تاريخ البوليمرات والبلمرة والأنواع والخصائص والأمثلة

ال البوليمرات هي المركبات الجزيئية التي تتميز بوجود كتلة ضارية عالية (تتراوح بين الآلاف إلى الملايين) وتتكون من عدد كبير من الوحدات ، تسمى المونومرات ، والتي تتكرر.

نظرًا لأنها تتميز بكونها جزيئات كبيرة ، تسمى هذه الأنواع بالجزيئات الكبيرة ، والتي تمنحها صفات فريدة ومختلفة جدًا عن تلك التي تمت ملاحظتها في الجزيئات الأصغر ، والتي تعزى فقط إلى هذا النوع من المواد ، مثل الميل لديهم هياكل شكل الزجاج.

بنفس الطريقة ، نظرًا لأنها تنتمي إلى مجموعة كبيرة جدًا من الجزيئات ، فقد نشأت الحاجة لمنحهم تصنيفًا ، ولهذا السبب يتم تقسيمهم إلى نوعين: البوليمرات ذات الأصل الطبيعي ، مثل البروتينات والأحماض النووية ؛ وتلك المصنعة ، مثل النايلون أو وسيت (المعروف باسم زجاجي).

بدأ العلماء في البحث عن العلم الموجود خلف البوليمرات في عشرينيات القرن العشرين ، عندما لاحظوا بفضول وحيرة كيف تتصرف بعض المواد مثل الخشب أو المطاط. بعد ذلك ، كرس علماء العصر أنفسهم لتحليل هذه المركبات الموجودة في الحياة اليومية.

من خلال الوصول إلى مستوى معين من الفهم حول طبيعة هذه الأنواع ، يمكننا أن نفهم هيكلها والتقدم في إنشاء الجزيئات الكبيرة التي يمكن أن تسهل تطوير وتحسين المواد الموجودة ، وكذلك إنتاج مواد جديدة.

أيضًا ، من المعروف أن العديد من البوليمرات المهمة تحتوي في ذراتها على ذرات النيتروجين أو الأكسجين ، متصلة بذرات الكربون ، والتي تشكل جزءًا من السلسلة الرئيسية للجزيء..

اعتمادًا على المجموعات الوظيفية الرئيسية التي تشكل جزءًا من المونومرات ، سيتم تحديد اسمها ؛ على سبيل المثال ، إذا تم تكوين المونومر بواسطة إستر ، يتم إنشاء البوليستر.

مؤشر

• 1 تاريخ البوليمرات
  • 1.1 القرن 19
  • 1.2 القرن العشرين
  • 1.3 القرن الحادي والعشرون
• 2 البلمرة
  • 2.1 البلمرة عن طريق ردود الفعل بالإضافة
  • 2.2 بلمرة بواسطة تفاعلات التكثيف
  • 2.3 أشكال أخرى من البلمرة
• 3 أنواع البوليمرات
• 4 خصائص
• 5 أمثلة للبوليمرات
  • 5.1 البوليسترين
  • 5.2 Polytetrafluoroethylene
  • 5.3 كلوريد البوليفينيل
• 6 المراجع

تاريخ البوليمرات

يجب معالجة تاريخ البوليمرات بدءًا من الإشارات إلى البوليمرات الأولى التي يعرفها البوليمرات.

وبهذه الطريقة ، تتكون بعض المواد ذات الأصل الطبيعي التي تستخدم على نطاق واسع منذ العصور القديمة (مثل السليلوز أو الجلد) من البوليمرات بشكل أساسي.

القرن التاسع عشر

على عكس ما قد يظن المرء ، كان تكوين البوليمرات غير معروف للكشف عنه حتى قبل قرنين من الزمان ، عندما بدأوا في تحديد كيفية تكوين هذه المواد ، وحتى سعى إلى إنشاء طريقة لتحقيق التصنيع بشكل مصطنع.

كانت المرة الأولى التي استخدم فيها مصطلح "البوليمرات" في عام 1833 ، وذلك بفضل الكيميائي السويدي Jöns Jacob Berzelius ، الذي استخدمه للإشارة إلى مواد ذات طبيعة عضوية لها نفس الصيغة التجريبية ولكن لها كتل جزيئية مختلفة.

كان هذا العالم مسؤولًا أيضًا عن صياغة مصطلحات أخرى ، مثل "الأيزومر" أو "الحفز الكيميائي" ؛ على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أنه في ذلك الوقت كان مفهوم هذه التعبيرات مختلفًا تمامًا عما تعنيه حاليًا.

بعد بعض التجارب للحصول على البوليمرات الاصطناعية من تحول الأنواع البوليمرية الطبيعية ، أصبحت دراسة هذه المركبات أكثر صلة.

كان الغرض من هذه التحقيقات هو تحقيق الاستفادة المثلى من الخواص المعروفة بالفعل لهذه البوليمرات والحصول على مواد جديدة يمكنها تحقيق أغراض محددة في مجالات مختلفة من العلوم.

القرن العشرين

عند ملاحظة أن المطاط قابل للذوبان في مذيب ذو طبيعة عضوية ، ثم أظهر المحلول الناتج بعض الخصائص غير العادية ، انزعج العلماء ولم يعرفوا كيف يفسرونهم.

من خلال هذه الملاحظات استنتجت أن مثل هذه المواد تظهر سلوكًا مختلفًا تمامًا عن الجزيئات الأصغر ، حيث يمكن أن تلاحظ أثناء دراسة المطاط وخصائصه.

وأشاروا إلى أن الحل الذي تمت دراسته كان له لزوجة عالية ، وانخفاض كبير في نقطة التجمد وضغط تناضحي ذو حجم صغير ؛ من خلال هذا يمكن استنتاج أن هناك العديد من المواد المذابة ذات الكتلة المولية عالية جدًا ، لكن العلماء رفضوا الإيمان بهذا الاحتمال.

هذه الظواهر ، التي ظهرت أيضًا في بعض المواد مثل الجيلاتين أو القطن ، دفعت العلماء في ذلك الوقت إلى الاعتقاد بأن هذا النوع من المواد يتكون من مجاميع من وحدات جزيئية صغيرة ، مثل C₅H₈ أو جيم₁₀H₁₆, مرتبطة بالقوى الجزيئية.

على الرغم من أن هذا الفكر الخاطئ ظل قائماً لعدة سنوات ، إلا أن التعريف الذي استمر حتى الوقت الحاضر هو التعريف الذي منحه له الكيميائي الألماني والفائز بجائزة نوبل في الكيمياء ، هيرمان ستودنجر..

القرن 21

قام ستاودنغر في عام 1920 بصياغة التعريف الحالي لهذه الهياكل كمواد الجزيئات المرتبطة بالروابط التساهمية ، الذي أصر على ابتكار وتنفيذ تجارب حتى العثور على دليل على هذه النظرية خلال السنوات العشر التالية..

بدأ تطوير ما يسمى ب "كيمياء البوليمرات" ومنذ ذلك الحين لم يستحوذ على اهتمام الباحثين في جميع أنحاء العالم فقط ، وهو يعد من بين صفحات تاريخه علماء مهمون جدًا ، من بينهم جوليو ناتا ، كارل زيغلر ، تشارلز جوديير ، من بين آخرين ، بالإضافة إلى من سبق ذكرهم.

في الوقت الحاضر ، تتم دراسة الجزيئات الكبيرة البوليمرية في مجالات علمية مختلفة ، مثل علوم البوليمرات أو الفيزياء الحيوية ، حيث يتم فحص المواد الناتجة لربط المونومرات من خلال الروابط التساهمية بطرق وأغراض مختلفة..

بالتأكيد ، من البوليمرات الطبيعية مثل البوليسوبرين إلى تلك ذات الأصل الصناعي مثل البوليسترين ، يتم استخدامها في كثير من الأحيان ، دون الانتقاص من الأنواع الأخرى مثل السيلكون ، تتكون من مونومرات تستند إلى السيليكون..

أيضا ، العديد من هذه المركبات ذات الأصل الطبيعي والاصطناعي مكونة من فئتين أو أكثر من المونومرات المختلفة ، وقد أعطيت هذه الأنواع البوليمرية اسم البوليمرات المشتركة.

التبلمر

من أجل الخوض في مسألة البوليمرات ، يجب أن نبدأ بالحديث عن أصل كلمة البوليمر ، والتي تأتي من المصطلحات اليونانية أضلاع, مما يعني "الكثير" ؛ و الهامور, الذي يشير إلى "أجزاء" لشيء ما.

يستخدم هذا المصطلح لتعيين المركبات الجزيئية التي لها هيكل يتكون من العديد من وحدات التكرار ، وهذا يسبب خاصية الكتلة الجزيئية النسبية العالية وغيرها من الخصائص الجوهرية لهذه.

لذا فإن الوحدات التي تتكون منها البوليمرات تعتمد على أنواع جزيئية لها كتلة جزيئية نسبية ذات حجم صغير.

في ترتيب الأفكار هذا ، ينطبق مصطلح البلمرة فقط على البوليمرات الاصطناعية ، وبشكل أكثر تحديدًا على العمليات المستخدمة للحصول على هذا النوع من الجزيئات الكبيرة.

لذلك ، يمكن تعريف البلمرة على أنها التفاعل الكيميائي المستخدم في مزيج المونومرات (واحدة في المرة) لإنتاج البوليميرات المقابلة منها.

بهذه الطريقة ، يتم إجراء تخليق البوليمرات من خلال نوعين من التفاعلات الرئيسية: تفاعلات الإضافة وتفاعلات التكثيف ، والتي سيتم وصفها بالتفصيل أدناه.

البلمرة عن طريق ردود الفعل بالإضافة

يحتوي هذا النوع من البلمرة على مشاركة جزيئات غير مشبعة لها روابط ثنائية أو ثلاثية في بنيتها ، خاصة تلك الكربون.

في هذه التفاعلات ، يخضع المونومرات لتركيبات مع بعضها البعض دون القضاء على أي من ذراتها ، حيث يمكن الحصول على الأنواع البوليمرية التي تم تصنيعها عن طريق كسر أو فتح الحلقة دون توليد جزيئات صغيرة.

من وجهة النظر الحركية ، يمكن رؤية هذا البلمرة كرد فعل من ثلاث خطوات: البدء ، الانتشار والإنهاء.

أولاً ، تحدث بداية التفاعل ، حيث يتم تطبيق التسخين على جزيء يُعتبر مبدئيًا (يُشار إليه باسم R₂) لتوليد نوعين جذريين بالطريقة التالية:

R₂ → 2R ∙

إذا تم استخدام إنتاج البولي إيثيلين كمثال ، فإن الخطوة التالية هي الانتشار ، حيث يقترب الجذر التفاعلي المتكون من جزيء الإيثيلين ويتشكل نوع جذري جديد على النحو التالي:

R ∙ + CH₂= CH₂ → R-CH₂-CH₂∙

يتم دمج هذا الجذر الجديد لاحقًا مع جزيء إيثيلين آخر ، وتستمر هذه العملية على التوالي حتى يتم الجمع بين جذري سلسلة طويلة لإنشاء البولي إيثيلين أخيرًا ، في التفاعل المعروف باسم الإنهاء..

البلمرة بواسطة تفاعلات التكثيف

في حالة البلمرة عن طريق تفاعلات التكثيف ، يحدث عادة مزيج من اثنين من المونومرات المختلفة ، بالإضافة إلى الإزالة الناتجة لجزيء صغير ، وهو عادةً ماء..

وبالمثل ، غالبًا ما تحتوي البوليمرات التي تنتجها هذه التفاعلات على ذرات غير متجانسة ، مثل الأكسجين أو النيتروجين ، والتي تشكل جزءًا من بنيتها الرئيسية. يحدث أيضًا أن الوحدة المتكررة التي تمثل قاعدة سلسلتها لا تمتلك مجموع الذرات الموجودة في المونومر الذي يمكن أن يتحلل إليه.

من ناحية أخرى ، هناك طرق تم تطويرها مؤخرًا ، من بينها تبلمر البلازما ، والتي لا تتفق خصائصها تمامًا مع أي من أنواع البلمرة الموضحة أعلاه..

وبهذه الطريقة ، يمكن أن تحدث تفاعلات البلمرة ذات الأصل الصناعي ، سواءً أكانت إضافة أو تكثيف ، في غياب أو في وجود نوع محفز.

يستخدم بلمرة التكثيف على نطاق واسع في تصنيع العديد من المركبات الموجودة عادة في الحياة اليومية ، مثل الداكرون (المعروف باسم البوليستر) أو النايلون.

أشكال أخرى من البلمرة

بالإضافة إلى طرق تخليق البوليمرات الصناعية ، يوجد أيضًا توليف بيولوجي ، يُعرَّف بأنه مجال الدراسة المسؤول عن التحقيق في البوليمرات الحيوية ، والتي تنقسم إلى ثلاث فئات رئيسية هي: متعدد النيوكليوتيدات ، بولي ببتيدات وعديد السكاريد.

في الكائنات الحية ، يمكن إجراء التخليق بشكل طبيعي ، من خلال العمليات التي تنطوي على وجود محفزات مثل إنزيم بوليميريز في إنتاج البوليمرات مثل حمض ديوكسي ريبونوكليازك (DNA)..

في حالات أخرى ، فإن معظم الإنزيمات المستخدمة في البلمرة الكيميائية الحيوية عبارة عن بروتينات ، وهي بوليمرات تتكون من الأحماض الأمينية وهي ضرورية في الغالبية العظمى من العمليات البيولوجية..

بالإضافة إلى مواد البوليمر الحيوي التي تم الحصول عليها بهذه الطرق ، هناك مواد أخرى ذات أهمية تجارية كبيرة ، مثل المطاط المفلكن الذي يتم إنتاجه من خلال تسخين المطاط ذي المنشأ الطبيعي في وجود الكبريت.

لذلك ، من بين التقنيات المستخدمة في تخليق البوليمر من خلال التعديل الكيميائي للبوليمرات ذات الأصل الطبيعي هي التشطيب والربط المتبادل والأكسدة.

أنواع البوليمرات

يمكن تصنيف أنواع البوليمرات وفقًا لخصائص مختلفة ؛ على سبيل المثال ، يتم تصنيفها إلى لدائن حرارية أو لدن بالحرارة أو إلاستومر حسب استجابتها الجسدية للاحترار.

بالإضافة إلى ذلك ، بناءً على نوع المونومرات التي تشكلت منها ، يمكن أن تكون متجانسة أو بوليمرات مشتركة.

بالطريقة نفسها ، وفقًا لنوع البلمرة الذي تُنتج به ، يمكن أن تكون بوليمرات إضافة أو تكثيف.

أيضا ، يمكن الحصول على البوليمرات الطبيعية أو الاصطناعية اعتمادا على منشأها ؛ ش العضوية أو غير العضوية اعتمادا على التركيب الكيميائي.

خصائص

- الميزة الأبرز هي الهوية المتكررة لمونومراتها كأساس لهيكلها.

- خصائصه الكهربائية تختلف وفقا لغرضها.

- لديهم خصائص ميكانيكية مثل المرونة أو قوة الشد ، والتي تحدد سلوكها العياني.

- بعض البوليمرات تحمل خصائص بصرية مهمة.

- تؤثر البنية المجهرية التي تمتلكها بشكل مباشر على خصائصها الأخرى.

- يتم تحديد الخصائص الكيميائية للبوليمرات من خلال التفاعلات الجذابة بين السلاسل التي تشكلها.

- ترتبط خصائص النقل لسرعة الحركة بين الجزيئات.

- ويرتبط سلوك الدول التجميع لها التشكل.

أمثلة من البوليمرات

من بين العدد الكبير من البوليمرات الموجودة ما يلي:

البوليسترين

يستخدم في حاويات من أنواع مختلفة ، وكذلك في حاويات تستخدم كعوازل حرارية (لتبريد الماء أو تخزين الثلج) وحتى في اللعب.

تترافلوروإيثيلين

المعروف باسم تفلون ، ويستخدم كعازل كهربائي ، وكذلك في تصنيع اللفائف ولطلاء أواني المطبخ.

كلوريد البوليفينيل

يستخدم هذا البوليمر في إنتاج قنوات للجدران والبلاط والألعاب والأنابيب ، ويعرف تجاريا باسم PVC.

مراجع

1. ويكيبيديا. (بدون تاريخ). البوليمر. تم الاسترجاع من en.wikipedia.or
2. تشانغ ، ر. (2007). الكيمياء ، الطبعة التاسعة. المكسيك: ماكجرو هيل.
3. LibreTexts. (بدون تاريخ). مقدمة في البوليمرات. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org
4. Cowie، J. M. G.، and Arrighi، V. (2007). البوليمرات: كيمياء وفيزياء المواد الحديثة ، الطبعة الثالثة. تم الاسترجاع من books.google.co.ve
5. Britannica، E. (s.f.). البوليمر. تم الاسترجاع من britannica.com
6. Morawetz، H. (2002). البوليمرات: نشأة العلم ونموه. تم الاسترجاع من books.google.co.ve