ماهي تفاعلات البلمرة وماهي أنواعها
تعد تفاعلات البلمرة من التفاعلات الهامة في حياتنا اليومية، وتدخل في الكثير من الصناعات والتطبيقات في العصر الحديث، وفي هذا المقال سنتناول كل المعلومات حول تفاعلات البلمرة وما هي أنواعها.
ماهي تفاعلات البلمرة؟
إن مصطلح بوليمر جاء من أصلٍ يونانيٍّ فكلمة POLY تعني المتعدد والكثير، أما MER تعني الجزء، وتعني كلمة بوليمر متعدد الأجزاء. وتفاعلات البلمرة هي عملياتٌ كيميائيةٌ يتم من خلالها تجميع عددٍ كبيرٍ يتراوح بين مئةٍ إلى مليون من الجزيئات الصغيرة والبسيطة، والتي تسمى مونومرات، وترتبط هذه المونمرات مع بعضها البعض بشكلٍ يشبه السلاسل لتكوين جزيئاتٍ عضويةٍ ضخمةٍ تدعى البولميرات، والتي تتميز بخواصٍ فيزيائيةٍ فريدةٍ من نوعها، تختلف عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات المكونة لها.
بعض البوليمرات الشائعة
يوجد العديد من الأمثلة في حياتنا اليومية على البوليمرات ومنها:
- النشاء والنايلون.
- السليلوز.
- البلاستيك.
- جميع البروتينات المكونة من اتحاد الأحماض الأمينية.
- الأحماض النووية.
تصنيف البوليمرات
تصنف البوليمرات إلى أنواعٍ مختلفةٍ وهي:
البوليمرات تبعًا للمصدر
- البوليمرات الطبيعية: وهي البوليمرات التي توجد في الطبيعة، والتي تكون من مصدرٍ نباتيٍّ أو حيوانيٍّ، ومن أمثلتها البروتينات، والسليلوز، والنشاء.
- البوليمرات الاصطناعية: هي بوليمراتٌ يتم تحضيرها من مركباتٍ كيميائيةٍ بسيطةٍ في المختبرات؛ لاستخدامها في العديد من الصناعات مثل البلاستيك والمطاط الصناعي.
- البوليمرات شبه الاصطناعية: هي بوليمراتٌ مشتقةٌ من مصادرَ طبيعيةٍ، يتم تغيير تركيبها الكيميائي في المختبر بواسطة تفاعلاتٍ كيميائيةٍ مثل السليلوز.
البوليمرات تبعًا للتركيب
- البوليمرات الخطية: ترتبط المونمرات مع بعضها البعض، لتكوين سلاسلَ طويلةٍ مستقيمة مثل الفينيل المستخدم في صنع الكابلات الكهربائية والأنابيب.
- بوليمرات السلسلة المتفرعة: تنشأ من تشعب سلاسل المونمرات الخطية، وتتميز بنقاط انصهارها، وكثافتها المنخفضة مثل البولي ايثيلين المستخدم في الأكياس البلاستيكية.
- البوليمرات الشبكية: ترتبط مع بعضها لتشكل شبكةً ثلاثية الأبعاد بواسطة مونمرات ثنائية وثلاثية الأبعاد، ووجود روابطَ تساهميةٍ قويةٍ، وهي بوليمراتٌ هشةٌ جدًا.
ما هي خصائص البوليمرات؟
يوجد عدة عواملَ تؤثر في تكوين البوليمرات، ونذكر منها:
- فعالية المونمرات.
- الكاشف المستخدم في عملية تفاعل البلمرة.
- كمية الكاشف ونوعه.
- درجة الحرارة والضغط عند حدوث البلمرة.
- المذيب الذي يتبلمر فيه المونمور.
- طريقة ارتباط البوليمر.
ومن الممكن أيضًا تغيير خصائص البوليمرات، عن طريق إضافة مثبتات أو ملدنات تزيد من مقاومة الأكسدة في البلاستيك، وتجعله أقل حساسيةً للضوء والحرارة. وتختلف البوليمرات حسب نوعها وخصائصها، ولكن تتميز جميعها بمايلي:
- تتمتع بخاصية اللدونة: فعند تسخينها تلين وتنصهر بسبب الروابط الضعيفة بين جزيئاتها، ثم تعود لشكلها الأصلي بعد التبريد، دون أن يتغير تركيبها الكيميائي مثل البولي ايثيلين.
- تكون البوليمرات متبلورةً عندما تكون ذراتها مرتبةً بشكلٍ هندسيٍّ منتظمٍ، وتكون غير متبلورةٍ عند توزيع ذرات المادة بشكلٍ عشوائيٍّ.
- تمتاز البوليمرات بالنفاذية.
- تعد البوليمرات من المواد العازلة حراريًّا وكهربائيًّا.
ما هي أنواع تفاعلات البلمرة؟
تتمُّ البلمرة بطريقتين تبعًا لنوع المونمرات وهما:
- البلمرة بالإضافة: هي تفاعلاتٌ يتم فيها إضافة عددٍ كبيرٍ من جزيئات مركبٍ واحدٍ بسيط وغير مشبعةٍ، وتتجمع مع بعضها البعض لتكوين جزيءٍ مركبٍ كبيرٍ ومشبعٍ، وله نفس الصيغة الأصلية للمركب الأصلي مثل البولي ايثيلين .
- البلمرة بالتكاثف: هي تفاعلاتٌ يتم فيها ارتباط جزيئات المونمرات مع بعضها البعض مع فقد جزيء صغير أو جزيء الماء.
أمثلة عن تفاعلات البلمرة بالإضافة
- تحضير البولي إيثلين: الإيثلين يتكون من رابطةٍ مزدوجةٍ بين ذرتي كربون إحداهما سيغما والأخرى باي، وتنكسر الرابطة الضعيفة باي ليتحرر منها إلكتروني الرابطة، ويصبح لكل ذرة كربون إلكترونًا حرًا، وترتبط من خلاله ذرات الكربون مع بعضها البعض بروابطَ تساهميةٍ أحاديةٍ، وتتكون سلاسل طويلة من جزيئات البوليمر، ويستخدم البولي إيثلين في صناعة الرقائق، والأكياس البلاستيكية، والزجاجات البلاستيكية.
- تحضير بولي بروبلين: يحضر من بلمرة مركب البروبين بتعريض غاز البروبين للحرارة والضغط والعامل المحفز ، ويتكون من رابطةٍ مزدوجةٍ، فتنكسر الرابطة باي الضعيفة؛ ويصبح لكل ذرة كربون إلكترونًا حرًا، ترتبط من خلاله مع الجزيء الذي بجانبها مع بعضها البعض بروابطَ تساهميةٍ أحاديةٍ، وتتكون سلاسل طويلة من جزيئات البوليمر ويتكون البولي بروبلين، ويستخدم في صناعة أواني حفظ المواد الكيميائية، وفي صناعة المعلبات، والملابس، والسجاد.
أمثلة عن تفاعلات البلمرة بالتكاثف
- تحضير النايلون66: أو مايعرف بولي أميد، وينتج من تفاعل حمض كربوكسيلي يحتوي على مجموعتين وظيفيتين من الكربوكسيل، مع أمين يحتوي على مجموعتين وظيفيتين من الأمين، ويتم إجراء عملية تكاثف بنزع جزيء الهيدروكسيد من الحمض وذرة الهيدروجين من الأمين؛ لتكوين جزيء الماء ومجموعة الأميد. ويستخدم النايلون في صناعة الملابس وصناعة المظلات.