الكيمياء

نبذة تعريفية عن “البوليمرات” وخواصها واستخداماتها

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

البوليمرات خواص البوليمرات استخدامات البوليمرات الكيمياء

إن المواد البلاستيكية المحيطة بك والألياف الموجودة في ملابسك وشعرك كلها مكوّنة من جزيئات ذات سلاسل طويلة يُطلق عليها اسمالبوليمرات“.

ويمكن لهذه البوليمرات أن تكون قاسية أو مرنة ومقاومة للماء أوماصّة له، ولها الكثير من الخواص الأخرى.

البوليمرات هي جزيئات لها سلاسل طويلة تتكوّن عن طريق ارتباط عدة جزيئات متماثلة أصغر مع بعضها بعضاً يُطلق عليها اسم مونومرات“.

 

ويعود أصل الكلمتين ”بوليمرات”و ”مونومرات”إلى اليونانية، حيث تشير بولي إلى معنى "العديد" ومونو إلى «واحد»، وكلمة مر تعني «جزء».

تستند البوليمرات إلى «عمود فقري» مكوّن من ذرّات كربون مرتبطة ببعضها.

تتميز ذرّات الكربون من بين كل العناصر بخاصية فريدة، وهي قابليتها للاتحاد مع ذرّات الكربون الأخرى لتشكل سلاسل بأطوال مختلفة قد تصل لأي طول تقريباً.

 

تنتشر البوليمرات في الطبيعة بصورة واسعة، مثل صوف الخراف، كما تتكوّن تلك الأجزاء القوية المحتوية على الألياف في النبات من سيللوز بوليمري.

بل أن جزيء الحمض النووي (DNA)، الذي ينقل المعلومات الوراثية وتعليمات الحياة من جيل لآخر، وهو عبارة عن بوليمر، كما أن البلاستيك، الذي يُعدّ من أكثر المواد الاصطناعية انتشاراً في العالم مكوّن من البوليمرات.

يرتكز البولي إيثلين”البلاستيكي المستخدم على نطاق واسع في صناعة الأكياس والأغطية على جزيء أحادي يطلق عليه اسم الإيثلين الذي يتكون من ذرتي كربون وأربع ذرّات من الهيدروجين.

 

ترتبط جزيئات الأيثلين الأحادية مع بعضها بعملية ”التبلمر الإضافي”التي تكون نهايات الجزئيات الأحادية فيها متحدة معاً.

ويطلق على البوليمرات المكوّنة بطريقة أخرى اسم التبلمر المركّز“، حيث يقوم كل جزيء أحادي (مونومر) بالتخلي عن بعض ذرّاته ليرتبط مع جزيء أحادي آخر.

 

خواص البوليمرات

تؤثر طريقة ترتيب سلاسل البوليمرات في العديد من خواص البوليمر، فإذا كان ترابط السلاسل رخواً بحيث تنزلق هذه السلاسل فوق بعضها البعض عند تعرضها للحرارة، فإن البوليمر سينصهر عند تعرضه للحرارة ويتصلب ثانية عندما يبرد.

يُطلق على المواد البلاستيكية التي تنصهر ليُعاد قولبتها اسم اللدائن الحرارية“، بينما تحتوي البوليمرات الأخرى على سلاسل مرتبطة مع بعضها بإحكام وتُعرف باسم بلاستيك الثرموست“، الذي يتعذر إعادة قولبته بالتسخين، وتصنع الكراسي البلاستيكية عادة من تلك المادة.

تتفكك البوليمرات البيولوجية الموجودة في الكائنات الحية إلى مونومرات (جزيئات أحادية) بواسطة الأنزيمات (المحفزات البيولوجية) كي تتمكن أجسامنا من استخدامها.

 

ويستخدم العلماء الأنزيمات لمعرفة بصمة الحمض النووي عن طريق تجزئة عينة الحمض النووي إلى أجزاء.

وينفرد كل شخص بنمط محدد لهذه الأجزاء التي تقوم بإمداد الحمض النووي بحيث يمكن استخدامها للتعرف على الأفراد، تماماً مثل بصمات الأصابع.

تتميز البوليمرات المختلفة بخصائص متنوعة ومفيدة جداً. مثل البلاستيك الصلب الذي يمكن استخدامه لصنع صناديق الحاسوب أو البلاستيك المرن المستخدم في صنع الأكياس أو الأقمشة.

 

كما يمكن لبعض أنواع البلاستيك المختلفة أن تتحمل درجات حرارة مرتفعة للغاية وتقاوم المواد الأكّالة.

إن العديد من أنواع البوليمرات مقاومة للماء، ولكن بعضها الآخر يقوم بامتصاص الماء بكثرة، وتستخدم هذه البوليمرات فائقة الامتصاص”في أنواع حفاضات الأطفال التي يتم استعمالها لمرة واحدة.

وستكتشف في هذا النشاط كيف أن هذه البوليمرات تمتص السوائل بشكل جيد وما يحدث عند عدم امتصاصها للسوائل.

 

بوليمر حفاظات الأطفال

يتكوّن البوليكريلامايد“ المستخدم في صناعة حِفاضات الأطفال، من جزيئات لها سلاسل طويلة كجميع أنواع البوليمرات الأخرى.

يبين الرسم البياني أدناه كيف يرتبط الماء بالبوليمر الذي يحتوي على ذرّات هيدروجين لها شحنة موجبة ضئيلة.

وتنجذب ذرّات الهيدروجين نحو ذرّات الأكسجين ذات الشحنة السالبة الموجودة في الماء مكوّنة بذلك روابط تعرف باسمالروابط الهيدروجينية“.

 

امتصاص الماء والملح

تم إنتاج أول أنواع حِفَاضات الأطفال من النوع المستعمل لمرة واحدة، والذي يعتمد على بوليمرات فائقة الامتصاص، في عقد الثمانينيات من القرن العشرين.

نجد في هذه الحِفاضات أليافاً قطنية ممزوجة مع حبيبات صغيرة مؤلفة من بوليمرين اثنين شديدي الامتصاص، هما «البولي أكريليت» و «البولي أكرلامايد»، بالإضافة إلى طبقة خارجية من البلاستيك تساعد على منع التسريب.

 

فعندما يتبلل حِفاض الطفل تنتفخ البوليمرات وتربط الألياف القطنية مع بعضها بإحكام.

لكن الملح الموجود في بول الطفل يجعل البوليمرات في نهاية الأمر تبدأ بتحرير جزء من السائل المحتجز فيها ويبدأ الحِفاض عند ذلك بالتسريب، ما يعني أن الوقت قد حان لتغييره.

 

لكن البوليمرات الموجودة في حِفاضات الأطفال ليست الأكثر امتصاصاً للماء.

وفي حال لجأنا إلى استخدام بوليمرات أكثر امتصاصاً، فسينتفخ حجم الحِفاض إلى حجم كرة البولينغ، ويمكنك أن تتخيل مدى الإزعاج الذي يسببه هذا الأمر.

مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪تشجيع الابتكار الكويتي
عتمد بقاء الشركات الخاصة بصورة متزايدة على الحفاظ على الريادة في التنبؤ باتجاهات السوق والتوصل إلى حلول مبتكرة وسرعة التكيف مع بيئات الأعمال المتغيرة. تبرز أهمية الابتكار خصوصاً في الكويت التي تُعرف بأنها بلد منتج للنفط لكنها صارت حالياً في موقع يؤهلها لأن تكون مركزًا عالميًا للوجستيات والتمويل والتجارة. وإدراكًا لأهمية الابتكار، أطلقت مؤسسة الكويت للتقدم العلمي عام 2015 برنامج تحدي الابتكار، وهو برنامج تعليم تنفذي يستهدف شركات القطاع الخاص ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المحطة الفضائية الدولية.. أعظم المنشآت البشرية في التاريخ
لي محمد الهاشم
شكلت فكرة إنشاء محطة في مدار حول الأرض في الفضاء حلماً طالما داعب مخيلة عدد كبير من البشر؛ وكان المحرك الأساسي للتخطيط لريادة الفضاء. وتجلى ذلك في أفلام الخيال العلمي، فظهرت نماذج افتراضية رائعة لمحطات فضائية في أفلام عدة كسلسلة أفلام جيمس بوند، وأوديسا الفضاء 2001 و2011، حتى توج ذلك الحلم ليصبح حقيقة مع ساليوت1- الروسية إبان الحقبة السوفييتية، في بداية السبعينيات من القرن الماضي، ومنها بدأت القصة مع إحدى أعظم المنشآت ... (قراءة المقال)