البوليمر ، أي من فئة المواد الطبيعية أو الاصطناعية المكونة من جزيئات كبيرة جدًا ، تسمى الجزيئات الكبيرة ، وهي عبارة عن مضاعفات وحدات كيميائية أبسط تسمى المونومرات. تشكل البوليمرات العديد من المواد الموجودة في الكائنات الحية ، بما في ذلك ، على سبيل المثال ، البروتينات والسليلوز والأحماض النووية. علاوة على ذلك ، فإنها تشكل أساسًا للمعادن مثل الماس والكوارتز والفلدسبار والمواد من صنع الإنسان مثل الخرسانة والزجاج والورق والبلاستيك والمطاط.
الحياة: إنتاج البوليمرات
إن تكوين البوليمرات ، وهي جزيئات طويلة السلسلة مصنوعة من وحدات متكررة من المونومرات (اللبنات الأساسية المذكورة أعلاه) ، هي
تعين كلمة البوليمر عددًا غير محدد من وحدات المونومر. عندما يكون عدد المونومرات كبيرًا جدًا ، يسمى المركب أحيانًا بوليمر عالي. لا تقتصر البوليمرات على المونومرات التي لها نفس التركيب الكيميائي أو الوزن الجزيئي والبنية الجزيئية. تتكون بعض البوليمرات الطبيعية من نوع واحد من المونومر. ومع ذلك ، تتكون معظم البوليمرات الطبيعية والاصطناعية من نوعين أو أكثر من أنواع المونومرات. تُعرف هذه البوليمرات باسم البوليمرات المشتركة.
تلعب البوليمرات العضوية دورًا حاسمًا في الكائنات الحية ، حيث توفر المواد الهيكلية الأساسية وتشارك في عمليات الحياة الحيوية. على سبيل المثال ، تتكون الأجزاء الصلبة من جميع النباتات من البوليمرات. وتشمل هذه السليلوز ، اللجنين ، وراتنجات مختلفة. السليلوز هو عديد السكاريد ، وهو بوليمر يتكون من جزيئات السكر. يتكون اللجنين من شبكة معقدة ثلاثية الأبعاد من البوليمرات. راتنجات الخشب هي بوليمرات من هيدروكربون بسيط ، أيزوبرين. المطاط المألوف آخر هو الأيزوبرين.
وتشمل البوليمرات الطبيعية المهمة الأخرى البروتينات ، وهي بوليمرات الأحماض الأمينية ، والأحماض النووية ، وهي بوليمرات النيوكليوتيدات - وهي جزيئات معقدة تتكون من قواعد تحتوي على النيتروجين والسكريات وحمض الفوسفوريك. تحمل الأحماض النووية معلومات وراثية في الخلية. النشا ، مصادر مهمة للطاقة الغذائية مستمدة من النباتات ، هي بوليمرات طبيعية تتكون من الجلوكوز.
توجد أيضًا العديد من البوليمرات غير العضوية في الطبيعة ، بما في ذلك الماس والجرافيت. كلاهما مكون من الكربون. في الماس ، ترتبط ذرات الكربون في شبكة ثلاثية الأبعاد تعطي المادة صلابة. في الجرافيت ، الذي يستخدم كمشحم وفي "رصاص" بالقلم الرصاص ، ترتبط ذرات الكربون في الطائرات التي يمكن أن تنزلق عبر بعضها البعض.
يتم إنتاج البوليمرات الاصطناعية في أنواع مختلفة من التفاعلات. يمكن تحويل العديد من الهيدروكربونات البسيطة ، مثل الإيثيلين والبروبيلين ، إلى بوليمرات عن طريق إضافة مونومرات واحدة تلو الأخرى إلى سلسلة النمو. البولي إيثيلين ، المكون من مونومرات الإيثيلين المتكررة ، هو بوليمر إضافي. قد يكون لديها ما يصل إلى 10000 مونومر انضمت في سلاسل ملفوفة طويلة. البولي إيثيلين هو بلوري ، شفاف ، وبلاستيك حراري - أي أنه يلين عند تسخينه. يتم استخدامه للطلاء والتغليف والقطع المصبوبة وتصنيع الزجاجات والحاويات. البولي بروبلين هو أيضا بلوري ومتلدن بالحرارة ولكنه أصعب من البولي إيثيلين. قد تتكون جزيئاته من 50.000 إلى 200.000 مونومر. يستخدم هذا المركب في صناعة النسيج وصنع الأشياء المقولبة.
تشتمل البوليمرات الإضافية الأخرى على بولي بوتادين وبولي إيزوبرين وبولي كلوروبرين ، وكلها مهمة في تصنيع المطاط الاصطناعي. بعض البوليمرات ، مثل البوليسترين ، زجاجية وشفافة في درجة حرارة الغرفة ، بالإضافة إلى كونها بالحرارة. يمكن تلوين البوليسترين بأي ظل ويستخدم في صناعة الألعاب والأشياء البلاستيكية الأخرى.
إذا تم استبدال ذرة هيدروجين واحدة في الإيثيلين بذرة الكلور ، يتم إنتاج كلوريد الفينيل. يؤدي هذا إلى بلمرة مادة البولي فينيل كلوريد (PVC) ، وهي مادة عديمة اللون ، صلبة ، صلبة ، لدنة حرارية يمكن تصنيعها في عدد من الأشكال ، بما في ذلك الرغاوي والأفلام والألياف. خلات الفينيل ، الناتجة عن تفاعل الإثيلين وحمض الأسيتيك ، تبلمر إلى راتنجات متبلرة وناعمة تستخدم كطلاءات ومواد لاصقة. يتراكم مع كلوريد الفينيل لإنتاج عائلة كبيرة من المواد البلاستيكية الحرارية.
تحتوي العديد من البوليمرات المهمة على ذرات الأكسجين أو النيتروجين ، إلى جانب ذرات الكربون ، في سلسلة العمود الفقري. من بين هذه المواد الجزيئية الكبيرة مع ذرات الأكسجين هي polyacetals. أبسط البوليسيتال هو البوليفورمالدهيد. لها نقطة انصهار عالية وهي بلورية ومقاومة للتآكل وعمل المذيبات. تشبه راتنجات الأسيتال المعادن أكثر من أي بلاستيك آخر وتستخدم في تصنيع أجزاء الماكينة مثل التروس والمحامل.
يسمى البوليمر الخطي الذي يتميز بتكرار مجموعات الإستر على طول سلسلة العمود الفقري البوليستر. بوليستر مفتوح السلسلة عديم اللون ، بلوري ، مواد لدنة حرارية. أولئك الذين لديهم أوزان جزيئية عالية (10000 إلى 15000 جزيء) يعملون في تصنيع الأفلام والأجسام المقولبة والألياف مثل الداكرون.
تشتمل البولي أميدات على بروتينات الكازين الموجودة بشكل طبيعي ، الموجودة في الحليب ، والزين ، الموجود في الذرة (الذرة) ، والتي تصنع منها البلاستيك والألياف والمواد اللاصقة والطلاء. من بين البولي أميدات الاصطناعية راتنجات اليوريا فورمالدهايد ، التي هي بالحرارة. يتم استخدامها لإنتاج الأشياء المقولبة والمواد اللاصقة والطلاء للمنسوجات والورق. من المهم أيضًا راتنجات البولي أميد المعروفة باسم النايلون. فهي قوية ومقاومة للحرارة والتآكل وغير قابلة للاحتراق وغير سامة ، ويمكن تلوينها. استخدامها الأكثر شهرة هو ألياف النسيج ، ولكن لديهم العديد من التطبيقات الأخرى.
تتكون عائلة أخرى مهمة من البوليمرات العضوية الاصطناعية من التكرارات الخطية لمجموعة اليوريتان. يتم استخدام البولي يوريثين في تصنيع الألياف المرنة المعروفة باسم ألياف لدنة وفي إنتاج قواعد الطلاء والرغاوي اللينة والصلبة.
فئة مختلفة من البوليمرات هي المركبات العضوية غير العضوية المختلطة. السليكون هي أهم ممثلي عائلة البوليمر هذه. يتكون العمود الفقري الخاص بهم من ذرات السيليكون والأكسجين بالتناوب مع مجموعات عضوية مرتبطة بكل ذرة من السيليكون. السليكونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض هي زيوت وشحوم. الأنواع ذات الوزن الجزيئي العالي هي مواد مرنة متعددة الاستخدامات تظل ناعمة ومطاطية عند درجات حرارة منخفضة جدًا. كما أنها مستقرة نسبيًا عند درجات الحرارة المرتفعة.
تتكون البوليمرات المحتوية على الفلوروكربون ، والمعروفة باسم البوليمرات الفلورية ، من روابط كربون - فلور ، وهي مستقرة للغاية وتجعل المركب مقاومًا للمذيبات. كما أن طبيعة الترابط بين الكربون والفلور تضفي جودة غير لاصقة على البوليمرات الفلورية ؛ هذا هو الأكثر وضوحا على نطاق واسع في تفلون البوليترافلوروإيثيلين (PFTE).
