ما هي انواع البلمرة؟ إذا قام عدد من المونومرات بتكوين روابط كيميائية معًا وتشكيل سلاسل طويلة، يتم تشكيل البوليمر عن طريق تجميع هذه السلاسل معًا، وهو ما يسمى البلمرة. البلمرة هي عملية كيميائية تتضمن تفاعل عدد من المونومرات معًا لتشكيل سلاسل طويلة من الجزيئات. يمكن أن تحدث هذه العملية بطرق مختلفة، لكن النتيجة النهائية هي تشكيل بوليمر. تعتمد خصائص البوليمر الناتج على نوع المونومرات المستخدمة وطريقة ترتيبها ضمن السلسلة.
ما هي البلمرة؟
البوليمرات عبارة عن سلاسل طويلة تتكون من العديد من الوحدات المتكررة التي تسمى المونومرات. ويتم الحصول عليها في ظل ظروف خاصة وأنواع من البيئات الخاصة، وهذا ما يسمى البلمرة. تسمى عملية تكوين البوليمر بالبلمرة. بالطبع، في هذه العملية، لا يكون المنتج دائمًا بوليمرًا، ويمكن القول أنه يمكن العثور على الآلاف والمزيد من المونومرات في سلسلة البوليمر. والتي ترتبط مع بعضها البعض بقوى شديدة، الحد الأدنى للوزن الجزيئي للأنهال هو 25000. فهي تحتوي على قدر كبير من التشابك، وقد يصل الوزن الجزيئي للبوليمرات إلى الملايين.
ما هي انواع البلمرة؟
أنواع البلمرة تتضمن عمليات كيميائية مختلفة تُستخدم لتحويل المونومرات إلى بوليمرات. هناك نوعان رئيسيان من البلمرة:
البلمرة بالإضافة
هذا النوع من البلمرة يحدث عندما تتجمع جزيئات المونومرات غير المشبعة مع بعضها البعض دون فقدان أي ذرات أو جزيئات صغيرة. مثال على ذلك هو تكوين البولي إيثيلين من الإيثيلين.
البلمرة بالتكاثف
في هذا النوع من البلمرة، ترتبط جزيئات المونومرات مع بعضها البعض مع فقدان جزيئات صغيرة مثل الماء. مثال على ذلك هو تكوين النايلون من حمض الأديبيك والهكساميثيلين ديامين.
كل نوع من أنواع البلمرة له خصائص واستخدامات مختلفة، ويتم اختيار الطريقة المناسبة بناءً على الخصائص المطلوبة للبوليمر النهائي.
تشكيل البوليمرات
تعتبر البلمرة واحدة من أهم العمليات الكيميائية في علم الكيمياء الصناعية، حيث تلعب دورًا محوريًا في إنتاج البوليمرات، وهي مواد تتكون من سلاسل طويلة من الوحدات الأساسية المعروفة باسم المونومرات. تتميز هذه السلاسل بقدرتها على تكوين روابط كيميائية قوية مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى تشكيل مواد ذات خصائص فريدة ومتنوعة.
ما هي عملية البلمرة؟
تسمى التفاعلات الكيميائية التي تسبب الترابط بين المونومرات بعملية البلمرة. في الواقع، كما ذكرنا، فإن عددًا من الجزيئات الصغيرة أو المونومرات تعطي روابط كيميائية لبعضها البعض في الظروف المناسبة وتتصل فعليًا ببعضها البعض. ونتيجة لذلك، فإنها تنتج جزيئات ذات كتلة مولية عالية وسلاسل طويلة. لاحظ أن المركبات العضوية التي تحتوي على رابطة كربون-كربون مزدوجة (c=c) في بنيتها يمكنها عادةً المشاركة في تفاعلات البلمرة.
تتضمن عملية البلمرة عدة مراحل رئيسية:
المبادرة: تبدأ العملية بتفاعل يؤدي إلى تكوين جذور حرة أو أيونات تبدأ تفاعل البلمرة.
النمو: تتحد الجذور الحرة أو الأيونات مع المونومرات لتشكيل سلاسل بوليمرية.
الإنهاء: تنتهي العملية عندما تتحد السلاسل البوليمرية معًا لتشكيل بوليمر نهائي.
مثال على عملية البلمرة
خذ بعين الاعتبار البولي إيثيلين أو البولي إيثيلين كمثال. يتم الحصول على هذا البوليمر من خلال تفاعلات بلمرة غاز الإيثيلين. في الواقع، يتم تسخين غاز الإيثين تحت ضغط مرتفع ليشكل مادة صلبة بيضاء تبلغ كتلتها المولية عادة عشرات الآلاف من الجرام لكل مول. يتم وضع هذا البوليمر في فئة البوليمرات البلاستيكية الحرارية. عندما لا يكون هناك فروع في البوليمر، فإنه يسمى البولي إيثيلين الخطي. خلاف ذلك، فإنه يسمى البولي ايثيلين المتفرعة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكنك الحصول على البولي إيثيلين الخفيف أو البولي إيثيلين الثقيل. النوع الخفيف من البولي إيثيلين له كثافة أقل وشفاف. وبسبب مرونته الكبيرة، يتم استخدامه في إنتاج الأكياس البلاستيكية. يعتبر هذا البوليمر نوعًا من البولي إيثيلين المتفرع، بينما يتمتع البولي إيثيلين الثقيل بكثافة أعلى، إلا أنه غائم. هذا البوليمر ليس له فروع ويستخدم في إنتاج الأنابيب البلاستيكية وزجاجات الحليب الغائمة وزجاجات المياه، وهي أصلب وأقوى.
ما هي عملية التقديم؟
يمكن تصنيف عملية التقديم بطرق مختلفة. على سبيل المثال، تنقسم عملية البلمرة إلى ثلاث فئات، البلمرة الأنيونية، والبلمرة الكاتيونية، والبلمرة الجذرية بناءً على طريقة التشغيل. الآن، إذا كان التصنيف يعتمد على بيئة التفاعل، فسيتم تقسيمها إلى أربع فئات مختلفة: بلمرة المحلول، والبلمرة الجماعية، والبلمرة المعلقة، والبلمرة المستحلبة. يمكن تقسيم عمليات البلمرة إلى نوعين من تفاعل البلمرة المتدرج وتفاعل البلمرة المتسلسل على أساس نمو البوليمر. وأخيرا، يمكن تصنيف عمليات البلمرة إلى فئتين، بلمرة التكثيف والبلمرة بالإضافة، على أساس منتجات البلمرة.
ما هو استخدام البلمرة؟
استخدامات البلمرة متنوعة وتشمل العديد من المجالات الحيوية والصناعية. إليك بعض الأمثلة الرئيسية:
- الصناعات البلاستيكية: تُستخدم البوليمرات في صناعة البلاستيك، والذي يُستخدم بدوره في تصنيع العديد من المنتجات مثل العبوات، الألعاب، الأجهزة المنزلية، والمكونات الإلكترونية.
- المواد اللاصقة والدهانات: تُستخدم البوليمرات في صناعة المواد اللاصقة مثل الغراء والدهانات والورنيشات.
- الألياف والنسيج: تُستخدم في صناعة الألياف الصناعية مثل النايلون والبوليستر، والتي تُستخدم في صناعة الملابس والسجاد.
- المجال الطبي: تُستخدم البوليمرات في صناعة الأجهزة الطبية، المواد الحيوية، والأدوية المُعدلة التحرير.
- الإلكترونيات والبناء: تُستخدم البوليمرات في هندسة الإلكترونيات والآلات الصناعية، وكمواد بديلة عن المعادن في البناء والنقل.
- التغليف: تُستخدم البوليمرات في صناعة مواد التغليف لحماية السلع والمنتجات المختلفة.
- الطب الشرعي والتحليل الجيني: تُستخدم تقنيات البلمرة مثل تفاعل البوليمراز المتسلسل (PCR) في التحليل الجيني والطب الشرعي.
هذه فقط بعض الأمثلة على استخدامات البلمرة، وهناك العديد من التطبيقات الأخرى التي تُظهر أهمية البوليمرات في حياتنا اليومية.
أنواع مختلفة من البلمرة
أول ما يحدث أثناء البلمرة هو أن المونومرين الأوليين سوف يتفاعلان مع بعضهما البعض لتكوين ديمر (مونومرين ملتصقين معًا). في عملية البلمرة المتسلسلة، تصبح المونومرات جزءًا من بنية البوليمر مرة واحدة، بينما في عملية البلمرة التدريجية، ليس هذا هو الحال. في طريقة السلسلة، هناك وضع واحد فقط، وهو إضافة المونومر الثالث إلى الجزيء الثنائي لتشكيل قاطع (ثلاثة مونومرات متصلة معًا). بعد ذلك، يشكل المونومر الرابع رباعيًا وهكذا.
لكن في عملية البلمرة التدريجية، يمكن للثنائيات القيام بالعديد من الأشياء المختلفة. قد يتفاعل الديمر مع أحد المونومرات ليشكل قاطعًا. إما أن يتفاعل ثنائي ثنائي مع ثنائي آخر وينتج رباعيًا بشكل مباشر، أو يمكن أن يتفاعل بشكل مباشر مع ثنائي ثلاثي وبالتالي يشكل خماسيًا. لاحظ أن هذه الرباعيات والخماسيات يمكن أن تتفاعل معًا لتكوين وحدات أكبر. في هذه الحالة، تنمو هذه الوحدات وتنمو حتى تصبح أخيرًا كبيرة جدًا بحيث يمكن تسميتها بالبوليمرات.
الفرق بين البلمرة
والفرق الرئيسي بين هاتين الطريقتين هو أنه في الترسيب التدريجي، يمكن أن تتفاعل السلاسل المتنامية مع بعضها البعض لتشكل سلاسل أكبر. هذا الوضع ممكن للسلاسل من أي طول. أثناء البلمرة المضافة، يمكن للمونومرات فقط التفاعل مع السلاسل المتنامية. في الواقع، في العملية التزايدية، لا يمكن ربط سلسلتين متناميتين ببعضهما البعض بنفس الطريقة كما في طريقة الخطوة بخطوة. ومن المهم أن نذكر أن عدد الوحدات المتكررة في البوليمر يسمى درجة البلمرة أو درجة البلمرة. وفي بقية المقالة، سترى المزيد من الاختلافات بين هاتين الطريقتين.
البلمرة في البوليمرات
تعد البلمرة عملية أساسية في إنتاج البوليمرات التي تشكل جزءًا لا يتجزأ من العديد من المنتجات في حياتنا اليومية. مع تقدم العلم والتكنولوجيا، نتوقع أن نشهد تطورات جديدة في هذا المجال تسهم في تحسين جودة الحياة ودعم الابتكارات المستقبلية.
