Xenlulozo + CS2/NaOH —-> tơ Visco
Viết phương trình công thức phân tử của phản…
Viết phương trình công thức phân tử của phản ứng trên
Chúng ta sẽ cùng nhau viết phương trình công thức phân tử của phản ứng sản xuất tơ Visco từ Xenlulozo.
Bước 1: Xác định chất phản ứng và sản phẩm.
Trong phản ứng này, chúng ta có:
- Chất phản ứng ban đầu: Xenlulozo.
- Các tác nhân tham gia phản ứng: Carbon disulfide (CS2) và dung dịch Natri hydroxit (NaOH).
- Sản phẩm chính: Tơ Visco.
Bước 2: Viết công thức cấu tạo của Xenlulozo.
Xenlulozo là một polisaccarit, có công thức đơn vị lặp lại là \(C_6H_{10}O_5\). Tuy nhiên, để viết được phương trình phản ứng với CS2, chúng ta cần xem xét cấu trúc của đơn vị này. Mỗi đơn vị \(C_6H_{10}O_5\) trong mạch Xenlulozo có 3 nhóm hydroxyl (-OH) có khả năng phản ứng.
Công thức cấu tạo của một mắt xích Xenlulozo có thể biểu diễn dưới dạng:
\[
-(C_6H_7O_2)(OH)_3-
\]
Trong đó, \(C_6H_7O_2\) là phần gốc còn lại sau khi nhóm \( -OH \) ở nhóm chức hemiacetal đã tham gia phản ứng tạo thành liên kết glycosidic và \( (OH)_3 \) chỉ 3 nhóm hydroxyl còn lại có thể phản ứng với CS2.
Bước 3: Phản ứng của Xenlulozo với CS2 và NaOH.
Trong môi trường kiềm (NaOH), các nhóm hydroxyl (-OH) của Xenlulozo sẽ phản ứng với CS2. Phản ứng này tạo ra một hợp chất trung gian gọi là xenlulozo xantogenat.
Phương trình phản ứng tổng quát cho một nhóm hydroxyl là:
\[
-OH + CS_2 \xrightarrow{NaOH} -O-C(=S)SH
\]
Tuy nhiên, trong môi trường kiềm mạnh, ion xantogenat có thể phản ứng tiếp với NaOH để tạo thành muối.
Xét trên toàn bộ mạch Xenlulozo, mỗi mắt xích có 3 nhóm -OH. Tuy nhiên, không phải tất cả các nhóm -OH đều phản ứng. Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, mức độ thay thế có thể khác nhau. Trong sản xuất tơ Visco, mức độ thay thế trung bình là khoảng 0.5 đến 0.6 nhóm -OH trên mỗi mắt xích tham gia phản ứng. Để đơn giản hóa, chúng ta xét trường hợp các nhóm -OH phản ứng với CS2 trong môi trường kiềm tạo thành muối xantogenat.
Bước 4: Viết phương trình phản ứng tổng quát.
Ta có thể biểu diễn phản ứng như sau:
\[
[C_6H_7O_2(OH)_3]_n + nCS_2 \xrightarrow{NaOH} [C_6H_7O_2(OH)_{3-x}(OCSSNa)_x]_n + \text{H}_2O \text{ (hoặc các sản phẩm phụ khác)}
\]
Trong đó:
- \(n\) là số mắt xích Xenlulozo.
- \(x\) là số nhóm hydroxyl đã phản ứng trên mỗi mắt xích, thường có giá trị trung bình từ 0.5 đến 0.6.
Tuy nhiên, khi viết phương trình biểu diễn cho quá trình sản xuất tơ Visco, người ta thường đơn giản hóa bằng cách xem xét phản ứng của các nhóm hydroxyl với CS2 và NaOH tạo thành este xantogenat dưới dạng muối natri, và dung dịch này sau đó được axit hóa để tái sinh Xenlulozo dưới dạng sợi.
Phương trình thường được viết dưới dạng:
\[
(C_6H_{10}O_5)_n + nCS_2 + nNaOH \rightarrow [C_6H_9O_4(OCSSNa)]_n + nH_2O
\]
Ở đây, ta giả định trung bình mỗi mắt xích \(C_6H_{10}O_5\) có một nhóm -OH phản ứng để tạo thành \(C_6H_9O_4(OCSSNa)\). Phần \(C_6H_9O_4\) là gốc \(C_6H_7O_2(OH)_2\).
Bước 5: Giải thích quá trình và công thức.
Phản ứng này là một phản ứng hóa este hóa các nhóm hydroxyl của Xenlulozo với carbon disulfide trong môi trường kiềm. NaOH đóng vai trò là chất xúc tác và môi trường phản ứng, đồng thời tạo thành muối xantogenat.
Công thức \( (C_6H_{10}O_5)_n \) biểu diễn Xenlulozo với \(n\) đơn vị lặp lại.
Công thức \(CS_2\) là Carbon disulfide.
Công thức \(NaOH\) là Natri hydroxit.
Công thức \( [C_6H_9O_4(OCSSNa)]_n \) là Xenlulozo xantogenat natri, đây là hợp chất trung gian hòa tan trong dung dịch kiềm.
Trong quá trình sản xuất tơ Visco, dung dịch xenlulozo xantogenat natri này được ép qua các lỗ nhỏ vào dung dịch axit, ví dụ như \(H_2SO_4\), để thủy phân nhóm xantogenat, tái sinh Xenlulozo dưới dạng sợi.
Phản ứng tái sinh Xenlulozo như sau:
\[
[C_6H_9O_4(OCSSNa)]_n + n/2 H_2SO_4 \rightarrow (C_6H_{10}O_5)_n + n/2 Na_2SO_4 + nCS_2
\]
Lưu ý: Carbon disulfide (CS2) được tạo ra trong quá trình này có thể được thu hồi và tái sử dụng.
Vì vậy, phương trình công thức phân tử biểu diễn cho phản ứng sản xuất tơ Visco từ Xenlulozo thường được viết dưới dạng:
\[
(C_6H_{10}O_5)_n + nCS_2 + nNaOH \xrightarrow{\text{tạo xenlulozo xantogenat}} \text{Tơ Visco (sau khi kéo sợi và axit hóa)}
\]
Hoặc chi tiết hơn cho giai đoạn tạo hợp chất trung gian:
\[
(C_6H_{10}O_5)_n + nCS_2 + nNaOH \rightarrow [C_6H_9O_4(OCSSNa)]_n + nH_2O
\]
Đây là một phương trình biểu diễn sự biến đổi hóa học, thể hiện các chất tham gia và sản phẩm chính trong phản ứng tạo ra tơ Visco.
Chúc các em học tốt và luôn giữ vững niềm đam mê với môn Hóa học!
Đáp án:
Xử lí xenlulozơ trong \(NaOH/CS_2\):
\((C_6H_{10}O_5)_n+nNaOH \to (C_6H_9O_4ONa)_n+nH_2O\)
\((C_6H_9O_4ONa)_n+nCS_2\to (C_6H_9O_4-OCS_2Na)_n\)
Kéo sợi sản phẩm qua dung dịch \(H_2SO_4\) thu được tơ visco:
\((C_6H_9O_4-OCS_2Na)_n+nH_2SO_4\to (C_6H_{10}O_5)_n+nH_2O+nCS_2+nNa_2SO_4\)
Tơ visco cũng tạo bởi các mắt xích glucozơ như xenlulozơ nhưng số mắt xích nhỏ hơn so với xenlulozơ.