Khái niệm và phân loại polymer

Ở Course 4, em đã gặp protein — một phân tử khối rất lớn được ghép từ rất nhiều amino acid nối tiếp nhau bằng liên kết peptide. Bài này mở rộng đúng ý tưởng đó sang một nhóm chất rộng hơn nhiều: không chỉ cơ thể sống mới tạo ra phân tử khổng lồ từ các đơn vị lặp lại — con người cũng tổng hợp được hàng loạt vật liệu theo nguyên lý giống hệt, và gọi chung chúng là polymer.

**Polymer** (hợp chất cao phân tử) là những phân tử có khối lượng phân tử rất lớn, do nhiều đơn vị nhỏ liên kết với nhau theo một quy luật lặp lại tạo thành. Đơn vị nhỏ ban đầu — phân tử tham gia phản ứng tạo polymer — gọi là **monomer**; đơn vị cấu trúc lặp lại nhiều lần trong mạch polymer, sinh ra từ monomer sau phản ứng, gọi là **mắt xích** (đơn vị mắt xích cơ sở). Số lần mắt xích lặp lại trong một phân tử polymer gọi là **hệ số polymer hóa**, kí hiệu **n** — với đa số polymer thông dụng, n có giá trị từ vài trăm đến hàng chục nghìn, nên phân tử khối trung bình của polymer thường lên tới hàng trăm nghìn, thậm chí hàng triệu đvC. Ví dụ quen thuộc nhất: túi nilon làm từ polietilen (PE), có công thức $(-CH_2-CH_2-)_n$. Ở đây, $CH_2=CH_2$ (etilen) là monomer, $-CH_2-CH_2-$ là mắt xích, còn n là hệ số polymer hóa — có thể lên tới hàng chục nghìn trong một sợi PE thật. Polymer được **phân loại theo nguồn gốc** thành ba nhóm: **polymer thiên nhiên** có sẵn trong tự nhiên, không qua tổng hợp của con người (cao su thiên nhiên, tinh bột, cellulose, tơ tằm); **polymer tổng hợp** do con người điều chế bằng phản ứng hóa học từ những phân tử nhỏ (PE, PVC, nylon-6,6); và **polymer nhân tạo** (hay bán tổng hợp) — vốn là polymer thiên nhiên nhưng đã bị biến đổi hóa học một phần để thay đổi tính chất (tơ visco, tơ axetat, đều chế biến từ cellulose thiên nhiên). Polymer còn được **phân loại theo cấu trúc mạch**. Ở **mạch không phân nhánh** (mạch thẳng), các mắt xích nối tiếp nhau thành một dây dài duy nhất, không có nhánh rẽ — PE, PVC, cellulose, tơ nilon-6,6 đều thuộc loại này. Ở **mạch phân nhánh**, từ mạch chính mọc ra các đoạn mạch phụ — amilopectin trong tinh bột và glicogen (dạng dự trữ glucose ở người, động vật) là ví dụ điển hình. Ở **mạch mạng lưới không gian**, các mạch polymer liên kết ngang với nhau tại nhiều điểm, tạo thành một khối ba chiều vững chắc — cao su đã lưu hóa và nhựa bakelit (nhựa phenol-formaldehyde đã đóng rắn) thuộc nhóm này; hai vật liệu này sẽ được học kỹ ở các bài sau. Một điểm cần lưu ý: giá trị $\overline{M}$ của một mẫu polymer là **khối lượng phân tử trung bình**, không phải khối lượng của một phân tử duy nhất. Trong thực tế, một mẫu polymer (dù là PE hay tơ tằm) luôn chứa hàng triệu phân tử có chiều dài mạch hơi khác nhau — có phân tử ngắn hơn, có phân tử dài hơn — nên hệ số n tính được từ $\overline{M}$ cũng chỉ là giá trị trung bình, không phải một con số tuyệt đối áp dụng cho từng phân tử riêng lẻ. Đây là lý do vì sao khi nói "PE có n khoảng 10 000", các nhà hóa học ngầm hiểu đó là ước lượng trung bình của cả mẫu, không phải một hằng số cố định như hóa trị hay số oxi hóa.