ما هو البوليمر

ما هو البوليمر، نرحب بكم طلابنا الأعزاء في موقعكم أون تايم نيوز، والذي يضم نخبة من الأساتذة والمعلمين لكافة المراحل الدراسية.

حيث نعمل معا كوحدة واحدة ونبذل قصارى جهدنا لنضع بين أيديكم حلول نموذجية لكل ما يعترضكم من أسئلة لنساعدكم على التفوق والنجاح.

البوليمرات هي مواد مصنوعة من سلاسل طويلة ومتكررة من الجزيئات  ، وهذه المواد لها خصائص فريدة ، اعتمادًا على نوع الجزيئات التي يتم ربطها وكيفية ارتباطها ، حيث أن بعض البوليمرات تنحني وتتمدد ، مثل المطاط و البوليستر. البعض الآخر صعب وقاسي ، مثل الايبوكسي والزجاج.

وغالبا ما يستخدم مصطلح البوليمر لوصف المواد البلاستيكية ، والتي هي البوليمرات الاصطناعية ، ومع ذلك ، البوليمرات الطبيعية موجودة أيضا في المطاط والخشب.

ما هو البوليمر

أبسط تعريف للبوليمر هو أنه عبارة عن مادة كيميائية مفيدة مصنوعة من العديد من وحدات التكرار ، ويمكن أن يكون البوليمر عبارة عن شبكة ثلاثية الأبعاد ، أو شبكة ثنائية الأبعاد ، كل وحدة مكررة هي الوحدة “الأساسية” مع “بوليمير” مما يعني العديد من وحدات التكرار ، وغالبًا ما تصنع وحدات التكرار من الكربون ، والهيدروجين ، وأحيانًا الأكسجين ، والنيتروجين ، والكبريت ، والكلور ، والفلور ، والفوسفور ، والسيليكون ، ولتكوين السلسلة يتم ربط العديد من الروابط أو ” mers ” كيميائيا أو بلمرتها معا ، وربط شرائط لا حصر لها من ورق البناء معًا لإنشاء أكاليل ورق أو ربط مئات مقاطع الورق لتشكيل سلاسل أو حبات التوتير تساعد على تصور البوليمرات ، والبوليمرات تحدث في الطبيعة ، ويمكن صنعها لتلبية الاحتياجات المحددة ، ويمكن أن تكون البوليمرات المصنعة شبكات ثلاثية الأبعاد لا تذوب بمجرد تكوينها تسمى هذه الشبكات بوليمرات  THERMOSET.

وتتميز البوليمرات بكثرتها في الطبيعة ومن أمثلتها حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) ،  وحمض الريبونوكلي (RNA) اللذين يحددان الحياة ، وتم استخدام مطاط الشجر المطاطي والسليلوز كمادة خام لصناعة المطاط والبوليمرات المصنعة ، وكان أول منتج من البلاستيك الصناعي كان Bakelite ، تم إنشاؤه عام 1909 لغلاف الهاتف والمكونات الكهربائية ، وأول ألياف بوليمرية مصنعة كانت Rayon ، من السليلوز ، في عام 1910.

تركيب البوليمرات

تتكون العديد من الطبقات الشائعة من البوليمرات من الهيدروكربونات ، ومركبات الكربون ، والهيدروجين ، وتصنع هذه البوليمرات على وجه التحديد من ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض ، واحدة إلى أخرى ، في سلاسل طويلة تسمى العمود الفقري للبوليمر ، وبسبب طبيعة الكربون ، يمكن ربط ذرة واحدة أو أكثر بكل ذرة كربون في العمود الفقري ، وهناك البوليمرات التي تحتوي على ذرات الكربون والهيدروجين فقط أمثلة على هذه المنتجات هي البولي إيثيلين ، والبولي بروبيلين ، والبولي بوتيلين ، والبوليسترين ، والبولي إيثيلين .

كما أن البوليمرات المصنعة الأخرى الشائعة لها أعمدة أساسية تتضمن عناصر أخرى غير الكربون ، حيث يحتوي النايلون على ذرات النيتروجين في العمود الفقري لوحدة التكرار ، والبوليستر والبولي يحتوي على الأكسجين في العمود الفقري ، وهناك أيضًا بعض البوليمرات التي بدلاً من وجود عمود الكربون ، تحتوي على السيليكون أو العمود الفقري الفوسفوري ، وتعتبر هذه البوليمرات غير عضوية. 

استخدامات البوليمرات

تستخدم البوليمرات في كل مجالات الحياة الحديثة تقريبًا ، حيث تحتوي كل من أكياس البقالة ، وزجاجات الصودا والمياه ، وألياف النسيج ، والهواتف ، وأجهزة الكمبيوتر ، وتغليف المواد الغذائية ، وقطع غيار السيارات ، والألعاب على البوليمرات ، حتى التكنولوجيا الأكثر تطوراً تستخدم البوليمرات ، على سبيل المثال ، ” تستخدم أغشية تحلية المياه ، والناقلات المستخدمة في إطلاق الدواء المتحكم فيه والبوليمرات الحيوية لهندسة الأنسجة البوليمرات ” ، وفقًا لـ ACS.

خصائص البوليمرات

غالبية البوليمرات المصنعة يتم تصنيعها بالحرارة ، مما يعني أنه بمجرد تكوين البوليمرات يمكن تسخينها وإصلاحها مرارًا وتكرارًا ، وتتيح هذه الخاصية المعالجة بسهولة وتسهيل إعادة التدوير ، ولكل بوليمر خصائص مميزة له ، ولكن معظم البوليمرات لها صفات عامة وهي كالتالي:

• يمكن أن تكون البوليمرات شديدة المقاومة للمواد الكيميائية : يجب الوضع في الاعتبار جميع سوائل التنظيف في المنزل والتي تم تعبئتها بالبلاستيك ، حيث أن قراءة ملصقات التحذير التي تصف ما يحدث عندما تتلامس المادة الكيميائية مع الجلد ، أو العينين ، أو يتم تناولها ستؤكد على الحاجة إلى المقاومة الكيميائية في العبوات البلاستيكية ، بينما تقوم المذيبات بحل بعض المواد البلاستيكية بسهولة ، إلا أن المواد البلاستيكية الأخرى توفر عبوات آمنة وغير قابلة للكسر من قبل المذيبات القوية .
• بشكل عام تكون البوليمرات خفيفة الوزن للغاية مع درجات عالية من القوة : عند النظر في مجموعة من التطبيقات ، من اللعب إلى هيكل الإطار للمحطات الفضائية ، تطفو بعض البوليمرات في الماء بينما تغرق أخرى ، ولكن ، مقارنة بكثافة الأحجار ، أو الخرسانة ، أو الصلب ، أو النحاس ، أو الألومنيوم ، فإن جميع المواد البلاستيكية عبارة عن مواد خفيفة الوزن .
• يمكن معالجة البوليمرات بطرق مختلفة : حيث يمكن تشكيل البلاستيك في براميل ، أو خلطه بالمذيبات ليصبح مواد لاصقة أو دهانات .
• البوليمرات هي مواد ذات مجموعة لا حدود لها على ما يبدو من الخصائص و الألوان ، فالبوليمرات لها العديد من الخصائص المتأصلة التي يمكن تعزيزها من خلال مجموعة واسعة من المواد المضافة لتوسيع استخداماتها وتطبيقاتها ، حيث يمكن تصنيع البوليمرات لتقليد ألياف القطن ، والحرير ، والصوف ، الخزف ، والرخام ، والألومنيوم ، والزنك ، يمكن أن تقوم البوليمرات أيضًا بصنع المنتجات الممكنة التي لا تأتي بسهولة من العالم الطبيعي مثل الأوراق .
• عادة ما تصنع البوليمرات من النفط ولكن ليس دائمًا : تتكون العديد من البوليمرات من وحدات التكرار المشتقة من الغاز الطبيعي ، أو الفحم ، أو النفط الخام ، لكن في بعض الأحيان يمكن تصنيع وحدات تكرار الكتل البرمجية الإنشائية من مواد قابلة للتجديد مثل حمض polylactic من الذرة أو السليلوزيات من بطانات القطن . 

أمثلة على البوليمر

البوليمرات الطبيعية

توجد البوليمرات في الطبيعة وكذلك يتم صنعها في المختبرات ، ولقد استخدمت البوليمرات الطبيعية لخصائصها الكيميائية قبل وقت طويل  في مختبر الكيمياء ، حيث تم تصنيع الصوف ، والجلد ، والكتان في ألياف لصنع الملابس منها ؛ وتم غلي عظام الحيوانات لتصنيع الغراء ، والبوليمرات الطبيعية تشمل ما يلي :

• البروتينات ، مثل الشعر ، والأظافر .
• السليلوز ، في الورق والأشجار .
• النشا في النباتات مثل البطاطا والذرة .
• الحمض النووي .
• خطوة (المعروف أيضا باسم القار أو القطران) .
• الصوف (بروتين تصنعه الحيوانات) .
• الحرير (بروتين تصنعه الحشرات) .
• المطاط الطبيعي (البروتينات المستخرجة من الأشجار)

البوليمرات الاصطناعية

تم تصنيع البوليمرات لأول مرة من قبل أشخاص يبحثون عن بدائل للبوليمرات  الطبيعية ، ولا سيما المطاط والحرير ، و بحلول عام 1820 ظهرت أوائل البوليمرات شبه الاصطناعية ، وهي بوليمرات طبيعية معدلة بطريقة ما ، حيث تم تعديل المطاط الطبيعي بجعله أكثر مرونة ، وتم استخدام نترات السليلوز التي تم تحضيرها في عام 1846 كأول مادة متفجرة ثم كمواد صلبة قابلة للتشكيل .

وتشمل البوليمرات الصناعية ما يلي :

• الباكليت ، أول بلاستيك صناعي .
• النيوبرين (شكل من أشكال المطاط) .
• النايلون ، البوليستر ، الرايون (أشكال حرير مصنعة)
• البولي اثيلين (الأكياس البلاستيكية وحاويات التخزين) .
• البوليسترين (لتعبئة الفول السوداني وأكواب الستايروفوم) .
• التفلون .
• الراتنجات الايبوكسي .
• السيليكون .