ما هي البوليمرات؟
البوليمرات هي مواد مصنوعة من سلاسل طويلة ومتكررة من الجزيئات. هذه المواد لها خصائص فريدة من نوعها، اعتمادًا على نوع وكيفية الترابط فيما بينها.
بعض البوليمرات تنثني وتتمدد، مثل المطاط والبوليستر. والبعض الآخر صلب وقوي، مثل الزجاج والإيبوكسز(epoxies ).
تتواجد البوليمرات في كل جوانب الحياة الحديثة تقريبًا. يتعامل ويستخدم البشر المنتجات التي تتواجد فيها البوليمرات من زجاجات المياه إلى الإطارات والأدوات.
كثيرًا ما يُستخدم مصطلح البوليمر لوصف منتجات البلاستيك والتي هي في الأصل بوليمرات اصطناعية. مع ذلك، توجد بوليمرات طبيعية أيضًا. المطاط والخشب هم أحد أمثلة البولميرات الطبيعية، حيث تتكونان من هيدروكربون بسيط وعنصر الإيزوبرين (Isoprene). البروتينات هي بوليمرات طبيعية تتكون من الأحماض الأمينية والأحماض النووية ، وهذه الأحماض هي في الأصل بولميرات من النيوكليوتيدات، وهي جزيئات معقدة تتكون من قواعد تحتوي على النيتروجين، السكريات وحمض الفسفوريك هي أحد أمثلتها.
التفاعل الكيميائي
هيرمان ستودينجر(Hermann Staudinger)، أستاذ الكيمياء العضوية في إيدجينوسيسش تيشنيسش هوكشول (Eidgenössische Technische Hochschule) (جامعة العلوم التطبيقية) في زيورخ، يعتبر الأب الروحي في تطوير البوليمرات الحديثة. أدت أبحاثه في العشرينات من القرن الماضي إلى امكانية التلاعب بالبوليمرات الطبيعية والصناعية. وقد طور مفهومين هما المفتاح لفهم البلويمرات: البلمرة والجزيئات الكبرى، وفقًا للجمعية الأمريكية للكيمياء. في عام 1953، حصل هرمان على جائزة النوبل في الكيمياء لأبحاثه واكتشافاته في “مجال الكيمياء الجزيئية”.
البلمرة هي طريقة لإنشاء بوليمرات صناعية من خلال الجمع بين جزيئات صغيرة، تسمى المونومرات، تجتمع معًا في سلسلة بروابط تساهمية. تختلف التفاعلات الكيميائية المتسببة من قبل الحرارة الحرارة والضغط، وتؤدي إلى تغيير الروابط الكيميائية التي تربط المونومرات معًا. تؤدي هذه العملية إلى ربط الجزيئات في بنية خطية أو متفرعة أو على شكل شبكة، مما يؤدي إلى تكوين البوليمرات.
هذه السلسلة من المونومرات تسمى الجزيئات. معظم سلاسل البوليمر لديها سلسلة من ذرات الكربون تمثل العمود الفقري للبوليمرات. جزئ واحد يمكن أن يتكون من آلالاف من المونومرات.
إستخدامات البوليمرات
تستخدم البوليمرات في كل مجالات حياتنا اليومية. تحتوي اكياس التسوق والصودا وزجاجات المياه وألياف النسيج والهواتف والحاسب الآلي وأغلفة الطعام وقطع غيار السيارات والألعاب كلها على البوليمرات.
بعض التكنولوجيا المتطورة تستخدم البوليمرات، على سبيل المثال: ” الأغشية لتحلية المياه، البوليمرات الحيوية المستخدمة في هندسة الأنسجة”.
أكثر البوليمرات المستخدمة في التصنيع تحتوي على البولي إيثلين والبولي بروبلين. تتكون جزيئاتها من حوالي 10,000 إلى 200,000 مونومر.
مستقبل البوليمرات
يقوم الباحثون بتطوير وتجريب أنواع مختلفة وجديدة من البوليمرات، بهدف زيادة تطوير الأدوية وتعزيز المنتجات التي تُستخدم يوميًا. فعلى سبيل المثال، يجرى تطوير وتعزيز استخدام البولميرات الكربونية في صناعة السيارات.
“مركبات البوليمر المقوى بالألياف الكربونية – تُسمى أيضا شرائح ألياف الكربون – هي مواد الجيل التالي لصنع سيارات أخف وزنًا وأكثر كفاءةً في استهلاك الوقود وأكثر أمانًا. صفائح الكربون قوية للغاية وصلبة بسبب طبقاتها المنسوجة من ألياف الكربون النقي ممزوجة بمركب البلاستيك الصلب” وفقًا لدراسة قام بها باحثان، هما: نيخيل جوبتا و ستيفن زلتمان، في مختبر ميكانيكا المواد المركبة قسم الهندسة الميكانيكية والهندسة الفضاء في جامعة نيويورك تاندون.
يستخدم البوليمر أيضًا في تحسين الصورة المجسمة. قام العلماء في جامعة بنسلفانيا (University of Pennsylvania) بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد على مادة البوليمر المرنة التي كانت جزءً لا يتجزأ من جزيئات الذهب النانوية، وفقًا لدراسة نشرت على الإنترنت في أوائل عام 2017 في مجلة (رسائل النانو). جهاز الهولوجرام الجديد يمكن أن تُلتقط به عدة صور بدلاً من صورة واحدة فقط.
ريتيش أجروال، باحث وأستاذ في علم المواد والهندسة في جامعة بنسلفانيا يطرح سؤالا، ويقول: “هل يمكننا ترميز العديد من المعلومات في صورة ثلاثية الأبعاد؟ “. ويضيف:” إنها قطعة مهمة من العمل، لأنها المرة الأولى التي يظهر فيها شخص ما يمكنك تسجيل صور متعددة ثلاثية الأبعاد، ومن خلال امتداد البوليمرات، يمكنك تغيير الصورة كلها.”
الجلد الصناعي المصنوعة من بوليمر السيليكون قد يكون هو مستقبل مكافحة الشيخوخة. يأتي على شكل كريم، قد يكون هذا البوليمر قادر على تشديد الجلد والحد من ظهور التجاعيد وتقلل من اكياس تحت العين. ويمكن استخدام هذه الجلد الصناعي أيضًا لمساعدة أولئك الذين يعانون من بعض الأمراض الجلدية مثل، الإكزيما أو قد يُستخدم للحماية من الشمس.
” نحن متحمسون لذلك، إنها مادة جديدة تماما” بحسب الباحث المشارك في دراسة البوليمرات (روبرت لانجر)، أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
- ترجمة: خالد أولاد ثاني
- تدقيق: جدل القاسم
- تحرير: زيد أبو الرب
