بحث عن البوليمرات

مقدمة البحث

الحمد لله رب العالمين، والصلاة والسلام على نبينا محمد. أما بعد، فإن من حولنا مواد كثيرة نستعملها كل يوم دون أن نلتفت إلى تركيبها، كالأكياس والزجاجات والأقمشة والأنابيب وإطارات السيارات، وكذلك القطن والخشب والمطاط الطبيعي وحتى الحمض النووي في أجسامنا. وكل هذه المواد تنتمي إلى عائلة كبيرة من المركبات الكيميائية تسمى البوليمرات. وفي هذا البحث نتعرف على البوليمرات: ما هي، وكيف تتكوّن، وما أنواعها واستخداماتها، وما أثرها في حياتنا وبيئتنا.

تعريف الموضوع

البوليمر مركب كيميائي ذو كتلة جزيئية كبيرة جدًا، يتكوّن من اتحاد عدد كبير من جزيئات صغيرة متشابهة أو متقاربة، تسمى كل منها المونومر أو الوحدة البنائية، وترتبط ببعضها برابطة تساهمية لتكوّن سلسلة طويلة. وتسمى عملية تكوين البوليمر من المونومرات البلمرة. وكلمة بوليمر مأخوذة من أصل يوناني معناه كثير الأجزاء.

أهمية الموضوع

تظهر أهمية البوليمرات في أنها تدخل في أغلب الصناعات الحديثة، فهي أساس صناعة البلاستيك والألياف والمطاط والدهانات واللواصق والمواد العازلة. كما أنها تدخل في تركيب الكائنات الحية، فالبروتينات والنشا والسليلوز والحمض النووي كلها بوليمرات طبيعية. ومعرفتها تساعد على حسن استعمالها وتقليل أضرارها على البيئة.

أهداف البحث

• التعرف على مفهوم البوليمر والمونومر والبلمرة.
• التمييز بين البوليمرات الطبيعية والصناعية.
• فهم نوعي تفاعلات البلمرة: بالإضافة وبالتكاثف.
• التعرف على أشهر البوليمرات الصناعية واستخداماتها.
• بيان فوائد البوليمرات وأضرارها وطرق الحد منها.

عناصر البحث

أولًا: مكونات البوليمر

يشبه البوليمر سلسلة طويلة من الحلقات المعدنية، فكل حلقة تمثل مونومرًا، واتصال الحلقات يمثل سلسلة البوليمر. فإذا كان المونومر جزيئًا صغيرًا مثل الإيثين، فإن اتحاد آلاف الجزيئات منه يعطي البولي إيثيلين.

n CH₂=CH₂ → [ CH₂ − CH₂ ]_n

والرمز n في المعادلة يدل على عدد الوحدات المتكررة، وقد يبلغ آلاف الوحدات، ولذلك فكتلة البوليمر الجزيئية كبيرة جدًا.

ثانيًا: أنواع البوليمرات من حيث المصدر

ثالثًا: تفاعلات البلمرة

أ) البلمرة بالإضافة

تحدث في المونومرات التي تحتوي على رابطة ثنائية بين ذرتي كربون، فتنفتح هذه الرابطة وترتبط الجزيئات ببعضها وتُكوّن سلسلة طويلة دون أن ينتج عن التفاعل مادة أخرى. ومن أمثلتها تحويل الإيثين إلى بولي إيثيلين، وتحويل الفينيل كلوريد إلى بولي فينيل كلوريد، وتحويل البروبين إلى بولي بروبيلين.

ب) البلمرة بالتكاثف

تحدث بين مونومرات فيها مجموعتان فعّالتان في كل جزيء، فيتحد المونومران وينتج مع البوليمر جزيء صغير كالماء. ومن أمثلتها تكوّن النايلون من حمض ثنائي الكربوكسيل وأمين ثنائي، وتكوّن البوليستر من حمض ثنائي الكربوكسيل وكحول ثنائي الهيدروكسيل، وتكوّن البروتينات من الأحماض الأمينية.

رابعًا: أشهر البوليمرات الصناعية واستخداماتها

• البولي إيثيلين: يُستعمل في أكياس التسوق وزجاجات الماء والأغطية البلاستيكية.
• البولي بروبيلين: يدخل في صناعة علب الطعام وبعض قطع السيارات والحبال.
• البولي فينيل كلوريد: يُعرف اختصارًا بالرمز PVC، ويُستعمل في أنابيب المياه والصرف ومواد العزل الكهربائي.
• البوليستيرين: يُستعمل في صناعة الفلين الصناعي المستعمل في التغليف.
• النايلون: ليف قوي يدخل في صناعة الملابس والحبال وفرش الأسنان.
• البوليستر: يُستعمل في الأقمشة وفي زجاجات المشروبات.
• التفلون: يُغطّى به سطح الأواني غير اللاصقة لمقاومته للحرارة.

خامسًا: خصائص البوليمرات

• خفيفة الوزن مقارنة بالمعادن.
• عازلة للحرارة والكهرباء في الغالب.
• مقاومة للتآكل والصدأ والرطوبة.
• سهلة التشكيل بالحرارة والقوالب، ولذلك تُصنع منها أشكال كثيرة.
• قليلة التكلفة نسبيًا.

وتنقسم من حيث تأثرها بالحرارة إلى لدائن حرارية تلين بالتسخين ويمكن إعادة تشكيلها كالبولي إيثيلين، ولدائن متصلدة بالحرارة تتصلب بعد تشكيلها ولا تلين ثانية بل قد تتحلل إذا اشتدت الحرارة، كالبيكليت المستعمل في مقابض الأواني.

سادسًا: مثال محلول

المسألة: إذا كان البولي إيثيلين يتكون من سلسلة فيها ألف وحدة من مونومر الإيثين، وكانت الكتلة المولية للإيثين ثمانية وعشرين جرامًا لكل مول، فما الكتلة المولية التقريبية للبوليمر؟

الحل: الكتلة المولية للبوليمر تساوي عدد الوحدات مضروبًا في الكتلة المولية للمونومر، أي ألف مضروبة في ثمانية وعشرين، فيكون الناتج ثمانية وعشرين ألف جرام لكل مول تقريبًا.

M = n × M₀ = 1000 × 28 = 28000 g/mol

سابعًا: فوائد البوليمرات

• حفظ الأغذية والأدوية وتغليفها بطريقة صحية.
• صناعة الأجهزة الطبية كالحقن والأكياس الطبية والخيوط الجراحية.
• تخفيف وزن السيارات والطائرات فيقل استهلاك الوقود.
• توفير مواد رخيصة للبناء والعزل والأنابيب.
• صناعة الملابس والأقمشة المقاومة للتجعد والبلل.

ثامنًا: أضرار البوليمرات وطرق الحد منها

تتحلل أغلب البوليمرات الصناعية ببطء شديد في الطبيعة، فتتراكم في الأرض والبحار وتضر بالكائنات الحية، وقد تبتلعها الأسماك والطيور والحيوانات فتصاب بالأذى. كما أن حرق بعضها ينتج غازات سامة تلوث الهواء. ويمكن الحد من هذه الأضرار بما يلي:

• تقليل الاستعمال: كالاستغناء عن الأكياس البلاستيكية واستعمال الأكياس القابلة لإعادة الاستعمال.
• إعادة الاستعمال: كاستعمال العبوات أكثر من مرة.
• إعادة التدوير: بجمع البلاستيك وفرزه وصهره وتصنيعه من جديد.
• استعمال البلاستيك القابل للتحلل: وهو بوليمرات تتحلل بفعل الكائنات الدقيقة أو الضوء.
• عدم رمي النفايات في البر والبحر والمحافظة على نظافة البيئة.

النتائج

• البوليمر مركب كبير الكتلة ينشأ من ارتباط آلاف المونومرات بروابط تساهمية.
• تنقسم البوليمرات إلى طبيعية وصناعية، ومن الطبيعية النشا والسليلوز والبروتينات.
• للبلمرة نوعان: بالإضافة، وبالتكاثف الذي ينتج معه جزيء صغير كالماء.
• للبوليمرات فوائد كثيرة في الصناعة والطب والتغليف، لكن تراكمها يضر بالبيئة.

التوصيات

• ترشيد استعمال البلاستيك وإعادة تدويره قدر الإمكان.
• دعم الأبحاث التي تنتج بوليمرات قابلة للتحلل.
• توعية الطلاب بخطر النفايات البلاستيكية على البيئة البحرية والبرية.
• إقامة مسابقات مدرسية لإعادة تدوير المخلفات.

الخاتمة

تعرفنا في هذا البحث على البوليمرات التي تشكل جزءًا مهمًا من حياتنا وصناعاتنا وأجسام الكائنات الحية، وتعلمنا كيف تتكون بالبلمرة بنوعيها، وعرفنا أشهر أنواعها وفوائدها وأضرارها على البيئة. وإن استعمالنا الواعي لهذه المواد وحرصنا على تدويرها من أسباب المحافظة على الأرض التي استخلفنا الله فيها، والحمد لله رب العالمين.

المراجع

• كتب الكيمياء للمرحلة الثانوية، وزارة التعليم في المملكة العربية السعودية.
• كتب الكيمياء العضوية الجامعية في موضوع البوليمرات.
• الهيئة السعودية للمواصفات والمقاييس والجودة، في موضوع المواد البلاستيكية.
• المركز الوطني للرقابة على الالتزام البيئي في المملكة العربية السعودية.

كلمات دليلية

بحث، بحث عن، بحث علمي، بحوث، البوليمرات