stiren
-
Nhiệt độ: Nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ phản ứng, nhưng nhiệt độ quá cao có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn.
-
Áp suất: Áp suất cao thường được sử dụng để tăng hiệu suất phản ứng, đặc biệt trong pha khí.
-
Chất xúc tác: Chất xúc tác có vai trò quan trọng trong việc khơi mào và kiểm soát tốc độ phản ứng. Các chất xúc tác thường được sử dụng là các peroxide hữu cơ như benzoyl peroxide (BPO) hoặc azobisisobutyronitrile (AIBN).
-
Nồng độ monomer: Nồng độ stiren càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh.
Ứng Dụng Của Polistiren
Polistiren là một vật liệu đa năng với nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
-
Bao bì: Polistiren được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bao bì thực phẩm, hộp đựng, và vật liệu đệm bảo vệ.
-
Vật liệu cách nhiệt: Polistiren xốp (EPS) là một vật liệu cách nhiệt hiệu quả, được sử dụng trong xây dựng và sản xuất tủ lạnh, máy lạnh.
-
Đồ dùng gia đình: Nhiều đồ dùng gia đình như cốc, đĩa, hộp đựng thực phẩm được làm từ polistiren.
-
Công nghiệp điện tử: Polistiren được sử dụng trong sản xuất vỏ thiết bị điện tử, linh kiện điện tử.
Ví Dụ Minh Họa và Bài Tập
Ví dụ 1: Chất nào sau đây trùng hợp tạo thành polistiren?
A. CH3-CH=C=CH2
B. CH2=CH2
C. CH2=CH-CH3
D. C6H5-CH=CH2
Đáp án: D. C6H5-CH=CH2
Giải thích: Stiren (C6H5-CH=CH2) là monome duy nhất trong các lựa chọn có khả năng trùng hợp tạo thành polistiren.
Ví dụ 2: Stiren không phản ứng với chất nào sau đây?
A. Dung dịch Br2
B. Khí H2 (to, Ni)
C. Dung dịch NaOH
D. Dung dịch KMnO4
Đáp án: C. Dung dịch NaOH
Giải thích: Stiren có liên kết đôi C=C trong phân tử nên có thể tham gia phản ứng cộng với Br2, H2 và phản ứng oxi hóa với KMnO4. NaOH là một bazơ mạnh, không phản ứng trực tiếp với stiren trong điều kiện thông thường.
Ví dụ 3: Chất nào sau đây làm mất màu dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ thường?
A. Benzen
B. Stiren
C. Metan
D. Toluen
Đáp án: B. Stiren
Giải thích: Stiren có liên kết đôi C=C, dễ dàng bị oxi hóa bởi dung dịch KMnO4 (thuốc tím) ở nhiệt độ thường, làm mất màu dung dịch. Phản ứng xảy ra như sau:
3C6H5CH=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C6H5CH(OH)-CH2OH + 2KOH + 2MnO2
Kết Luận
Phản ứng trùng hợp stiren là một quy trình công nghiệp quan trọng để sản xuất polistiren, một loại polymer có nhiều ứng dụng trong đời sống. Hiểu rõ cơ chế phản ứng, các yếu tố ảnh hưởng và các ứng dụng của polistiren giúp chúng ta nắm vững kiến thức về hóa học polymer và ứng dụng của nó trong thực tế.
