Tơ là gì? Phân loại tơ tự nhiên, tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp

Tơ là vật liệu polymer dạng sợi, được sử dụng phổ biến trong dệt may và nhiều sản phẩm như vải cotton, tơ tằm, nylon hay polyester. Trong Hóa học 12, tơ được phân loại thành tơ tự nhiên (tơ thiên nhiên) và tơ hóa học; trong đó tơ hóa học gồm tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp.

Mỗi loại tơ có nguồn gốc, cấu tạo polymer, tính chất và ứng dụng khác nhau. Bài viết hệ thống khái niệm tơ là gì, cách phân loại các loại tơ, đặc điểm của tơ tự nhiên, tơ tổng hợp, tơ bán tổng hợp và ứng dụng của tơ thường gặp.

Tơ là gì?

Tơ là những vật liệu polymer hình sợi dài và mảnh, có độ bền cơ học nhất định. Về bản chất, tơ được tạo từ các polymer có cấu trúc mạch không phân nhánh, có khả năng sắp xếp tương đối song song và kéo thành sợi dai, bền. [1]

Yêu cầu về cấu tạo polymer làm tơ

Phân tử polymer dùng tạo sợi bắt buộc phải có cấu tạo mạch không phân nhánh. Các chuỗi mạch này xếp song song và định hướng dọc theo trục sợi, đồng thời liên kết chặt chẽ nhờ lực hút tương hỗ giữa các phân tử.

Đặc điểm này giúp phân biệt rõ ràng với:

• Cao su: Có các đoạn mạch cuộn gập bất đối xứng hoặc uốn khúc linh động, mang tính đàn hồi cao.

• Chất dẻo: Chuỗi polymer mềm dẻo khi đun nóng và đóng rắn khi nguội, có thể mang mạch thẳng, phân nhánh hoặc mạng không gian.

Phân loại tơ: tơ tự nhiên và tơ hóa học

Nhìn chung, tơ có độ bền và độ dai nhất định, có thể kéo thành sợi và được sử dụng phổ biến trong dệt may. Dựa vào nguồn gốc và quy trình chế tạo, tơ gồm hai nhóm chính là tơ tự nhiên và tơ hóa học. Tơ hóa học gồm tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo):

• Tơ tự nhiên (tơ thiên nhiên): Có sẵn trong thiên nhiên, tiêu biểu như bông, len và tơ tằm.

• Tơ hóa học: Được chế tạo bằng phương pháp hóa học, gồm tơ tổng hợp từ polymer tổng hợp và tơ bán tổng hợp từ polymer thiên nhiên đã qua chế biến hóa học.

Tơ tự nhiên (tơ thiên nhiên)

Tơ tự nhiên, hay tơ thiên nhiên, là các loại tơ có sẵn trong thiên nhiên và được sử dụng sau quá trình thu nhận, sơ chế. Các loại tơ tự nhiên thường gặp gồm bông, len và tơ tằm.

Lưu ý: Tơ tằm, bông và len đều thuộc nhóm tơ tự nhiên; không nên xếp tơ tằm vào tơ nhân tạo chỉ vì sợi có độ bóng cao.

Tơ bán tổng hợp là gì? (tơ nhân tạo)

Tơ bán tổng hợp, thường gọi là tơ nhân tạo, là loại tơ được chế tạo từ polymer thiên nhiên sẵn có, chủ yếu là cellulose, sau đó được xử lí bằng phương pháp hóa học để tạo sợi. [1]

Các loại tơ bán tổng hợp thường gặp

• Tơ visco:

  • Quy trình điều chế: Hòa tan cellulose trong dung dịch NaOH kết hợp carbon disulfide (\(CS_2\)), thu được một dung dịch keo nhớt gọi là visco. Sau đó, ép dung dịch này qua các đầu phun nhỏ vào bể acid \(H_2SO_4\) loãng để tái tạo thành sợi cellulose dạng bóng.

  • Đặc tính: Mềm rũ tự nhiên, thấm hút mồ hôi tốt, giá thành rẻ hơn lụa tơ tằm nhưng độ bền cơ học giảm sút đáng kể khi bị ướt.

• Tơ cellulose acetate (tơ axetat):

  • Quy trình điều chế: Cho cellulose tác dụng với acetic anhydride \((CH_3CO)_2O\) có mặt chất xúc tác \(H_2SO_4\) để tạo cellulose diacetate hoặc cellulose triacetate.

  • Đặc tính: Mềm mại, sáng bóng, ít tích điện, giữ nếp phẳng phiu; chuyên dùng dệt vải may caravat, lót áo vest cao cấp, kính bảo hộ.

Quy tắc nhận biết: Tơ visco và tơ axetat thuộc nhóm tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo), không phải tơ tổng hợp.

Tơ tổng hợp là gì?

Tơ tổng hợp là loại tơ được chế tạo từ các polymer tổng hợp, thường hình thành từ monomer qua phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng. Các loại tơ tổng hợp thường gặp gồm tơ polyamide, polyester và tơ vinylic. [1]

Các loại tơ tổng hợp thường gặp

A. Nhóm polyamide (chứa liên kết amide \(-CO-NH-\))

• Nylon-6,6:

  • Điều chế từ phản ứng trùng ngưng hexamethylenediamine và adipic acid:

    \[n\,H_2N-(CH_2)_6-NH_2 + n\,HOOC-(CH_2)_4-COOH \xrightarrow{t^\circ, p, xt} [HN-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO]_n + 2n\,H_2O\]

  • Đặc tính: Dai, bền cơ học, có độ đàn hồi và mau khô nhưng kém bền trong môi trường acid, kiềm do liên kết amide có thể bị thủy phân.

• Nylon-6 (Capron): Điều chế bằng phản ứng trùng ngưng \(\varepsilon\)-aminocaproic acid hoặc trùng hợp mở vòng caprolactam.

• Nylon-7 (Enang): Trùng ngưng 7-aminoheptanoic acid (\(\omega\)-aminoenantoic acid).

B. Nhóm polyester (chứa liên kết ester -COO-)

• Lapsan (PET - Polyethylene terephthalate):

  • Điều chế bằng phản ứng trùng ngưng giữa ethylene glycol và terephthalic acid (benzene-1,4-dicarboxylic acid):

    \[n\,HO-CH_2-CH_2-OH + n\,p\text{-}HOOC-C_6H_4-COOH \xrightarrow{t^\circ, xt} [O-CH_2-CH_2-O-OC-C_6H_4-CO]_n + 2n\,H_2O\]

  • Đặc tính: Bền, ít nhăn, giữ nếp tốt và được dùng trong dệt may, bạt, vật liệu sợi kỹ thuật.

C. Nhóm vinylic (tạo ra từ phản ứng trùng hợp)

• Nitron (Olon): Trùng hợp monomer vinyl cyanide (acrylonitrile, \(CH_2=CH-CN\)). Có khả năng giữ nhiệt tốt, tương đối bền với ánh sáng và thường được dùng dệt vải may áo ấm.

• Vinilon: Chế biến từ polyvinyl alcohol (PVA) sau đó xử lý bằng formaldehyde. Có độ bền cơ học và được dùng trong một số sản phẩm sợi kỹ thuật như lưới, dây.

Ứng dụng của tơ trong đời sống và công nghiệp

Tơ được ứng dụng rộng rãi trong dệt may, gia dụng, công nghiệp và một số lĩnh vực kỹ thuật [1].

• Thời trang và dệt may: Phối trộn giữa sợi tự nhiên (bông, tơ tằm để tạo độ êm, hút mồ hôi) cùng sợi nhân tạo hoặc tổng hợp (nylon, polyester giúp áo quần không nhăn, tăng độ bền).

• Công nghiệp nặng và gia dụng: Dây dù nhảy, dây cáp kéo tàu bè, cước câu cá biển, lưới đánh bắt, màng lọc công nghiệp làm từ vật liệu polyamide và polyester bền chắc.

• Y tế: Một số polymer dạng sợi được sử dụng làm vật liệu y tế; nylon (polyamide) có thể được dùng làm chỉ khâu không tiêu.

Các loại tơ thường gặp trong Hóa 12

Bài tập về tơ Hóa 12

Dạng 1: Nhận biết nguồn gốc vật liệu

Câu 1: Cho các loại sợi sau: tơ tằm, tơ visco, nylon-6,6, cellulose acetate, tơ nitron, len. Số loại tơ thuộc nhóm bán tổng hợp (nhân tạo) là:

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

• Yêu cầu của đề: Đếm chính xác số loại tơ thuộc phân nhóm bán tổng hợp (nhân tạo) trong dãy chất đã cho.

• Phân tích đề:

  • Đề bài đưa ra một danh sách hỗn hợp gồm cả 3 nhóm: tự nhiên, bán tổng hợp và tổng hợp.

  • Từ khóa trọng tâm: "bán tổng hợp (nhân tạo)" – tức loại tơ có nguồn gốc từ polymer thiên nhiên (chủ yếu là cellulose) nhưng đã qua xử lí hóa học.

  • Bẫy thường gặp: Nhầm lẫn giữa tơ bán tổng hợp và tơ tổng hợp; hoặc quên rằng cellulose acetate chính là tên gọi hóa học của tơ axetat.

• Hướng dẫn giải:

  • Sợi thiên nhiên: Tơ tằm, len (bản chất là protein).

  • Sợi bán tổng hợp (nhân tạo): Tơ visco, cellulose acetate (chế biến từ cellulose).

  • Sợi tổng hợp: Nylon-6,6 (polyamide), tơ nitron (vinylic).

  • Như vậy có 2 loại tơ thỏa mãn điều kiện đề bài.

    → Chọn B.

Dạng 2: Xác định polymer cấu thành và phản ứng điều chế

Câu 2: Tơ nitron (olon) được điều chế trực tiếp từ monomer nào sau đây bằng phản ứng trùng hợp?

A. \(CH_2=CH-CN\)

B. \(H_2N-(CH_2)_5-COOH\)

C. \(CH_2=CH-Cl\)

D. \(H_2N-(CH_2)_6-NH_2\)

• Yêu cầu của đề: Xác định công thức cấu tạo của monomer dùng để điều chế tơ nitron qua phản ứng trùng hợp.

• Phân tích đề:

  • Từ khóa trọng tâm: "tơ nitron (olon)" và "trùng hợp".

  • Tơ nitron là polyacrylonitrile (PAN), do đó monomer tương ứng phải chứa liên kết đôi C=C và nhóm chức cyano (-CN).

  • Phân tích các phương án nhiễu:

    • Phương án B (\(\varepsilon\)-aminocaproic acid): Monomer tạo nylon-6 bằng phản ứng trùng ngưng.

    • Phương án C (vinyl chloride): Monomer trùng hợp tạo nhựa PVC, không tạo sợi tơ nitron.

    • Phương án D (hexamethylenediamine): Tham gia trùng ngưng tạo nylon-6,6.

• Hướng dẫn giải:

  • Tơ nitron (olon) được điều chế từ phản ứng trùng hợp acrylonitrile (vinyl cyanide):

    \[n\,CH_2=CH-CN \xrightarrow{t^\circ, p, xt} [-CH_2-CH(CN)-]_n\]

    → Chọn A.

Dạng 3: Câu hỏi lý thuyết

Câu 3: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về tính chất và cấu tạo của các sợi dệt?

A. Vải làm từ nylon-6,6 hay tơ tằm không nên giặt trong nước xà phòng có độ kiềm cao.

B. Quá trình sản xuất tơ lapsan và nylon-6,6 đều thuộc loại phản ứng trùng ngưng.

C. Tơ visco và tơ acetate đều có nguồn gốc tự nhiên và thuộc loại sợi tổng hợp.

D. Tơ nitron được dùng để dệt vải may quần áo ấm do giữ nhiệt tốt.

• Yêu cầu của đề: Tìm mệnh đề có nội dung sai về tính chất hóa học, phản ứng điều chế hoặc phân loại sợi.

• Phân tích đề:

  • Đọc kỹ yêu cầu tìm câu sai, tránh phản xạ chọn câu đúng.

  • Xét từng mệnh đề:

    • A đúng: Cả nylon-6,6 (chứa liên kết amide) và tơ tằm (protein chứa liên kết peptide) đều bị thủy phân trong môi trường kiềm hoặc acid.

    • B đúng: Cả hai đều điều chế bằng phản ứng trùng ngưng kèm giải phóng các phân tử nước.

    • C mâu thuẫn: Vế đầu nêu "nguồn gốc tự nhiên" nhưng vế sau lại kết luận "sợi tổng hợp". Tơ chế biến từ polymer tự nhiên phải gọi là sợi bán tổng hợp (nhân tạo).

    • D đúng: Tơ nitron giữ nhiệt rất tốt nên thường được dùng dệt áo ấm hoặc may chăn len xốp.

• Hướng dẫn giải:

  • Phát biểu C sai về phân loại: tơ visco và tơ acetate là tơ bán tổng hợp (nhân tạo), không thuộc nhóm tơ tổng hợp.

    → Chọn C.

Dạng 4: Phân biệt tơ, chất dẻo và cao su

Câu 4: Polymer nào sau đây vừa có thể ứng dụng sản xuất sợi dệt vừa được đúc thành chai nhựa, màng mỏng?

A. Poly (hexamethylene adipamide)

B. Poly (ethylene terephthalate)

C. Polyacrylonitrile

D. Poly (methyl methacrylate)

• Yêu cầu của đề: Xác định polymer có tính đa dụng, vừa kéo được thành sợi dệt vừa gia công làm vật liệu nhựa (chai lọ, màng mỏng).

• Phân tích đề:

  • Polymer làm tơ cần mạch thẳng, kéo sợi được; một số loại polyester nhiệt dẻo có thể kéo sợi ở nhiệt độ nóng chảy và ép khuôn tạo chai lọ khi cần.

  • Xét các chất:

    • Poly (hexamethylene adipamide) (nylon-6,6): Chủ yếu làm tơ sợi, chi tiết máy chịu mòn, ít dùng đúc chai lọ trong suốt.

    • Polyacrylonitrile: Chủ yếu kéo sợi nitron làm đồ ấm.

    • Poly (methyl methacrylate) (thủy tinh hữu cơ plexiglas): Chất dẻo, không dùng làm sợi dệt.

    • Poly (ethylene terephthalate) (PET): Dạng sợi gọi là tơ lapsan (polyester), dạng màng/khối ép nhiệt dùng làm chai nhựa đựng nước ngọt.

• Hướng dẫn giải:

  • Poly (ethylene terephthalate) viết tắt là PET. Khi kéo sợi gọi là tơ lapsan (polyester dệt may), khi đúc nhiệt tạo thành chai lọ nhựa PET phổ biến.

    → Chọn B.

Nắm chắc sơ đồ phân nhánh ba nhóm lớn: tự nhiên (bông, tơ tằm, len), bán tổng hợp (visco, axetat) và tổng hợp (polyamide, polyester, vinylic) là chìa khóa để giải quyết trọn vẹn điểm số phần polymer Hóa học 12.

Để tiếp tục luyện tập các dạng bài tập phân loại chuyên sâu, phương pháp nhận biết và các chủ đề trọng tâm khác trong chương trình thi THPT Quốc gia, học sinh có thể tham khảo thêm kho tài liệu và bài viết phân tích chi tiết tại chuyên mục bài giảng Hóa học 12 của ZIM Academy.