Chuyên mục
Hóa học và đời sống

Hóa học của World Cup

Nếu bạn là người Việt Nam thì chắc chắn sẽ rất thích bóng đá. Đây là một trong những môn thể thao vua rất được nhiều người ưa thích. Bởi vì khi xem bóng đá, bạn sẽ cảm nhận được tất cả mọi cung bậc cảm xúc từ buồn, vui, hạnh phúc, tự hào…Và gần đây, ngày hội bóng đá lớn nhất thế giới (gọi tắt là World Cup) vừa mới được bắt đầu. Khởi đầu cho một tháng ăn, ngủ cùng với trái bóng cho tất cả người hâm mộ. Nhưng có ai trong số các bạn biết về hóa học của World Cup?

Tất nhiên như mọi lần, chúng ta sẽ giới thiệu những thứ liên quan đến hóa học và đặc biệt là trong bóng đá như quần áo, trái bóng, cúp vô địch và bình xịt của trọng tài. Các bạn sẵn sàng chưa nào! Hãy bật tivi lên và trong lúc chờ đợi các trận đấu diễn ra thì giành một ít thời gian để đọc hết bài viết này nhé!

1. Trái bóng

Bóng World Cup (WC) bao gồm ba phần thành phần chính là: lớp phủ (lớp ngoài cùng), lớp lót và ruột bóng. Rõ ràng, chúng sẽ được thiết kế theo nguyên tắc khí động học thuận lợi nhất cho quả bóng – tuy nhiên, về mặt vật lý thì điều này khá nguy hiểm. Không có thuộc tính nào trong số này có thể đạt được nếu không có hóa học cung cấp các vật liệu cần thiết, do đó, nội dung sau đây là một phân tích về các loại polymer khác nhau, được sử dụng trong từng bộ phận cấu thành của quả bóng.

Lớp phủ

Lớp phủ bóng được làm bằng sáu tấm polyurethane, được liên kết nhiệt động với nhau. Lớp phủ này rất quan trọng để bảo vệ quả bóng và ngăn không cho nó hấp thụ quá nhiều nước – thí dụ như sự hấp thụ nước của quả bóng Brazuca chỉ là 0,2%. Điều này làm cho quả bóng nhẹ hơn nhiều so với các quả bóng bọc da được sử dụng trong quá khứ. Một số quả bóng cũng có thể có lớp bọt (xốp) polyurethane bên dưới lớp phủ.

Thực tế thì polyurethane được tạo thành từ các hợp chất gọi là isocyanate và polyol. Phần giữa của các phân tử này có thể thay đổi để tạo ra các polyurethane khác nhau với các đặc tính khác nhau. Polyurethane có một loạt các ứng dụng, bao gồm cả miếng xốp trong chỗ ngồi, chất kết dính, sợi tổng hợp và thậm chí cả bánh xe ván trượt.

Ngoài ra đối với các quả bóng rẻ tiền, người ta có thể sử dụng PVC (polyvinyl chloride) thay vì polyurethane cho lớp phủ. Chúng cũng có thể được khâu lại với nhau, chứ không phải là liên kết nhiệt. Các vết khâu này sẽ được làm từ một loại polymer khác gọi là polyester; còn trên các quả bóng tốt hơn, các đường khâu này có thể được gia cố bằng Kevlar.

Lớp lót

Bên dưới lớp phủ, quả bóng sẽ có nhiều lớp lót. Chúng có mặt để cải thiện độ nảy và sức mạnh của quả bóng. Trong bóng World Cup, chúng được làm từ một loại polymer khác, là polyamide, thường được gọi là nylon. Các polyester cũng có thể được sử dụng cho mục đích này.

Nylon và polyester cũng thường được sử dụng trong các thành phần khi sản xuất áo bóng đá, cũng như các loại quần áo khác. Bên cạnh đó, nylon được sử dụng thêm trong dù, dây thừng và lưới đánh cá, trong khi polyester có thể được tìm thấy trong tấm ga trải giường, thảm và chai nhựa.

Ruột bóng

Đây là một phần của quả bóng giúp giữ không khí. Trong Brazuca, nó được làm từ cao su butyl, nhưng nó cũng có thể được làm từ mủ cao su. Cả hai đều có lợi ích của nó: cao su butyl có thể giữ không khí trong một thời gian dài, trong khi mủ cao su cung cấp sức căng bề mặt tốt hơn. Cao su butyl cũng có thể được tìm thấy trong vòi quả banh thông qua đó không khí có thể được bơm vào bóng, nơi nó hỗ trợ lưu giữ không khí. Ngoài ra, vòi silicone cũng có thể được sử dụng.

Hầu hết các kẹo cao su hiện đại cũng sử dụng cao su butyl dùng cho thực phẩm để cung cấp cho kẹo cao su độ đàn hồi của nó. Thật không may, nó cũng góp phần dính không mong muốn của kẹo cao su. Bên cạnh đó, nó cũng có thể được tìm thấy trong ống bên trong của lốp xe.

2. Áo bóng đá

Trong quá khứ, trước khi các polymer được sử dụng rộng rãi trong quần áo, áo bóng đá được làm từ bông, hoặc thậm chí cả vật liệu len. Điều này có những bất lợi rõ ràng là nó hơi nóng một chút, và thêm vào đó là việc mồ hôi dễ dàng thấm vào áo, làm cho họ khá khó chịu để mặc.

Đội đầu tiên có khuynh hướng khoác áo thun cotton và mặc áo làm bằng chất liệu nhân tạo, là Bolton Wanderers đã vào Chung kết FA Cup năm 1953. Đáng buồn thay, vật liệu chính xác được sử dụng dường như không được ghi lại ở bất cứ đâu mà chúng ta có thể tìm thấy, chỉ được mô tả như một loại “vật liệu sáng bóng”.

Thật sự trông có vẻ khó tương tự như trên, để theo dõi khi áo polyester chính xác đi vào sử dụng phổ biến khi nào, nhưng những chiếc áo polyester năm 1990 là tiêu chuẩn cho phần lớn các câu lạc bộ. Polyester thực sự là một tên cho một phạm vi rộng lớn của các polymer; chúng là các phân tử giống như chuỗi dài được hình thành từ nhiều phân tử nhỏ hơn, thường được gọi là monomer.

Trong trường hợp các polymer đơn giản, chẳng hạn như polyethen, thì các monomer đều giống nhau, nhưng trong trường hợp của các polyester thì cần hai phân tử khác nhau: một loại rượu và một axit cacboxylic. Phản ứng polymer hóa có thể được thực hiện theo nhiều cách – sử dụng phổ biến nhất là diol (phân tử với hai nhóm chức rượu) và axit dicarboxylic (phân tử có hai nhóm chức axit cacboxylic). Nó tiến hành thông qua một loại phản ứng gọi là phản ứng ngưng tụ, tạo ra nước như một sản phẩm phụ.

Trong khi đó, polyethylene terephthalate, thường được viết tắt là PET, là loại polyester được sử dụng phổ biến nhất. Nó có rất nhiều công dụng – từ chai nhựa, đến khay thức ăn, đến các màng nhựa mỏng, và tất nhiên là cũng có trên quần áo. Trong quần áo, polyester có lợi thế lớn so với các sợi bông truyền thống ở chỗ chúng hấp thụ ít nước hơn nhiều.

Bông có thể hấp thụ 7% trọng lượng của nó trong nước, trong khi polyester chỉ hấp thụ khoảng 0,4% trọng lượng của nó. Điều này làm cho nó ít có khả năng để có được ngâm trong mồ hôi trong một trò chơi bóng đá. Thay vào đó, mồ hôi có thể chảy xuống các sợi của áo và bay hơi; vì điều này, nó được gọi là vải “đánh lừa”, hoặc nói chung là vải “thoáng khí”. Nó cũng bền và không bị nhăn dễ dàng.

Trong khi một số loại áo bóng đá là 100% polyester, nó cũng phổ biến cho các sợi khác được dệt với nó để thay đổi tính chất của nó. Elastane là một loại polymer khác thường được sử dụng – thường được gọi là spandex hoặc lycra. Trong quá trình sản xuất, một chất prepolymer được hình thành đầu tiền từ các hợp chất glycol và diisocyanate, được phản ứng với tỷ lệ 1: 2.

Chất prepolymer này sau đó được phản ứng thêm với một diamin, để tạo ra một chất lỏng của polymer elastane. Chất lỏng sau đó được tách trong một tế bào hình trụ, và làm nóng trong sự hiện diện của khí nitơ, để chuyển đổi nó thành các sợi polymer rắn.

Trong khi elastane không phải là thoáng khí như polyester, nó có các đặc tính có lợi khác. Một trong số đó là nó có thể được kéo dài đến khoảng 600% chiều dài của nó trước khi cuối cùng bị vỡ, một đặc điểm rất hữu ích trong các trận đấu bóng hiện đại, nơi các áo sơ mi bị giật, kéo là phổ biến. Nó cũng dễ dàng trở về hình dạng ban đầu của nó.

Một loại polymer cuối cùng thường được sử dụng trong sản xuất áo bóng đá là polyurethane. Một lần nữa, đây là tên cho một lớp các polymer, chứ không phải là một polymer cụ thể; chúng ta đã đề cập trong phần trước đó ở trên, vì chúng cũng là một trong những polymer được sử dụng trong sản xuất bóng đá. Polyurethane được tạo thành từ các hợp chất gọi là isocyante và polyol.

Phần giữa của các phân tử này có thể thay đổi để tạo ra các polyurethan khác nhau với các đặc tính khác nhau. Trong áo sơ mi bóng đá, chúng thường là vật liệu mà các chữ cái, số và các nhà tài trợ trên áo được làm từ, mặc dù vải hoặc các vật liệu khác cũng có thể được sử dụng. Chúng có thể được liên kết nhiệt động lên áo bằng cách sử dụng một máy hàn nhiệt, và không giống như các loại vải khác, chúng có lợi cho khả năng chống nước.

3. Chiếc cúp WC

Tất nhiên, nó được làm từ vàng và có hình dạng như các bạn biết đấy. Nếu nó là một khối rắn thì chúng ta khó lòng để nâng nó. Còn màu xanh trên cúp lại được làm từ malachite, chúng là một khoáng vật của đồng cacbonat hydroxide.

4. Bình xịt của trọng tài

Đây là loại bình xịt được sử dụng một marker tạm thời chứa đựng khí butane. Chúng bơm phồng lên và giảm áp lực khi được giải phóng từ bình chứa. Ngoài ra, những chất hoạt động bề mặt giúp tạo ra bọt và chúng biến mất khi butane bay hơi hết. Điều này giải thích tại sao khi trọng tài xịt làm dấu, một lúc sau dấu này lại biến mất và không ảng hưởng đến trận đấu.

Đến đây thì bài viết đã hết rồi. Nội dung chắc vừa đủ để các bạn tham khảo trong lúc chờ những trận cầu nảy lửa sắp xảy ra. Chúc các bạn có một mùa tận hưởng World Cup thật đáng nhớ!

Tham khảo Compound Interest.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *