درس الدرس الثالث : المبلمرات

المبلمرات Polymers

تُعرف المبلمرات Polymers بأنها جزيئات ضخمة ذات كتلة جزيئية كبيرة جدًا ، وتتكون من اتحاد عدد كبير من جزيئات صغيرة تُشكل وحدة البناء الأساسية للمُبلمر وتُسمى مونومرات Monomers. وتنتج المُبلمرات عن تفاعل كيميائي يُسمى تفاعل البلمرة Polymerization

تتحد فيه وحدات البناء الأساسية المكونة للمبلمر ضمن ظروف مناسبة من : الضغط ، ودرجة الحرارة ، ووجود عوامل مساعدة ، وللمبلمر خصائص فيزيائية وكيميائية تختلف عن خصائص المونومرالمُكون له.

وتُصنف المبلمرات إلى نوعين هما : مُبلمرات صناعية ومبلمرات طبيعية ، وقد يتكون المُبلمر من وحدة بناء أساسية واحدة أو وحدتين أساسيتين أو أكثر.

المُبلمرات الصناعية Industrial Polymers

جُزيئات ضخمة تُحضر صناعيًا مثل مبلمر الإيثين ومتعدد البروبين، وتُستخدم في صناعة البلاستيك ، والألياف الصناعية، وغيرها.

مُبلمر مُتعدد الإيثين (بولي إيثيلين) Polyethene  

من أشهر المُبلمرات التي تتكون من الكربون والهيدروجين فقط ، مبلمر متعدد الإيثين ، أو ما يُعرف باسم (بولي إيثيلين) ، حيث إن كلمة بولي هي كلمة لاتينية تعني متعدد . يتكون مُبلمر متعدد الإيثين عند تسخين غاز الإيثين تحت ضغوط كبيرة ، ، وبوجود عامل مساعد ؛ فترتبط جزيئات الإيثين نتيجة لكسر الرابطة الثنائية (باي) مُكونة سلسلة طويلة من مُبلمر متعدد الإيثين حسب المعادلة الآتية:

حيث تُمثل (n) عددًا كبيرًا من جزيئات الإيثين. وبذلك ينتج عن بلمرة غاز الإيثين مبلمر متعدد الإيثين ؛ وهو مادة صلبة يمكن تشكيلها بأشكال متعددة يُطلق عليها اسم البلاستيك.

ـ ويُمكن التحكم بالخصائص الفيزيائية لمبلمر متعدد الإيثين بالتحكم بطول سلسلة المبلمر ، فالمبلمر الذي يتكون من 100 مونومر أقل صلابة وقساوة من المبلمر الذي يحتوي 1000 مونومر . وكذلك التحكم في مدى تفرع سلسلة المبلمر وتشابكها.

مُبلمر مُتعدد البروبين (بولي بروبلين) Polypropene    

مُبلمر متعدد البروبين (أو ما يعرف بولي بروبلين) ينتج من اتحاد عدد كبير من جزيئات البربينCH2=CHCH3 الذي يُمثل وحدة البناء الأساسية في هذا المبلمر ، والرابطة الثنائية تُمكن جزيئات البروبين من الارتباط معًا بأعداد كبيرة.

تجري عملية البلمرة عند تسخين غاز البروبين تحت ضغوط كبيرة وبوجود عامل مساعد فترتبط جزيئاته نتيجة لكسر الرابطة الثنائية (باي) مُكونة سلسلة طويلة من مبلمر متعدد البروبين.

يُشبه مُبلمر متعدد البروبين في خصائصه مبلمر متعدد الإيثين ، ولكنه اكثر صلابة وسلاسله  أطول ؛ لذلك يستخدم في صناعة الأكواب والصحون والعبوات البلاستيكية ، وفي صناعة السيارات؛ إذ يدخل في صناعة المصدات (مخففات التصادم) في مقدمة السيارات ، والمعادلة الآتية تُمثل بلمرة البروبين للحصول على مبلمر متعدد البروبين:

حيث تمثل (n) عددًا كبيرًا من جُزيئات البروبين.

مُبلمر مُتعدد رباعي فلورو إيثين (التفلون) Teflon

ينتج مبلمر التفلون من اتحاد عدد كبير من جزيئات رباعي قلورو إيثين الذي يمثل وحدة البناء الأساسية في هذا المبلمر حسب المعادلة:

ويتميز التفلون بأنه لا يحترق ، ولا يتآكل ، ولا يتفاعل مع المواد الكيميائية ، لذلك يستخدم في فرش ملاعب التزلج ، وصنع الأواني المنزلية التي لا يلصق بها الطعام ، وصنع الصمامات التي لا يلزمها التشحيم وعزل الأسلاك والكوابل.

الجدول: يوضح الجدول بعض المبلمرات، ووحدات البناء الأساسية المُكونة لها، واستخداماتها.

المُبلمرات الطبيعية Natural Polymers

تُعرف المبلمرات الطبيعية  Natural Polymers    بأنها جزيئات ضخمة تتكون من وحدات بناء أساسية تختلف باختلاف المُبلمر ، مثل البروتين والنشا ، والحرير ، والصوف ، وغيرها.

  Protiens البروتينات 

تُعد البروتينات من المركبات الحيوية المُهمة في أجسام الكائنات الحية ؛ إذ تدخل في تركيب الخلايا الحية جميعها ، وتؤدي وظائف حيوية متنوعة في الجسم ، فبوصفها أنزيمات وهرمونات تحفز التفاعلات التي تحدث في الجسم وتنظمها ، ولها دور في نقل الأكسجين بين الخلايا وغيرها من   الوظائف . 

تُعرف البروتينات بأنها مبلمرات طبيعية تتكون من اتحاد عدد  كبير من وحدات بناء أساسية تُسمى الحموض الأمينية 

مجموعة كربوكسيل ( - COOH) ، ومجموعة أمين ( - NH2)  ، وطرف هيدروكربوني R

يختلف باختلاف الحمض الأميني ، ويحتوي البروتين على حموض أمينية عدة تشكل وحدات البناء المكونة له ، وتترابط في ما بينها بروابط ببتيدية (أميدية) ، كما يوضح الشكل التالي ، حيث تتفاعل مجموعة  الكربوكسيل من حمض أميني ومجموعة الأمين من حمض أميني آخر بحذف جزيء ماء ، وتنشأ الرابطة الببتيدية بين ذرة كربون مجموعة الكربونيل وذرة نيتؤوجين مجموعة الأمين 

الشكل : الرابطة الببتيدية بين عدد من الحموض الأمينية.

النشا Starch

يوجد النشا في الكثير من المواد الغذائية ، مثل البطاطا  ، والأرز ، والقمح ، والذرة ، ويتكون من ثلاث عناصر رئيسة هي الكربون ، والهيدروجين ن والأكسجين ، ويعد النشا مبلمرًا طبيعيًا يتكون من اتحاد عدد كبير من وحدات بناء اساسية هي سكر الجلوكوز C6H12O6 ، وتترابط في ما بينها بروابط إيثيرية (C - O - C) ، تسمى روابط جلايكوسيدية. ويتكون النشا من جزأين ، الأميلوز الذي تترابط جزيئات السكر فيه بصورة سلاسل مستمرة تشكل 10 - 20% من كتلة النشا .

والأميلوبكتين الذ يتكون من اتحاد سلاسل الأميلوز معا بروابط جلايكوسيدية مكونًا سلاسل مُتفرعة تشكل ما يقارب 80 - 90% من كتلة النشا. 

الشكل : اتحاد جزء من سلاسل الأميلوز مُكونة الأميلوبكتين.

السيليلوز Cellulose

يدخل السيليلوز في تركيب جدران الخلايا النباتية ، ويستخدم في الكثير من الصناعات ، مثل الورق ، والحرر الصناعي ، والألبسة القطنية .

ويُعد السيليلوز مبلمرًا طبيعيًا وحدة بنائه الأساسية سكر الجلوكوز ، وتترابط جزيئات الجلوكوز فيه بروابط جلايكوسيدية على صورة سلاسل غير مُتفرعة.

الشكل :  مُبلمر السيليلوز.