5-5 البوليمرات (١)

تقوم فكرة البوليمرات على ربط جزيئات ضخمة تسمى البوليمرات من تكرار وحدات أصغر تسمى المونومرات عبر طريقتين رئيسيتين هما البلمرة بالإضافة أو البلمرة بالتكثف. ففي بلمرة الإضافة، تتكسر الروابط غير المشبعة للمونومر لترتبط الوحدات ببعضها دون فقد أي ذرات، كما يحدث عند بلمرة الإيثين لإنتاج البولي إيثين. أما في بلمرة بالتكثف، فتتحد مجموعتان وظيفيتان أو أكثر مع خسارة جزئ صغير مثل الماء، مثلما يتكون النايلون من تفاعل حمض الأديبيك وثنائي أمينوهكسان. تتفاوت خواص البوليمرات بين المرونة والصلابة اعتماداً على تراكيبها الجزيئية، وتصنف البلاستيكات إلى حرارية تنصهر بالتسخين، مما يجعلها قابلة لإعادة التدوير عبر فرزها برموز موحدة تقلل من استهلاك الوقود الأحفوري.

الفكرة الأساسية

البوليمرات هي مركبات عضوية كبيرة تتكون من تكرار وحدات مرتبطة معا تسمى المونومرات عبر تفاعلات الإضافة أو التكثف.

الشرح

انظر إلى طريقة بناء السلاسل الطويلة: عندما تتفاعل جزيئات عضوية صغيرة تسمى المونومرات معاً، فإنها ترتبط في سلاسل تسمى البوليمرات. تتراوح الكتلة المولية للبوليمر من أقل من $10,000\text{ amu}$ إلى أكثر من $1,000,000\text{ amu}$ بناء على عدد الوحدات البنائية المتكررة التي يرمز لها بالحرف $n$. تنقسم تفاعلات تصنيع البوليمرات إلى نوعين: ١. البلمرة بالإضافة: تبقى جميع الذرات الموجودة في المونومر في تركيب البوليمر، وتتكسر الروابط غير المشبعة تماماً كما في بلمرة الإيثين لإنتاج البولي إيثين، حيث ترتبط الوحدات معا دون فقد أي جزء. ٢. البلمرة بالتكثف: تحدث عندما تحتوي المونومرات على مجموعتين وظيفيتين على الأقل تتحد معا، ويصاحب ذلك خسارة جزئي صغير غالباً ما يكون الماء. ومن أمثلتها تصنيع النايلون. تتميز البوليمرات بخصائص تجعلها سهلة التشكيل ومقاومة للصدأ والتآكل، وتسمى المواد التي تنصهر بالتسخين بالبلاستيك الحراري وتأتي من الكلمتين اليونانيتين (ثرمو) التي تعني الحرارة، و(استيكوس) التي تعني قالباً أو نموذجاً.

مثال محلول خطوة بخطوة

لتحديد البوليمر الناتج عن تفاعل بلمرة الإضافة لمونومر ذي رابطة ثنائية مثل كلورو إيثين (كلوريد الفينيل): الخطوة الأولى: اكتب مونومر كلورو إيثين بصيغته وتحتوي على رابطة ثنائية $\text{CH}_2=\text{CH(Cl)}$. الخطوة الثانية: أجر عملية تفاعل الإضافة بكسر الرابطة الثنائية بين الكربون لتتحول إلى رابطة أحادية تسمح بارتباط الجزيئات المتجاورة. الخطوة الثالثة: ضع الناتج بين أقواس ووضع الرمز $n$ في الخارج للدلالة على تكرار الوحدة البنائية ليصبح الناتج بالشكل المتكرر $\left[\text{CH}_2-\text{CH(Cl)}\right]_n$ وهو بولي كلويد الفينيل.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن تفاعل الإضافة يفقد ذرات أو ينتج عنه جزيئات صغيرة مثل الماء، والصواب أن تفاعل الإضافة يحافظ على جميع الذرات بينما الفقد يحدث في تفاعل التكثف فقط.
• الخلط بين قيمة $n$ الثابتة والمتغيرة، فقيم $n$ تختلف اختلافاً كبيراً من بوليمر لآخر ومن عينة لأخرى بناء على طول السلسلة.
• نسيان وضع الأقواس وحرف التكرار $n$ عند كتابة الصيغة البنائية للبوليمر.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: سم تفاعل البلمرة الآتي: $\text{CH}_2=\text{CH(CN)} \rightarrow \left[\text{CH}_2-\text{CH(CN)}\right]_n$ فسر إجابتك. الإجابة: تفاعل إضافة، لأن الروابط غير المشبعة للمونومر تكسرت وارتبطت الوحدات معاً دون أن يصاحب ذلك فقدان أي جزيئات صغيرة. السؤال الثاني: لماذا يعد البلاستيك الحراري (مثل البولي إيثين) مثالياً للاستعمال في أوعية حفظ الطعام وتغليف أسلاك الكهرباء؟ الإجابة: لأنه عبارة عن سلسلة طويلة من الألكان، فلمسه شمعي، ولا يذوب في الماء، وغير نشط كيميائياً، ورديء التوصيل للكهرباء.