المبلمرات

• أتعرّف العلاقة بين المونومرات والمُبلمرات.
• أُفسّر أثر الاختلاف في التركيب البنائي للمُبلمرات في خصائصها واستخداماتها.
• أكتب معادلات كيميائية توضّح كيفية تكوّن بعض المُبلمرات من مُكوّناتها الأساسية.
• أتوصل إلى أهمية المُبلمرات في أجسام الكائنات الحية وفي الحياة اليومية.

المبلمرات: وحدات صغيرة تصنع جزيئًا ضخمًا

المُبلمَرات مُركّبات ضخمة طبيعيّة أو صناعية، لكلٍّ منها أهميته واستخداماته المرتبطة بتركيبه وخصائصه.

• تؤدي المُبلمَرات وظائف حيوية في أجسام الكائنات الحية، ومنها ما يدخل في غذائها، وتدخل في كثير من الصناعات.

• الخصائص: للمُبلمَر خصائص فيزيائية وكيميائية تختلف عن خصائص المونومر المُكوِّن له.
• الأنواع: تُصنَّف المُبلمَرات إلى نوعين، هما: صناعية، وطبيعية.
• وحدات البناء: قد يتكوّن المُبلمَر من وحدة بناء أساسية واحدة أو وحدتين أساسيتين أو أكثر.

ما المُبلمَرات؟ وما وحدة البناء الأساسية للمُبلمَر؟

ما الظروف المناسبة التي تتّحد فيها وحدات البناء الأساسية في البلمرة؟

المبلمرات الصناعية: من أين تأتي البلاستيكيات؟

• أمثلة: مُبلمَر مُتعدد الإيثين، ومُتعدد البروبين.
• الاستخدام: تُستخدَم في صناعة البلاستيك، والألياف الصناعية، وغيرها، كما في الشكل (20).

بولي إيثيلين: كيف يتحكم الكيميائي في صلابته؟

• من أشهر المُبلمَرات التي تتكوّن من الكربون والهيدروجين فقط: مُبلمَر مُتعدّد الإيثين، أو بولي إيثلين.
• كلمة «بولي» كلمة لاتينية تعني: متعدّد.
• التكوّن: عند تسخين غاز الإيثين تحت ضغوط كبيرة، وبوجود عامل مُساعد، تنكسر الرابطة الثنائية ($\pi$).

• ⁦(n)⁩ تُمثّل عددًا كبيرًا من جزيئات الإيثين.
• الناتج مادة صلبة يمكن تشكيلها بأشكال متعدّدة يُطلَقُ عليها اسم البلاستيك.

لماذا بعض البلاستيك أصلب من بعضه؟

• طول السلسلة: المُبلمَر الذي يتكوّن من 100 مونومر أقلّ صلابةً وقساوة من المُبلمَر الذي يحتوي على 1000 مونومر.
• يمكن التحكُّم أيضًا في مدى تفرُّع سلسلة المُبلمَر وتشابكها.

• عالي الكثافة ⁦(HDPE)⁩: سلاسل غير متفرّعة تتقارب وتتراصّ، فيكتسب قوّةً وصلابة (الشكل 21/أ).
• يُستخدَم في صناعة خراطيم المياه والحاويات البلاستيكية والأدوات المنزلية، وفي تغليف الأسلاك الكهربائية.
• وهو مادة عازلة.
• منخفض الكثافة ⁦(LDPE)⁩: سلاسل متفرّعة تعيق تقارُبها وتراصّها، فينتج مُبلمَر أقلّ صلابةً وقوّةً (الشكل 21/ب).
• يُستخدَم في صناعة الأكياس البلاستيكية.
• سلاسل متشابكة: أكثر صلابةً وقوّة من مُبلمَر متعدّد الإيثين عالي الكثافة (الشكل 21/جـ).
• يُستخدَم في المجالات التي تحتاج إلى منتجات بلاستيكيّة شديدة الصلابة.

أقارن بين مُبلمَر متعدّد الإيثين عالي الكثافة ومنخفض الكثافة، من حيث: تفرّع سلاسله، وقوة البلاستيك الناتج وصلابته.

التجربة: نبني نموذجًا لسلسلة بولي إيثيلين

أوضّح: هل اكتمل عدد الروابط حول ذرّتي الكربون في طرفي السلسلة؟

أستنتج: هل يمكن إضافة جزيئات إيثين جديدة إلى هذه السلسلة؟ أفسّر إجابتي.

بولي بروبلين: أصلب وسلاسله أطول

• ينتجُ من اتحاد عدد كبير من جزيئات البروبين $CH_2=CHCH_3$، وهو وحدة البناء الأساسية في هذا المُبلمَر.
• الرابطة الثنائية تُمكّن جزيئات البروبين من الارتباط معًا بأعداد كبيرة.
• البلمرة: عند تسخين غاز البروبين تحت ضغوط كبيرة وبوجود عامل مُساعد، تنكسر الرابطة الثّنائيّة ($\pi$).

• ⁦(n)⁩ تُمثّل عددًا كبيرًا من جزيئات البروبين.
• الخصائص: يشبه مُبلمَر متعدد الإيثين؛ ولكنه أكثر صلابةً وسلاسله أطول.
• الاستخدام: الأكواب والأطباق والعبوات البلاستيكية، وصناعة السيارات، إذْ يدخل في صناعة المصدّات (مُخفّفات التصادم) في مقدمة السيارات.

التفلون: مبلمر لا يحترق ولا يتآكل

• ينتجُ من اتّحاد عدد كبير من جزيئات رباعي فلورو إيثين $CF_2=CF_2$، وهو وحدة البناء الأساسية فيه.

• الخصائص: لا يحترق، ولا يتآكل، ولا يتفاعل مع المواد الكيميائية.
• الاستخدام: فرش ملاعب التزلّج، وصنع الأواني المنزلية التي لا يَلصق بها الطعام، والصمامات التي لا يلزمها التشحيم، وعزل الأسلاك والكوابل.

يُمثّل الشكل المجاور جزءًا من مُبلمَر متعدّد كلوريد الفينيل (الكرات البيضاء ذرّات الهيدروجين، والخضراء ذرّات الكلور، والسوداء ذرّات الكربون). أكتب الصيغة البنائية لهذا الجزء من المُبلمَر.

أكتب الصيغة البنائية للمونومر المُكوّن له.

المبلمرات الطبيعية: تتكوّن في أجسام الكائنات الحية

• أمثلة: البروتين، والنشا، والحرير، والصوف، وغيرها.

البروتينات: سلاسل من الحموض الأمينية

• تدخل البروتينات في تركيب الخلايا الحيّة جميعِها، وتؤدّي وظائف حيوية متنوّعة في الجسم.
• وظائفها: أنزيمات وهرمونات تحفِّز التفاعلات وتنظّمها، ولها دور في نقل الأكسجين بين الخلايا.
• يُحصَل عليها عن طريق الغذاء.

• الرابطة الببتيديّة (أميدية): تنشأ بين الحموض الأمينية، كما يوضّح الشكل (22).
• تتفاعل مجموعة الكربوكسيل من حمض أمينيّ ومجموعة الأمين من حمض أميني آخر بحذف جزيءِ ماء.
• تنشأ الرابطة بين ذرّة كربون مجموعة الكربونيل وذرّة نيتروجين مجموعة الأمين ($-C(=O)-NH-$).

النشا: جلوكوز في سلاسل مستمرة ومتفرعة

• يوجد في البطاطا، والأرز، والقمح، والذُّرة، ويتكوّن من 3 عناصر رئيسة: الكربون، والهيدروجين، والأكسجين.

• تترابط الوحدات بروابط إيثريّة ($C-O-C$) تُسمّى روابط جلايكوسيدية.
• ويتكوّن النشا من جزأين:
• الأميلوز: تترابط جزيئات السكر فيه بصورة سلاسل مستمرّةٍ تشكّل 10 - 20% من كتلة النشا.
• الأميلوبكتين: اتّحاد سلاسل الأميلوز معًا بروابط جلايكوسيدية مكوّنًا سلاسل مُتفرّعة تشكّل ما يقارب 80 - 90% من كتلة النشا.

السيليلوز: جلوكوز في سلاسل غير متفرعة

• يدخل في تركيب جدران الخلايا النباتية.
• يُستخدَم في الورق، والحرير الصناعي، والألبسة القطنية.
• وحدةُ بنائه الأساسية سكر الجلوكوز، وتترابط جزيئاته بروابط جلايكوسيديّة على صورة سلاسل غير متفرّعة.

أوضّح المقصود بالرابطة الببتيدية (الأميدية).

أقارنُ بين الأميلوز والأميلوبكتين من حيث: وحدة البناء الأساسية، وتفرُّع السلاسل.

تكنولوجيا المبلمرات: من الدهانات إلى الطب

• علم المُبلمَرات وتقنياته يدرس خصائص المُبلمَرات وتركيبها وتطبيقاتها في المجالات المختلفة.
• أمثلة: مُبلمَرات ذاتِ خصائص توصيل كهربائيّ للتطبيقات الإلكترونيّة، وتطوير الدهانات بإضافة موانع التآكل ومواد تمنع نموّ البكتيريا والفطريات.
• في الطب: تُستخدَم المُبلمَرات القابلة للتحلُّل الحيوي لإيصال الدواء إلى المكان المُستهدَف والسيطرة على إفرازه فيه.
• يُحمَّل الدواء على موادّ لاصقة فيمتصّه الجلد، أو يوضع داخل كبسولة مصنوعة من مُبلمَرات خاصّة تُغرَس في المكان المستهدَف فتتحلّل ببطء وتُفرز الدواء.

• تدخل المُبلمَرات في صناعة الخيوط الجراحيّة وأجهزة تقويم العظام، مثل البراغي؛ إذ تتحلّل بعض أنواعها بعد مدة زمنيّة.
• شروط هذه المُبلمَرات: ألّا يرفضها الجسم، وألّا تسبّب التهابًا.
• أن تكون الموادّ الناتجة من تحلُّلها غير ضارّة.
• أن يتمكّن الجسم من التخلُّص منها بسهولة.

أذكر أمثلة على استخدامات المُبلمَرات في مجال الصناعة.

مراجعة الدرس: أختبر نفسي

أفسر تنوُّع استخدامات المبلمرات وفق تركيبها.

أُفسّر: أ. يمكن استخدام البروبين في صناعة مبلمر متعدّد البروبين، في حين لا يمكن استخدام البروبان في ذلك.

أُفسّر: ب. استخدام مُبلمَر متعدّد الإيثين منخفض الكثافة في صناعة الأكياس البلاستيكية.

أُفسّر: جـ. أهمية أبحاث تكنولوجيا المُبلمَرات في المجال الطبي.

أطبّق: يُستخدَم مُبلمَر الإكريلان في صناعة الأقمشة، وينتج عن بلمرة بروبين نيتريل، وصيغته البنائية $\text{CH}_2=\text{CH-CN}$. أ. ما نوع التفاعل بين جزيئات بروبين نيتريل لتكوين المُبلمَر؟

أطبّق: ب. أرسم جزءًا من الصيغة البنائية لمُبلمَر الإكريلان باستخدام جزيئين من بروبين نيتريل.

أقارن بين السليلوز والبروتين من حيث:

• أ. وحدة البناء الأساسية.
• ب. نوع الرابطة بين وحدات البناء.
• جـ. وظيفة حيوية واحدة لكلٍّ منهما.

اعتمادًا على الجدول الآتي الذي يتضمّن قيمَ طاقة الرابطة لبعض الروابط: أُفسّر ثبات مُبلمَر التّفلون مقارنةً بغيره من المُبلمَرات؛ سواءً الطبيعية أو الصناعية.

البلاستيك القابل للتحلّل: حلّ لمشكلة بيئية

• المخلفات البلاستيكية التقليدية مشكلة بيئية مُعقّدة؛ لثباتها ومقاومتها للتحلُّل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.
• تتراكم منها كميات هائلة على اليابسة وفي مياه البحار والمحيطات، وهو ما يُشكّل خطرًا على الكائنات الحية والبيئة.
• طوّر الكيميائيون أنواعًا مختلفة من البلاستيك القابل للتحلُّل، منها:

• عند دفنه تتغذّى على النشا البكتيريا والفطريات الموجودة في التربة الرطبة، فتُفتّت البلاستيك إلى أجزاء صغيرة.
• تزيد مساحة سطح البلاستيك المُعرّض للتحلُّل، وبمساعدة العوامل المُؤكسدة المضافة يمكنُ أن تزداد سرعة التحلُّل.

• يُصنَع من موادَّ تُنتجها البكتيريا عندما تتغذّى على السكريات أو الكحول؛ فتُنتج حبيبات من ⁦PHB⁩.
• يتحلّل بفعل البكتيريا أو الفطريات الموجودة في التربة أو البحار والمحيطات في غضون تسعة أشهر.
• أنتج فريق بحث ⁦PHB⁩ من الذُّرة وقصب السكر باستخدام أنزيمات خاصة.

• تعمل الطاقة الممتصة على تكسير الروابط المحيطة بمجموعة الكربونيل.
• عندما يتفكّكُ المُبلمَر إلى أجزاء صغيرة فإنّها تتحلّل حيويًّا بصورة أسرع.

• تُصنَع منه أكياس بلاستيكيّة تُستخدَم في المستشفيات لتجميع الغسيل المُتّسِخ.
• عندما تغسل تذوب الأكياس ويخرج الغسيل؛ ما يقلل من مخاطر انتشار الأمراض المُعدية.