Sự Trùng Hợp & Nhựa 3D | Mô Phỏng Hóa Học

Giới thiệu mô phỏng này

Sự Trùng Hợp & Nhựa là một mô phỏng hóa học vật liệu 3D tương tác khám phá cách cấu trúc monome và liên kết liên chuỗi chi phối các tính chất cơ học của nhựa và cao su. Ba chuỗi đại phân tử song song được neo giữa các kẹp kiểm tra độ bền kéo. Học sinh có thể chuyển đổi giữa Trùng hợp cộng (chuỗi polyethylene hình thành bằng cách mở liên kết đôi C=C), Trùng hợp ngưng tụ (chuỗi Nylon đồng monome luân phiên giải phóng các phân tử H2O), và mạng lưới Chất đàn hồi liên kết ngang được kết nối bởi các cầu disulfide cộng hóa trị màu vàng. Kéo kẹp kéo sẽ làm căng các chuỗi cuộn ra ngoài; nhả kẹp chứng minh cách các liên kết ngang kéo các chuỗi chất đàn hồi trở lại chiều dài ban đầu trong khi nhựa nhiệt dẻo không có liên kết ngang có thể trượt và biến dạng.

Học sinh có thể khám phá điều gì

Chọn Trùng hợp cộng (Polyethylene) với 0 liên kết ngang, nâng Nhiệt độ lên trên 400 K và kéo Kẹp Kéo bên phải ra ngoài để quan sát hiện tượng trượt chuỗi nhựa.
Chuyển sang Chất đàn hồi liên kết ngang với 6 liên kết ngang, kéo Kẹp Kéo để căng mạng lưới và thả ra để xem độ đàn hồi hồi phục nhanh chóng.
Chọn Trùng hợp ngưng tụ (Nylon) và quan sát các đơn vị đồng monome màu xanh lam và màu đỏ tươi luân phiên cùng với các phân tử sản phẩm phụ H2O màu đỏ và trắng được giải phóng.
Tăng Mật độ liên kết ngang lên hết mức 10 cầu để tạo thành mạng lưới Nhựa nhiệt cứng cứng và cảm nhận các chuỗi chống lại lực kéo mạnh mẽ như thế nào.
Nhấp trực tiếp vào bất kỳ quả cầu monome nào dọc theo chuỗi polyme để thêm cầu liên kết ngang disulfide và quan sát mạng lưới thắt chặt lại.

Mục tiêu học tập

1Phân biệt giữa trùng hợp cộng (một monome duy nhất, không có sản phẩm phụ) và trùng hợp ngưng tụ (hai nhóm chức, phân tử nhỏ bị loại bỏ).
2Giải thích cách các liên kết ngang cộng hóa trị giữa các chuỗi polyme ngăn chặn sự trượt không thể đảo ngược và mang lại cho chất đàn hồi lưu hóa trí nhớ đàn hồi của chúng.
3So sánh cấu trúc phân tử và hành vi nhiệt của nhựa nhiệt dẻo, chất đàn hồi và nhựa nhiệt cứng.
4Mô tả cách các chuỗi polyme cuộn mở ra khi bị kéo căng và thu hồi do entropy và lực phục hồi của liên kết ngang.

Câu hỏi giáo viên thường đặt ra

Sự khác biệt giữa trùng hợp cộng và trùng hợp ngưng tụ là gì?

Trong trùng hợp cộng, các monome alkene chưa bão hòa (như ethene) mở liên kết đôi carbon-carbon của chúng để gia nhập thành một chuỗi dài duy nhất với hiệu suất nguyên tử 100% và không có sản phẩm phụ. Trong trùng hợp ngưng tụ, các monome có hai nhóm chức phản ứng và loại bỏ một phân tử nhỏ như nước (H2O) hoặc HCl ở mỗi liên kết.

Tại sao nhựa nhiệt dẻo nóng chảy khi đun nóng trong khi nhựa nhiệt cứng thì không?

Nhựa nhiệt dẻo bao gồm các chuỗi polyme riêng biệt giữ lại với nhau chỉ bằng các lực liên phân tử yếu, dễ dàng bị vượt qua khi đun nóng, cho phép các chuỗi trượt qua nhau. Nhựa nhiệt cứng có các liên kết ngang cộng hóa trị rộng rãi gắn kết tất cả các chuỗi thành một mạng lưới 3D khổng lồ không thể tan chảy mà không làm than hóa các liên kết cộng hóa trị.

Quá trình lưu hóa biến cao su mềm thành vật liệu đàn hồi bền chắc như thế nào?

Cao su tự nhiên bao gồm các chuỗi polyisoprene cuộn trượt qua nhau khi bị kéo lúc ấm. Đun nóng cao su với lưu huỳnh (lưu hóa) tạo thành các cầu disulfide (-S-S-) cộng hóa trị giữa các chuỗi liền kề để các chuỗi có thể duỗi ra khi bị kéo căng nhưng bật trở lại vị trí ban đầu khi được thả ra.

Độ trùng hợp (n) là gì?

Độ trùng hợp (n) là số lượng đơn vị monome lặp lại liên kết với nhau trong một đại phân tử polyme trung bình, thường dao động từ hàng trăm đến hàng chục nghìn trong nhựa thương mại.

Nhúng mô phỏng này

Đặt vào hệ thống học tập, blog hoặc trang lớp của bạn — miễn phí.

<iframe src="https://kiwibee.io/vn/simulations/polymerisation-plastics-3d-3d-simulation/embed" title="Sự Trùng Hợp &amp; Nhựa | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

Tiếp tục khám phá

Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.

—

Ảnh xem trước của Oral & Maxillofacial Atlas

Explore the head and neck in 3D: 643 source meshes across 14 layers, 47 facial and masticatory muscles, and 77 drawn nerves, vessels and glands the source scan omits. Open any tooth onto its own pulp canal, and follow the seven stages of tooth development.

—