تخيل هذا: الزجاجات البلاستيكية التي تستخدمها كل يوم، الملابس التي ترتديها، حتى الطعام الذي تستهلكه، كلها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بـ"عملاق" غير مرئي يدعى البوليمرات.تتشكل عن طريق ربط جزيئات صغيرة لا تعد ولا تحصى (المونومرات)، تشكل أساس حياتنا الحديثة. هذه المقالة سوف تشرح بوضوح أربعة أنواع هامة من البوليمرات، وكشف تطبيقاتها واسعة النطاق في الحياة اليومية،واستكشاف المبادئ الكيميائية وراءها.
الكيمياء وخاصة كيمياء البوليمر لا يمكن فصلها عن حياتنا اليومية من الأدوية التي نتناولها أثناء المرضوحتى الملابس المصنوعة من الألياف الصناعية التي نرتديها كلها تظهر تطبيقات الكيمياءحتى أجسادنا تعمل كفاعلات كيميائية ضخمة مع مواد لا حصر لها تتحكم في عمليات الأيضخصوصا فهم أساسيات كيمياء البوليمر، يساعدنا على فهم العالم من حولنا بشكل أفضل.
مصطلح "البوليمر" يأتي من اليونانية، ويعني "الكثير (بولي) + أجزاء (أكثر) "، ويصف بدقة خصائصه التي تتكون من العديد من الوحدات المتكررة تسمى المونومرات.الهياكل البوليمرية يمكن أن تكون خطية، أو شبكات ثلاثية الأبعاد المعقدة. معظم البوليمرات الصناعية هي مركبات عضوية تحتوي على روابط كوفالنتية كربون-كربون. بالإضافة إلى ذلك ، العناصر مثل الأكسجين والهيدروجين والكلور ،الفلور، الفوسفور والكبريت غالبا ما تظهر في البوليمرات، وتشكل روابط مكافئة مع الكربون من القطبية المختلفة.
بسبب خصائص المركبات المتماثلة ، لا تتعرض جزيئات البوليمر فقط لقوى الروابط المتماثلة الأولية ولكن أيضًا القوى المتعددة الجزيئية الثانوية مثل تفاعلات الديبول - الديبول ،قوى التشتت الناجمة عن توزيع سحابة الإلكترونات (قوى فان دير فال)، وربط الهيدروجين بين ذرات الهيدروجين والذرات القطبية القوية. هذه القوى بين الجزيئات تؤثر بشكل حاسم على الخصائص الفيزيائية للبوليمر مثل نقطة الانصهار والقوة والذوبان.
إن إنتاج المواد البوليمرية يتطلب تفاعلات البوليمرة، مع ظهور تفاعلات مختلفة تظهر معدلات مختلفة. تتأثر معدلات التفاعل بعوامل بيئية بما في ذلك درجة الحرارة،الضغط، المذيبات والمبدعات والحفازات. هذه الظروف تؤثر بشكل كبير على توزيع الوزن الجزيئي للمنتج النهائي والهيكل الفيزيائي.عدد ذرات الكربون في سلاسل البوليمر يؤثر مباشرة على الهيكل الجزيئي والسلوك الفيزيائي.
بناءً على الأصل والخصائص ، يمكن تصنيف البوليمرات إلى أربعة أنواع رئيسية:
- البوليمرات الحيوية (البوليمرات الطبيعية)
- البوليمرات الاصطناعية
- البوليمرات الطبيعية الصناعية
- البوليمرات الحيوية
سوف ندرس الآن كل نوع من البوليمر وتطبيقاتها بالتفصيل.
البوليمرات الحيوية، أو البوليمرات الطبيعية، مشتقة من النباتات والمعادن دون تدخل بشري في إنتاجها. تشمل البوليمرات النباتية السكريات والفئات الفرعية لها: السليلوز،النشاالبوليمرات المعدنية تشمل الماس والجرافيت ومعظم أكسيدات المعادن.
-
السليلوز:يعد السليلوز أحد أكثر البوليمرات الطبيعية وفرة على الأرض ، وهو يشكّل المكون الأساسي لجدران الخلايا النباتية. توفر قوته البلورية العالية والقوة للنباتات هياكل صلبة. تشمل التطبيقات:
- صناعة الورق:المكون الرئيسي للورق
- المنسوجات:معالجة إلى ألياف مثل القطن والكتان والريمون
- البناء:إضافة إلى الاسمنت والجص لزيادة القوة
- صناعة الأغذية:مادة إضافية للألياف لتحسين الملمس
-
النشا:شكل التخزين الأساسي للطاقة في النباتات، الموجود في الحبوب والقشور. وتشمل التطبيقات:
- إنتاج الغذاء:الخبز، المعكرونة، ومواد كثيفة
- حجم الورق:يزيد من قوة الورق
- تصنيف الأقمشة:يحسن من متانة الخيوط
- الأدوية:المادة المساعدة للدواء
-
اللثة:خليطات البوليساكاريدات المفرزة من النباتات ذات الخصائص اللاصقة. الأنواع الشائعة تشمل:
- العلكة العربية:مُثبّت وتثبيت الغذاء
- علكة غوار:مادة إضافية للآيس كريم والصلصة
- علكة الزنتان:مستقر صلصة السلطة
- الماس:الكربون الألوتروب مع صلابة فائقة للمجوهرات وأدوات القطع
- غرافيت:أشكال الكربون الموصلة للرصاصات والزيوت
- أكسيدات المعادن:مركبات مقاومة للحرارة للسيراميك والإلكترونيات
عادة ما تنشأ البوليمرات الاصطناعية من نفط خام ومونومرات قطران الفحم من خلال التوليف الاصطناعي. تلعب هذه المواد أدوارا لا غنى عنها في الحياة المعاصرة.
- البولي إيثيلين (PE):البلاستيك المرن المقاوم للكيماويات للتعبئة والتغليف والحاويات
- البولي بروبيلين (PP):البلاستيك ذو القوة العالية لأجزاء السيارات والأجهزة الطبية
- مادة البوليفينيل كلوريد (PVC):مواد مقاومة للنار للبناء والأنابيب الطبية
- البوليستيرين (PS):البلاستيك الشفاف للتعبئة والأدوات المطبوخة ذات مرة واحدة
- البولي إيثيلين تيريفثالات (PET):البوليستر القوي لعبوات المشروبات والمنسوجات
هذه البوليمرات ناتجة عن تعديل أو معالجة البوليمرات الطبيعية المطاط الطبيعي، البوليمري من الأيزوبرين000، هو الأكثر تمثيلية.
تطبيقات المطاط الطبيعي:
- إطارات للسيارات
- أغطية لمنع التسرب
- أنابيب لنقل السوائل
- مكابح الاهتزاز
- قفازات طبية
البوليمرات الحيوية مستمدة من مصادر متجددة مثل المنتجات الزراعية.يمثل مثالاً على البوليمرات القابلة للتحلل البيولوجي والتي يمكن أن تحل محل البلاستيك التقليدي.
تطبيقات PHB:
- عبوات الغذاء الصديقة للبيئة
- الغرز والزرع الطبية الحيوية
- أشرطة الفراولة الزراعية
من السليلوز الطبيعي إلى البولي إيثيلين الاصطناعي، البوليمرات تمر حياتنا بأشكال لا حصر لها.وتطبيقات تعزز فهمنا للعالم المحيط بنا مع المساهمة في الاستدامةمع تقدم التكنولوجيا، ستصبح البوليمرات بلا شك أكثر أهمية في تشكيل مستقبل البشرية.
