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 اسم ”البوليمرات“.

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 باسم”الروابط 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.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]