الكيمياء

نشاط عملي يوّضح آلية عمل حفاضات الأطفال

2011 الكيمياء في حياتنا اليومية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

حفاضات الأطفال آلية عمل حفاضات الأطفال الكيمياء

الأهداف:

1- اختبار خواص البوليمرات فائقة الامتصاص.

2- اكتشاف السبب الذي يجعل حِفاضات الأطفال تحتجز كمية معينة من السائل قبل أن يحين وقت تغييرها.

 

الأدوات التي تحتاجها:

– حِفاضات أطفال جديدة فائقة الامتصاص من النوع الذي يُستعمل لمرة واحدة

– مقص

– ربّاطة أكياس

– كيس بلاستيك كبير

– صحيفة

– كوب بلاستيكي

– كوب قياس

– ملح طعام

– ملعقة

 

خطوات العمل:

1- أولاً، يجب إزالة البوليمر من الحِفاض، وذلك عن طريق قص الحِفاض ووضع القطع في كيس البلاستيك.

2- أحكم سدّ الكيس البلاستيكي بواسطة ربّاطة الأكياس، ثم امسك عنق الكيس وهزه بقوة لبضع دقائق. ستشاهد مسحوقاً أبيض اللون يخرج من قطع الحِفاض.

ضع يديك داخل الكيس وفرّق قطع الحِفاض عن   بعضها. قد يستغرق تحرير المسحوق الأبيض كله بضع دقائق.

3- افتح الكيس وأخرج الحِفاض البلاستيكي وكل بقايا الحِفاض وتخلص منها. ضع صحيفة على الطاولة وأفرغ مكونات الكيس عليها.

بإمكانك الآن إزالة المسحوق من على الصحيفة مستعيناً بورقة أو ملعقة. ضع نصف ملعقة من المسحوق في الكوب البلاستيكي.

4- أضف عشر أونصات (300 مل) من الماء الساخن وحركه مع المزيج، ماذا يحدث؟

5- أضف الآن نصف ملعقة صغيرة من ملح الطعام إلى الكوب وحرك المزيج ثانية. ما التغيرات التي تلاحظها؟

 

إذا كان لديك ميزان علمي، تستطيع تكرار هذه التجربة بوزن 0.016 أونصة (0.5 غرام) من المسحوق بدلاً من استخدام ملعقة صغيرة.

ولمعرفة استطاعة تحمّل البوليمرات على احتجاز الماء فيها، كرر الخطوة رقم (4)، ولكن هذه المرة بعد إضافة 10 أونصات (300 مل) من الماء.

استمر في إضافة واحد ونصف أونصة (50 مل) في كل مرة إلى أن يصبح البوليمر عاجزاً عن الاحتفاظ بمزيد من الماء.

 

وإذا تسرب الماء عندما  تقلب الكوب للأسفل فإن استطاعة البوليمر على الاحتفاظ بالسائل تكون قد وصلت إلى سعتها القصوى.

بإمكانك الآن حساب عدد المرات التي يستطيع فيها البوليمر امتصاص ما يعادل وزنه من الماء، مستعيناً بالمعلومة التي تشير إلى أن 34 أونصة من الماء (1.000 مل) تزن 32 أونصة (1.000 غرام).

لذلك إذا كان باستطاعة 0.5 غرام من البوليمر الاحتفاظ ب 17 أونصة من الماء (500 مل)، فهذا يعني أنها امتصت 16 أونصة (500 غرام) أو 1.000 مرة أكثر من وزنها من الماء.

 

كما يمكنك أيضاً قياس كمية الملح التي يمكن للبوليمر استيعابها كي يحرر الماء، وذلك عن طريق إضافة الملح بكميات صغيرة، 0.016 أونصة (0.5 غرام) في كل مرة والتحريك بعد كل إضافة.

كرر التجربة من جديد مستخدماً سوائل مختلفة لها نسب أملاح عالية مثل الكولا والمشروبات التي يتناولها الرياضيون.

 

ما العمل إذا لم أتمكن من فصل حبيبات البوليمر من الحِفاض؟

يمكنك استخدام ملقط لالتقاط الحبيبات بشكل منفر. وإذا عجزت عن فصل البوليمرات عن الحِفاض، تستطيع شراء البوليمرات على هيئة حبيبات من متجر لبيع معدات الحدائق، تُعرف هذه البوليمرات عادة باسم الحبيبات الماصة للماء.

اطلب مساعدة صاحب المتجر كي يرشدك إلى مكان وجودها.

 

نصائح للسلامة

أبعد غبار البوليمر بعيداً عن وجهك وعينيك وتجنب استنشاق جسيمات البوليمر.

بعد انتهاء التجربة، تخلص من البوليمر برميه في القمامة (وليس في البالوعة)، ثم اغسل يديك جيدا.

 

تحليل النشاط:

يُصنع المسحوق الأبيض الموجود في حِفاضات الأطفال فائقة الامتصاص من مزيج مؤلف من نوعين من البوليمرات: «البولي أكريلامايد» و «بولي أكريليت الصوديوم».

يستطيع هذا المزيج امتصاص كمية من الماء أكبر من وزنه بمئات المرات، فالجزيئات الأحادية (المونومرات) الموجودة في هاتين المادتين تفكك بعضاً من روابطها، وتستخدم تلك الروابط الزائدة في إمساك”جزيئات الماء والاتحاد معها.

ويمكنك إضافة الملح لإبعاد جزيئات الماء عن البوليمرات، لأن الملح هو عبارة عن مركّب مكوّن من أيونات الصوديوم والكلور.

 

وبعد إضافة كمية معينة من الملح، تقوم البوليمرات بالتخلص”من جزيئات الماء وتتحد بدلاً من ذلك مع أيونات الصوديوم.

تضع الشركات المصنعة لحِفاضات الأطفال كمية صغيرة من البوليمرات في منتجاتها بهدف إكسابها قدرة فائقة على الامتصاص.

وكما رأيت سابقاً عندما قمت بقصّ الحِفاض إلى قطع صغيرة فإن الشركات المنتجة لحِفاضات الأطفال تضع البوليمرات بين طبقات من القماش المغطى كله بالبلاستيك.

 

يتسرّب البول عبر القماش فيمتصه البوليمر ويقوم الغطاء البلاستيكي بمنع حدوث أي تسريب.

بما أن معظم البول يتكوّن من الماء، يسهل على البوليمر امتصاص كميات كبيرة منه، لكن البول يحتوي أيضاً على الصوديوم، لذلك فإن الحِفاض الذي نصنعه للطفل يبدأ بالتسريب بعد فترة من الزمن.

وعندما يصل مستوى الصوديوم إلى نقطة معينة، يبدأ البوليمر بتحرير جزيئات الماء، ما يعني أن الوقت قد حان لتغيير الحفاض.

 

هناك استعمالات عديدة أخرى للبوليمرات فائقة الامتصاص، فعلى سبيل المثال يستخدم المزارعون البوليمرات في ري بعض المحاصيل، فضلاً عن استخدامها في تربة أصيص النباتات المنزلية.

فعندما تقوم بسقاية النباتات تمتص البوليمرات الكثير من الماء، ثم تلجأ النباتات إلى امتصاص الماء ببطء مع مرور الوقت، وهذه الطريقة مفيدة جداً إذا كنت ستقوم برحلة ولا تستطيع سقاية نباتاتك كل يوم.

كما تستخدم البوليمرات فائقة الامتصاص في إزال الماء من وقود الطائرة، لاسيما أن الماء يُعدّ ملوثاً في هذه الحالة لأنه يمنع الوقود من الاحتراق.