الدرس الثالث: المُبلمرات
الثانوي - الصف الحادي عشر - المسار الأكاديمي
الدرس الثالث: المُبلمرات (Polymers)
تمهيد: ما هي المُبلمرات؟
المُبلمرات هي مركبات كيميائية ذات أهمية كبرى في حياتنا اليومية؛ فهي تدخل في تركيب المواد البلاستيكية، والألياف الصناعية، والمواد الغذائية (مثل النشا والبروتينات)، وحتى في أجسام الكائنات الحية. تُعدّ المُبلمرات جزيئات ضخمة ذات كتلة جزيئية كبيرة جداً، وتتكون من اتحاد عدد كبير من الجزيئات الصغيرة التي تُسمى المونومرات.
المفاهيم الأساسية
| المصطلح | التعريف |
|---|---|
| المُبلمَر (Polymer) | جزيء ضخم ذو كتلة جزيئية كبيرة جداً، يتكون من اتحاد عدد كبير من الجزيئات الصغيرة. |
| المونومر (Monomer) | وحدة البناء الأساسية الصغيرة التي تتحد لتكوين المُبلمَر. |
| تفاعل البلمرة (Polymerization) | تفاعل كيميائي تتحد فيه وحدات المونومر لتكوين المُبلمَر، ويتم تحت ظروف مناسبة من الضغط ودرجة الحرارة ووجود عوامل مساعدة. |
تُصنَّف المُبلمرات إلى نوعين رئيسيين:
1. مُبلمرات صناعية (من صنع الإنسان).
2. مُبلمرات طبيعية (توجد في الكائنات الحية).
أولاً: المُبلمرات الصناعية (Industrial Polymers)
هي جزيئات ضخمة تُحضَّر صناعياً من اتحاد عدد كبير من وحدات المونومر. تختلف أنواعها باختلاف المونومر المستخدم، وتستخدم في صناعة البلاستيك، والألياف الصناعية، وغيرها.
1. مُبلمَر متعدد الإيثين (بولي إيثيلين) Polyethene
المونومر: غاز الإيثين (CH₂=CH₂)
تفاعل البلمرة: عند تسخين الإيثين تحت ضغط كبير وبوجود عامل مساعد، تنكسر الرابطة الثنائية وترتبط الجزيئات معاً لتكوين سلسلة طويلة من البولي إيثيلين.
حيث n عدد كبير من وحدات الإيثين.
أنواع البولي إيثيلين حسب كثافته:
| النوع | وصف السلسلة | الخصائص | الاستخدامات |
|---|---|---|---|
| عالي الكثافة (HDPE) | سلاسل غير متفرعة، تسمح بالتقارب والتراص | صلب، قوي | خراطيم المياه، الحاويات البلاستيكية، عزل الأسلاك |
| منخفض الكثافة (LDPE) | سلاسل متفرعة، تعيق التقارب | أقل صلابة وقوة | الأكياس البلاستيكية |
| متشابك (شديد الصلابة) | سلاسل متشابكة معاً | شديد الصلابة والقوة | منتجات بلاستيكية شديدة الصلابة |
2. مُبلمَر متعدد البروبين (بولي بروبلين) Polypropene
المونومر: غاز البروبين (CH₂=CH–CH₃)
- الخصائص: أكثر صلابة من البولي إيثيلين، وسلاسله أطول.
- الاستخدامات: صناعة الأكواب والأطباق البلاستيكية، العبوات، مصدات السيارات.
3. مُبلمَر متعدد رباعي فلورو إيثين (تفلون) Teflon
المونومر: رباعي فلورو إيثين (CF₂=CF₂)
- الخصائص: لا يحترق، لا يتآكل، لا يتفاعل مع المواد الكيميائية، مقاوم للحرارة.
- الاستخدامات: طلاء أواني الطهي غير اللاصقة، عزل الأسلاك والكوابل، صناعة الصمامات، فرش مالعب التزلج.
4. مُبلمرات صناعية أخرى
| المونومر | اسم المُبلمَر | الاستخدامات |
|---|---|---|
| CH₂=CH–Cl | متعدد كلوريد الفينيل (PVC) | الأنابيب البلاستيكية، التمديدات الصحية |
| CH₂=CH–CN | الإكريلان | الأقمشة الصناعية |
| CH₂=CH–C₆H₅ | متعدد الستايرين | العزل الحراري، التغليف |
ثانياً: المُبلمرات الطبيعية (Natural Polymers)
هي جزيئات ضخمة تتكون في أجسام الكائنات الحية (نباتية أو حيوانية) من وحدات بناء أساسية طبيعية.
1. البروتينات (Proteins)
التعريف: مُبلمرات طبيعية تتكون من اتحاد عدد كبير من وحدات بناء أساسية تُسمى الحموض الأمينية.
الحمض الأميني: مركب عضوي له الصيغة العامة R–CH(NH₂)–COOH.
الرابطة الببتيدية (الأميدية): تربط بين الحموض الأمينية (تفاعل كربوكسيل مع أمين وحذف ماء).
الوظائف: تركيب الخلايا، إنزيمات، هرمونات، نقل الأكسجين (هيموغلوبين).
مثال: إنزيم الليزوزيم (14600 g/mol) في بياض البيض والدموع (مضاد حيوي طبيعي).
2. النشا (Starch)
التعريف: مُبلمر طبيعي يتكون من اتحاد عدد كبير من وحدات سكر الجلوكوز (C₆H₁₂O₆).
الرابطة: روابط إيثرية تُسمى روابط جاليكوسيدية (C–O–C).
- الأميلوز: سلاسل مستقيمة (10-20%).
- الأميلوبكتين: سلاسل متفرعة (80-90%).
يوجد في البطاطا، الأرز، القمح، والذرة.
3. السيليلوز (Cellulose)
التعريف: مُبلمر طبيعي من وحدات الجلوكوز بروابط جاليكوسيدية، على شكل سلاسل غير متفرعة.
الوظيفة: تركيب جدران الخلايا النباتية.
الاستخدامات: صناعة الورق، الحرير الصناعي، الألبسة القطنية.
ثالثاً: تكنولوجيا المُبلمرات (Polymer's Technology)
تهتم بدراسة خصائص المُبلمرات وتطويرها لاستخدامات متعددة في الطب والصناعة والإلكترونيات.
المجال الطبي
- إيصال الدواء: كبسولات تتحلل ببطء لإطلاق الدواء.
- خيوط جراحية: قابلة للتحلل الحيوي.
المجال الصناعي والبيئي
- مُبلمرات موصلة للكهرباء.
- دهانات مقاومة للبكتيريا.
- بلاستيك قابل للتحلل الحيوي.
رابعاً: أنواع البلاستيك القابل للتحلل (الإثراء العلمي)
| النوع | الوصف |
|---|---|
| البلاستيك المليء بالنشا | يحتوي على نشا تتغذى عليه البكتيريا فتفتت البلاستيك. |
| البلاستيك الحراري البكتيري (PHB) | يُصنع بواسطة بكتيريا، يتحلل في 9 أشهر. |
| القابل للتحلل الضوئي | يحتوي على كربونيل (C=O) يمتص UV ويتكسر. |
| القابل للذوبان في الماء | مثل بولي إيثينول (أكياس الغسيل الملوث). |
خامساً: مقارنة بين المبلمرات الطبيعية والصناعية
| الخاصية | المبلمرات الطبيعية | المبلمرات الصناعية |
|---|---|---|
| المصدر | الكائنات الحية | تفاعلات كيميائية في المصانع |
| أمثلة | بروتينات، نشا، سيليلوز | بولي إيثيلين، تفلون، PVC |
| قابلية التحلل | تتحلل حيوياً بسهولة | بعضها غير قابل للتحلل |
ملخص الدرس في نقاط
- المُبلمرات: جزيئات ضخمة تتكون من وحدات صغيرة (مونومرات).
- تفاعل البلمرة: هو اتحاد المونومرات لتكوين المُبلمَر.
- المبلمرات الصناعية: تشمل بولي إيثيلين، بولي بروبيلين، تفلون، PVC، ولكل منها استخداماته حسب خصائصه.
- المبلمرات الطبيعية: تشمل البروتينات (من حموض أمينية بروابط ببتيدية)، النشا (من جلوكوز بروابط جاليكوسيدية)، السيليلوز.
- تكنولوجيا المبلمرات: تطور تطبيقات حديثة في الطب والصناعة، وتسعى لحل المشكلات البيئية عبر البلاستيك القابل للتحلل.
أسئلة للتحقق
1. ما الفرق بين المونومر والمُبلمَر؟
المونومر هو وحدة البناء الصغيرة، والمُبلمَر هو الجزيء الضخم الناتج عن اتحاد آلاف المونومرات.
2. لماذا يُستخدم البولي إيثيلين منخفض الكثافة في صناعة الأكياس؟
لأن سلاسله متفرعة، مما يجعله أقل صلابة وقوة، ولكنه أكثر مرونة.
3. ما نوع الرابطة في النشا والبروتينات؟
النشا: جاليكوسيدية (إيثرية). البروتينات: ببتيدية (أميدية).