بحث عن المبلمرات

مقدمة البحث

الحمد لله رب العالمين، والصلاة والسلام على نبينا محمد. أما بعد، فإن من حولنا مواد كثيرة نستعملها كل يوم دون أن نعرف تركيبها: كيس البلاستيك وقارورة الماء وثياب النايلون وأنابيب المياه وإطارات السيارات. وكلها مصنوعة من مواد تسمى المبلمرات، وهي من أهم ما قدمته الكيمياء للحياة الحديثة. وفي هذا البحث نتعرف على المبلمرات وأنواعها وفوائدها ومشكلاتها.

تعريف الموضوع

المبلمر (Polymer) مركب كيميائي ضخم الجزيئات، يتكون من ارتباط عدد كبير جدًا من جزيئات صغيرة متشابهة أو متقاربة تسمى المونومرات (الوحدات البنائية)، ترتبط ببعضها بروابط تساهمية على شكل سلسلة طويلة. وتسمى العملية التي تتحول بها المونومرات إلى مبلمر البلمرة. وكلمة «بولي» مأخوذة من اليونانية وتعني «كثير»، و«مير» تعني «جزء».

أهمية الموضوع

للمبلمرات أهمية كبيرة في حياتنا، فهي تدخل في الملابس والأدوات المنزلية والتعبئة والتغليف والطب والإلكترونيات والبناء والنقل. كما أن بعض المبلمرات توجد في أجسامنا نفسها، كالبروتينات والنشا والحمض النووي. وفهم المبلمرات يساعد على حسن استخدامها وتقليل أضرارها على البيئة.

أهداف البحث

• التعرف على مفهوم المبلمر والمونومر والبلمرة.
• التمييز بين المبلمرات الطبيعية والصناعية.
• معرفة نوعي البلمرة: الإضافة والتكاثف.
• التعرف على أمثلة مهمة كالبولي إيثيلين والنايلون واستخداماتها.
• بيان مشكلات المبلمرات البيئية وطرق معالجتها.

عناصر البحث

أولًا: أنواع المبلمرات من حيث المصدر

ثانيًا: أنواع البلمرة

١) بلمرة الإضافة: تتحد فيها جزيئات المونومر غير المشبعة التي تحتوي على رابطة ثنائية بين ذرتي كربون، فتنفتح الرابطة الثنائية وترتبط الجزيئات ببعضها دون فقدان جزيئات صغيرة. وأبسط مثال تحول الإيثيلين إلى بولي إيثيلين:

n CH₂=CH₂ → [ CH₂–CH₂ ]_n

والحرف n في المعادلة يمثل عددًا كبيرًا جدًا من الوحدات المتكررة، قد يصل إلى آلاف الوحدات.

٢) بلمرة التكاثف: تتحد فيها جزيئات المونومر التي تحمل مجموعتين فعالتين أو أكثر، ويصاحب الاتحاد انفصال جزيء صغير في كل مرة، وغالبًا هو الماء. ومن أمثلتها تصنيع النايلون من حمض ثنائي الكربوكسيل وأمين ثنائي، وتصنيع البروتينات في الخلايا الحية من الأحماض الأمينية.

ثالثًا: أمثلة على المبلمرات الصناعية واستخداماتها

• البولي إيثيلين: خفيف ومرن ومقاوم للماء، يستخدم في الأكياس وأغلفة الأغذية والأنابيب والقوارير.
• بولي بروبيلين: أقسى قليلًا، يستخدم في صناديق التخزين وبعض الأدوات المنزلية والألياف.
• بولي كلوريد الفينيل (PVC): يستخدم في أنابيب المياه والصرف وكابلات الكهرباء.
• بولي ستايرين: منه الفلين الأبيض (الستايروفوم) الذي يستخدم في التغليف والعزل.
• النايلون: ألياف متينة جدًا تستخدم في الأقمشة والحبال وفرش الأسنان.
• التفلون: مبلمر مقاوم للحرارة والالتصاق، يستخدم في طلاء أواني الطهي.

رابعًا: اللدائن الحرارية واللدائن الصلدة

تنقسم المبلمرات الصناعية من حيث تأثير الحرارة فيها إلى نوعين:

• اللدائن الحرارية (المطاوعة للحرارة): تلين بالتسخين وتتصلب بالتبريد، ويمكن إعادة تشكيلها وتدويرها مرات عدة، مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين.
• اللدائن الصلدة (المتصلبة بالحرارة): تتصلب بالتسخين ولا تلين بعد ذلك، لأن سلاسلها ترتبط ببعضها بروابط عرضية، ومنها مادة الباكليت التي تُصنع منها مقابض الأواني.

خامسًا: خصائص المبلمرات

تتميز أكثر المبلمرات بكثافة منخفضة، ومقاومة للتآكل والرطوبة، وعزل جيد للكهرباء والحرارة، وسهولة التشكيل، ورخص نسبي في التكلفة. ويمكن تغيير خواصها بتعديل بنية السلسلة وطولها، أو بإضافة مواد مثل الملدنات والملونات. ولذلك يمكن تصميم مبلمرات بمواصفات تناسب غاية معينة، مثل الألياف الصناعية القوية أو المطاط الصناعي.

سادسًا: المبلمرات والبيئة

أغلب المبلمرات الصناعية لا تتحلل بسهولة في الطبيعة، ولذلك تتراكم نفايات البلاستيك في المكبات والبحار وتضر بالكائنات الحية. وتتعدد الحلول:

• تقليل استخدام الأكياس والأدوات ذات الاستعمال الواحد.
• إعادة التدوير بفرز النفايات البلاستيكية وإعادة تصنيعها.
• تطوير مبلمرات قابلة للتحلل الحيوي.
• التخلص الآمن من النفايات البلاستيكية وعدم حرقها لما ينتج عنه من غازات ضارة.

وقد أولت المملكة العربية السعودية اهتمامًا بإدارة النفايات وإعادة التدوير ضمن جهودها في حماية البيئة. وللمصانع الكيميائية في الجبيل وينبع دور كبير في إنتاج البتروكيماويات التي تُصنع منها المبلمرات.

سابعًا: مثال محلول

السؤال: كم وحدة إيثيلين تقريبًا في سلسلة من البولي إيثيلين كتلتها المولية ٥٦٠٠٠ جرام لكل مول؟ علمًا بأن الكتلة المولية للإيثيلين تساوي ٢٨ جرامًا لكل مول.

الحل: عدد الوحدات يساوي الكتلة المولية للمبلمر مقسومة على الكتلة المولية للمونومر:

n = 56000 ÷ 28 = 2000

فالسلسلة تحتوي على ألفي وحدة تقريبًا. ويبين المثال أن جزيء المبلمر يتكون من آلاف الوحدات المتكررة، ولذلك يسمى جزيئًا عملاقًا. ومن المهم أن نعلم أن السلاسل في العينة الواحدة لا يكون لها الطول نفسه تمامًا، ولذلك يُعبَّر عن الكتلة المولية للمبلمر عادة بمتوسط.

ومن الجدير بالذكر أن الكيمياء الصناعية استفادت من هذه الفكرة في تصميم مواد جديدة بخصائص محددة، فكلما طالت السلسلة زادت متانة المادة وصلابتها في الغالب، وكلما كثر التفرع قلّت كثافتها وزادت مرونتها. ولهذا يوجد نوعان مشهوران من البولي إيثيلين هما منخفض الكثافة المستعمل في الأكياس، وعالي الكثافة المستعمل في القوارير والأنابيب.

النتائج

• المبلمر مركب ضخم يتكون من ارتباط عدد كبير من المونومرات.
• تنقسم المبلمرات إلى طبيعية كالنشا والبروتينات، وصناعية كالبولي إيثيلين والنايلون.
• تتم البلمرة بطريقتين رئيستين: الإضافة والتكاثف.
• تنقسم اللدائن إلى حرارية يمكن إعادة تشكيلها وصلدة لا تلين بعد التصلب.
• تشكل نفايات المبلمرات تحديًا بيئيًا يتطلب التقليل والتدوير والتطوير.

التوصيات

• استخدام أكياس وأدوات قابلة لإعادة الاستعمال بدل الأدوات ذات الاستعمال الواحد.
• فرز النفايات البلاستيكية ووضعها في حاويات التدوير.
• دعم البحوث الخاصة بالمبلمرات القابلة للتحلل.

الخاتمة

تعرفنا في هذا البحث على المبلمرات وما لها من أهمية في حياتنا، وعلى أنواعها وطرق تحضيرها وخصائصها. ويتضح أن العلم نعمة عظيمة إذا استُخدم بحكمة، وأن علينا أن نستفيد من المبلمرات مع المحافظة على بيئتنا 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 المبلمرات.
• الموسوعة العربية العالمية، مادة «البلاستيك».
• الهيئة الملكية للجبيل وينبع.

كلمات دليلية