المُبلمرات

 

♯ أهمية المُبلمرات

تعدُّ المبلمرات من المركبات المهمة التي تؤدي وظائف حيوية في أجسام الكائنات الحية، ومنها ما يدخل في غذائها، وتدخل في الكثير من الصناعات في مجالات مختلفة، ومنها ما هو طبيعي وآخر صناعي.

 

فما هي المبلمرات؟

مبلمرات Polymers: جزيئات ضخمة ذاتُ كتلة جزيئيّة كبيرة جدا تتكون من اتحاد عدد كبير من جزيئات صغيرة .

هذه الجزيئات الصغيرة  تُشكل وحدة البناء الأساسية للمُبلمر وتسمى:

مونومرات Monomers

وكيف تتكون؟

 

♯ كيفية إنتاج المُبلمرات

تنتجُ المبلمرات عن تفاعُل كيميائيٍّ يُسمى تفاعُلَ:

البلمرة Polymerization

وفي هذا التفاعل تتّحدُ وحدات البناء الأساسية المكوّنة للمُبلمر (المونومرات) ضمن ظروف مناسبة من:

الضغط ، ودرجة الحرارة ، ووجود عوامل مساعدة

 

وقد يتكوّن المبلمر من وحدة بناء أساسية واحدة أو وحدتين أساسيتين أو أكثر.

 

 

وهل تختلف في خصائصها؟

وللمُبلمَر خصائصُ فيزيائية وكيميائية تختلف عن خصائصُ المونومر المكوّنِ لهُ.

 

 

 

 

• وتُصنّف المبلمرات إلى نوعين هما:

•  مُبلمرات صناعية
•  مبلمرات طبيعية

 

 

المُبلمرات الصناعية Industrial Polymers

• جزيئاتٌ ضخمة تُحضر صناعيًا
• مثل:

• مبلمر مُتعدد الإيثين
• مبلمر مُتعدد البروبين

• بعض من استخدامات المُبلمرات:

• صناعة البلاستيك
• الألياف الصناعية                             

 

 

مبلمر مُتعدّد الإيثين (بولي إيثيلين) Polyethene

• يتكوّن من الكربون والهيدروجين فقط

كيف يتكوّن مُبلمر مُتعدّد الإيثين؟

عند تسخين غاز الإيثين تحت ضغوط كبيرة، وبوجود عامل مُساعد؛ فترتبط جزيئات الإيثين نتيجة لكسر الرابطة الثنائية (π) مُكوِّنة سلسلة طويلة من مبلمر متعدّدِ الإيثين حسب المعادلة الآتية:

 

:n تُمثّل عددًا كبيرًا من جزيئات الإيثين.

وبذلك ينتج عن بلمرة غاز الإيثين مبلمرُ متعدّد الإيثين؛ وهو مادة صلبة يمكن تشكيلها بأشكال متعدّدة يُطلَقُ عليها اسم البلاستيك.

 

كيف من الممكن التحكم بالخصائص الفيزيائية لمُبلمر متعدّد الإيثين؟

من خلال التحكم بطول سلسلة المبلمر وكذلك التحكُّم في مدى تفرُّع سلسلة المبلمر وتشابكها

• فالمُبلمر الذي يتكون من 100 مونومر أقلّ صلابة وقساوة من المبلمر الذي يحتوي 1000 مونومر

 

 

                               يُلاحظُ أنَّ المُبلمر يتكون من سلاسل غير متفرّعة ممّا يتيحُ لها التقارب والتراصّ فيكتسب قوة وصلابة، ويسمى هذا النوع مُبلمر متعدد الإيثين عالي الكثافة HDPE

•  يستخدم في صناعة خراطيم المياه والحاويات البلاستيكية والأدوات المنزلية وفي تغليف الاسلاك الكهربائية لأنه مادة عازلة.

 

 عندما تكون سلاسل المبلمر متفرّعة، فهذا يعيق تقارُبها وتراصّها؛ فينتج مبلمر أقلّ صلابة وقوّة، ويسمى مبلمر متعدّد الإيثين منخفض الكثافة LDPE

• ويستخدم في صناعة الأكياس البلاستيكية.

 

 

                                       فإنّ سلاسل المبلمر متشابكة (PEX)، لذلك يكونُ أكثر صلابة وقوّة من مبلمر متعدّد الإيثين عالي الكثافة

• فيستخدم في المجالات التي تحتاج منتجات بلاستيكيّة شديدة الصلابة.

 

 

 

مُبلمر متعدّد البروبين (بولي بروبلين) Polypropene

كيف يتكوّن مُبلمر مُتعدّد البروبين؟

تجري عمليةُ البلمرة عند تسخين غاز البروبين تحت ضغوط كبيرة وبوجود عامل مُساعد؛ فترتبط جزيئاته نتيجة لكسر الرابطة الثّنائيّة (π) مُكوّنة سلسلة طويلة من مُبلمر متعدّد البروبين

 

   ينتجُ من اتحاد عدد كبير من جزيئات البروبين  CH₂=CHCH₃ الذي يُمثّل وحدة البناء الأساسية في هذا المبلمر، والرابطة الثنائية تُمكّن جزيئات البروبين من الارتباط معا بأعداد كبيرة.

 

• يشبه مُبلمرُ متعدد البروبين في خصائصه مبلمرَ متعدد الإيثين؛ ولكنه أكثر صلابة وسلاسلُهُ أطولُ.

لذلك يستخدم في صناعة الأكواب والصحون والعبوات البلاستيكية وفي صناعة السيارات؛ إذ يدخل في صناعة المصدات (مُخفّفات التصادم) في مقدمة السيارات.

 

   يتميزُ مبلمر متعدد البروبين بأنّه حبيبات بيضاءُ اللون؛ يجري تشكيلها بالضغط والحرارة وبوجود عوامل مساعدة للحصول على المنتجات البلاستيكية المختلفة.

 

 

 

مبلمرُ متعدّد رباعي فلورو إيثين (التفلون) Teflon

كيف يتكوّن مُبلمر متعدّد رباعي فلورو إيثين ؟

ينتجُ مبلمر التفلون من اتّحاد عدد كبير من جزيئات رباعي فلورو إيثين   CF₂=CF₂ الذي يُمثّل وحدة البناء الأساسية في هذا المبلمر حسب المعادلة:

 

 

ويتميز التفلون بأنه لا يحترق، ولا يتآكل، ولا يتفاعُل مع الموادّ الكيميائية، لذلك يستخدم في فرش ملاعب التزلُّج، وصنع الأواني المنزلية التي لا يَلصق بها الطعام، وصنع الصمامات التي لا يلزمها التشحيم وعزل الأسلاك والكوابل.

 

 

بعض المبلمرات ومعلومات عنها

 

 

 

 

المُبلمرات الطبيعية Natural Polymers

• المبلمرات الطبيعية Natural Polymers: جزيئات ضخمة تتكون من وحدات بناء أساسية تختلف باختلاف المبلمر.
• مثل:

•    الحرير
•    الصوف
•    النشا
•    البروتين

 

 

 

البروتينات Protiens

تُعرّف البروتينات  :Protiensبأنها مبلمرات طبيعية تتكون من اتّحاد عدد كبير من وحدات بناء أساسيّة تُسمّى الحموض الأمينية.

فما هي الحموض الأمينية؟

 

 

 

 

• يحتوي البروتين على حموض أمينية عدة تشكل وحدات البناء المكونة له، وتترابطُ في ما بينها بروابطَ ببتيدية (أميدية)

 

• نستنتج:

تتفاعُل مجموعة الكربوكسيل من حمض امينيٍّ ومجموعة الأمين من حمض أميني آخر بحذف جزيءِ ماء، وتنشأ الرابطة الببتيدية بين ذرة كربون مجموعة الكربونيل وذرة نيتروجين مجموعة الأمين.

عدد الروابط الببتيدية = عدد الحموض الأمينية – 1

 

 

 

النشا Starch

يتكوّنُ من 3 عناصرَ رئيسة هي

 الكربون، والهيدروجين، والأكسجين

يعدُّ النشا  Starch مبلمرا طبيعيا يتكون من اتِّحادِ عدد كبير من وحدات بناء أساسيّة هي سكر الجلوكوز C₆H₁₂O

وتترابط في ما بينها بروابطَ إيثريّة C-O-C ) )

روابط جلايكوسيدية

 

 

• ويتكون النشا من جزأين:

     1) الأميلوز

الذي تترابط جزيئات السكر فيه بصورة سلاسل مستمرّة تشكل %20 - 10 من كتلة النشا.

   2) الأميلوبكتين

الذي يتكون من اتحاد سلاسل الأميلوز معا بروابط جلايكوسيدية مكوّنا سلاسل مُتفرّعة تشكّل ما يقارب % 90- 80من كتلة النشا.

 

 

 

السيليلوز Cellulose

يدخلُ السليلوز في تركيب جدران الخلايا النباتية

يستخدم في الكثير من الصناعات، مثل الورق، والحرير الصناعي، والألبسة القطنية

 

يُعدُّ السليلوز Cellulose مبلمرا طبيعيا وحدةُ بنائه الأساسية سكر الجلوكوز، وتترابط جزيئات الجلوكوز فيه بروابطَ جلايكوسيديّة على صورةِ سلاسلَ غيرِ مُتفرّعة.

 

 

 

تكنولوجيا المبلمرات

Polymer's Technology

يعدُّ علم المُبلمرات وتقنياته  Polymer's Technology أحدَ مجالاتِ الكيمياءِ المهمّة التي يجري تطويرُها من قبل المراكز البحثيَّةِ ومُختبرات الجامعات، ويهتمُّ بدراسة خصائص المُبلمَراتِ وتركيبِها وتطبيقاتِها في المجالات المختلفة.

 

---

إجابات التجربة (2) كتاب الأنشطة - بناء نموذج لمبلمر متعدد الإيثين

التحليل والاستنتاج:
1. ألاحظ: هل اكتمل عدد الروابط حول ذرتي الكربون في طرفي السلسلة؟
يلاحظ عدم اكتمال عدد الروابط حول ذرتي الكربون في طرفي السلسلة.

2. أستنتج: هل يمكن إضافة جزيئات إيثين جديدة إلى هذه السلسلة؟  أفسر إجابتي.
     نعم، يمكن إضافة جزيئات إيثين جديدة بسبب عدم اكتمال عدد الروابط حول ذرتي الكربون في طرفي السلسلة.