لا يمكن للمرء أن يتخيل حياة اليوم بدون البوليمرات - مواد تركيبية معقدة تستخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات النشاط البشري. البوليمرات هي مركبات جزيئية عالية من أصل طبيعي أو اصطناعي ، وتتألف من مونومرات متصلة بواسطة روابط كيميائية. المونومر هو رابط سلسلة متكرر يحتوي على الجزيء الأصلي.
المركبات الجزيئية العضوية
نظرًا لخصائصها الفريدة ، تحل المركبات الجزيئية العالية محل المواد الطبيعية مثل الخشب والمعادن والحجر في مختلف مجالات الحياة ، فتحتل مجالات جديدة من التطبيق. لتنظيم هذه المجموعة الواسعة من المواد ، تم اعتماد تصنيف البوليمرات وفقًا لمعايير مختلفة. وتشمل هذه التكوين ، وطريقة الإنتاج ، التكوين المكاني ، وهلم جرا.
تصنيف البوليمرات حسب التركيب الكيميائي يقسمهم إلى ثلاث مجموعات:
- المواد الجزيئية العضوية.
- المركبات العضوية.
- المركبات الجزيئية غير العضوية.
ويمثل أكبر مجموعة من اللولب العضوي - الراتنجات ، والمطاط ، والزيوت النباتية ، وهذا هو ، والمنتجات الحيوانية وكذلك أصل النبات. تحتوي جزيئات هذه المواد في السلسلة الرئيسية إلى جانب ذرات الكربون على ذرات الأكسجين والنيتروجين وعناصر أخرى.
خصائصها:
- لديهم القدرة على عكس التشوه ، أي المرونة عند الأحمال المنخفضة ؛
- بتركيز صغير يمكن أن تشكل محاليل لزجة ؛
- تغيير الخصائص الفيزيائية والميكانيكية تحت تأثير الحد الأدنى من كاشف ؛
- مع العمل الميكانيكي ، يمكن توجيه اتجاه الجزيئات الخاصة بهم.
المركبات العضوية
اللولب العضوي العضوي ، الذي يحتوي على جزيئات كبيرة ، بالإضافة إلى ذرات العناصر غير العضوية - السيليكون والتيتانيوم والألومنيوم - والجذور الهيدروكربونية العضوية ، يتم تصنيعها بشكل مصطنع ، وبطبيعة الحال ليست كذلك. تصنيف البوليمرات يقسمهم ، بدوره ، إلى ثلاث مجموعات.
- المجموعة الأولى هي المواد التي تتكون السلسلة الرئيسية من ذرات عناصر معينة محاطة بالجذور العضوية.
- تتضمن المجموعة الثانية مواد ذات سلسلة رئيسية تحتوي على ذرات الكربون المتناوبة وعناصر مثل الكبريت والنيتروجين وغيرها.
- المجموعة الثالثة تشمل المواد ذات العمود الفقري العضوية وتحيط بها مختلف المجموعات العضوية.
ومن الأمثلة على ذلك مركبات السيليكون العضوي ، خاصة السيليكون ، والتي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل.
تحتوي المركبات الجزيئية غير العضوية في السلسلة الرئيسية على أكاسيد السيليكون والمعادن - المغنيسيوم أو الألومنيوم أو الكالسيوم. ليس لديهم مجموعات ذرية عضوية جانبية. الروابط في السلاسل الرئيسية تساهمية وتساهمية أيونية ، والتي تحدد قوتها العالية ومقاومتها للحرارة. وتشمل هذه الاسبستوس والسيراميك والزجاج والسيليكات والكوارتز.
كاربوشاين و البحرية غير المتجانسة
ينطوي تصنيف البوليمرات حسب التركيب الكيميائي لسلسلة البوليمر الرئيسية على تقسيم هذه المواد إلى مجموعتين كبيرتين.
- كربوكين ، حيث تتكون السلسلة الرئيسية لجزيء اللولب من ذرات الكربون فقط.
- سلسلة غير متجانسة ، حيث توجد ذرات أخرى في السلسلة الرئيسية مع ذرات الكربون ، مما يعطي هذه المادة خواص إضافية.
تتكون كل مجموعة من هذه المجموعات الكبيرة من المجموعات الفرعية التالية التي تختلف في هيكل السلسلة وعدد البدائل وتكوينها وعدد الفروع الجانبية:
- المركبات ذات الروابط المشبعة في السلاسل ، على سبيل المثال ، البولي إيثيلين أو البولي بروبيلين ؛
- البوليمرات ذات الروابط غير المشبعة في السلسلة الرئيسية ، على سبيل المثال polybutadiene ؛
- المركبات الجزيئية المستبدلة بالهالوجين - تفلون ؛
- الكحول البوليمري ، مثال على ذلك بوليفينيل الكحول ؛
- اللولب على أساس مشتقات الكحول ، مثال على ذلك خلات البولي فينيل ؛
- المركبات المشتقة من الألدهيدات والكيتونات ، مثل polyacrolein ؛
- البوليمرات المشتقة من الأحماض الكربوكسيلية ، والتي يمثل حمض البولي أكريل ممثلًا لها ؛
- المواد المشتقة من النتريل (PAN) ؛
- المواد الجزيئية المستمدة من الهيدروكربونات العطرية ، على سبيل المثال البوليسترين.
قسمة على طبيعة ذرة مغايرة
قد يعتمد تصنيف البوليمرات أيضًا على طبيعة الذرات غير المتجانسة ؛ ويشمل عدة مجموعات:
- مع ذرات الأكسجين في السلسلة الرئيسية - البوليسترات والبيروكسيدات البسيطة والمعقدة
- المركبات ذات المحتوى في السلسلة الرئيسية لذرات النيتروجين - البوليامين والبولي أميدات ؛
- المواد ذات ذرات الأكسجين والنيتروجين في السلسلة الرئيسية ، على سبيل المثال ، البولي يوريثان ؛
- اللولب مع ذرات الكبريت في السلسلة الرئيسية - polythioesters و polytetrasulfides ؛
- المركبات التي توجد فيها ذرات الفسفور في السلسلة الرئيسية.
البوليمرات الطبيعية
حاليا ، تصنيف البوليمرات حسب المنشأ ، حسب الطبيعة الكيميائية ، والذي يقسم لهم على النحو التالي:
- الطبيعية ، وتسمى أيضا البوليمرات الحيوية.
- المواد الاصطناعية ذات الوزن الجزيئي العالي.
- المركبات الاصطناعية.
البحرية الطبيعية هي أساس الحياة على الأرض. وأهم هذه البروتينات هي "طوب" الكائنات الحية ، والتي يكون مونومراتها عبارة عن أحماض أمينية. تشارك البروتينات في جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية للجسم ، وبدونها لا يمكن للجهاز المناعي أن يعمل ، وعمليات تخثر الدم ، وتشكيل الأنسجة العظمية والعضلية ، وعمل تحويل الطاقة وأكثر من ذلك بكثير. بدون الأحماض النووية ، يكون تخزين ونقل المعلومات الوراثية أمرًا مستحيلًا.
السكريات هي الهيدروكربونات عالية الوزن الجزيئي التي ، جنبا إلى جنب مع البروتينات ، تشارك في عملية التمثيل الغذائي. يتيح لك تصنيف البوليمرات حسب الأصل تحديد المواد الجزيئية الطبيعية في مجموعة خاصة.
البوليمرات الصناعية والاصطناعية
يتم الحصول على البوليمرات الاصطناعية من الطبيعي بطرق مختلفة من التعديل الكيميائي لمنحهم الخصائص اللازمة. مثال على ذلك السليلوز ، والذي يتم الحصول منه على العديد من المواد البلاستيكية. تصنيف البوليمرات حسب الأصل يصفها بأنها مواد اصطناعية. يتم الحصول على IUDs الاصطناعية كيميائيا باستخدام تفاعلات البلمرة أو تكثيف. تعتمد خصائصها ، وبالتالي النطاق ، على طول الجزيء ، أي على الوزن الجزيئي. كلما زاد حجمها ، زادت المواد التي تم الحصول عليها. تصنيف البوليمرات حسب الأصل مريحة للغاية. الأمثلة تؤكد ذلك.
الجزيئات الخطية
أي تصنيف للبوليمرات تعسفي إلى حد ما ، ولكل منها عيوبه الخاصة ، لأنه لا يمكنه عرض جميع خصائص هذه المجموعة من المواد. ومع ذلك ، فإنه يساعد على تنظيمها بطريقة ما. يقدم تصنيف البوليمرات على شكل جزيئات كبيرة الحجم في صورة المجموعات الثلاث التالية:
- الخطية.
- تشعبت.
- المكانية ، والتي تسمى أيضا شبكة.
السلاسل الطويلة أو المنحنية أو الحلزونية للـ IUDs الخطية تعطي المواد بعض الخصائص الفريدة:
- بسبب ظهور الروابط بين الجزيئات تشكل ألياف قوية.
- لديهم القدرة الكبيرة والطويلة ، ولكن في الوقت نفسه تشوهات قابلة للانعكاس ؛
- خاصية مهمة هي مرونتها.
- عند الذوبان ، تشكل هذه المواد محاليل ذات لزوجة عالية.
جزيئات متفرعة
تحتوي البوليمرات المتفرعة أيضًا على هيكل خطي ، ولكن مع وجود العديد من الفروع الجانبية أقصر من الفرع الرئيسي.في الوقت نفسه ، تتغير خصائصها أيضًا:
- القابلية للذوبان في المواد المتفرعة أعلى من الخطية ، على التوالي ، فإنها تشكل حلولاً من اللزوجة المنخفضة ؛
- مع زيادة طول السلاسل الجانبية ، تصبح القوى بين الجزيئات أضعف ، مما يؤدي إلى زيادة ليونة ومرونة المادة ؛
- كلما زادت درجة التفرع ، زادت الخصائص الفيزيائية لهذه المادة من خواص المركبات منخفضة الوزن الجزيئي العادية.
جزيئات ثلاثية الأبعاد
المركبات الجزيئية الجزيئية تكون مسطحة (الدرج ونوع الباركيه) وثلاثي الأبعاد. المطاط المسطح يشمل المطاط الطبيعي والجرافيت. في البوليمرات المكانية ، توجد "جسور" متشابكة بين السلاسل ، مكونة جزيءًا كبيرًا ثلاثي الأبعاد ، والذي له صلابة غير عادية.
مثال على ذلك الماس أو الكيراتين. المركبات الجزيئية الكبيرة هي أساس المطاط ، وبعض أنواع البلاستيك ، وكذلك المواد اللاصقة والورنيش.
اللدائن الحرارية والحرارية
الغرض من تصنيف البوليمرات حسب الأصل وفيما يتعلق بالتسخين هو وصف سلوك هذه المواد بدرجة الحرارة. اعتمادًا على العمليات التي تحدث أثناء التسخين ، يتم الحصول على نتائج مختلفة. إذا ضعف التفاعل بين الجزيئات وازدادت الطاقة الحركية للجزيئات ، فإن المادة تنخفض وتصبح حالة لزجة. عندما تنخفض درجة الحرارة ، تعود إلى حالتها الطبيعية - تبقى طبيعتها الكيميائية دون تغيير. وتسمى هذه المواد البوليمرات بالحرارة ، على سبيل المثال البولي ايثيلين.
تسمى مجموعة أخرى من المركبات بالحرارة. آلية العمليات التي تحدث فيها أثناء التدفئة مختلفة تماما. في وجود روابط مزدوجة أو مجموعات وظيفية ، تتفاعل مع بعضها البعض ، وتغيير الطبيعة الكيميائية للمادة. لا يمكن استعادة شكله الأصلي عند التبريد. مثال على ذلك الراتنجات المختلفة.
طريقة البلمرة
تصنيف آخر من البوليمرات هو عن طريق طريقة التحضير. هناك مثل هذه الطرق للحصول على اللولب:
- البلمرة ، والتي يمكن أن تحدث باستخدام آلية التفاعل الأيوني والجذور الحرة.
- التكثيف المتعدد.
البلمرة هي عملية تشكيل الجزيئات عن طريق الاتصال المتسلسل لوحدات مونومر. وعادة ما تكون المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض مع روابط متعددة والمجموعات الدورية. أثناء التفاعل ، تتكسر رابطة أو رابطة مزدوجة في المجموعة الدورية وتتشكل روابط جديدة بين هذه المونومرات. إذا كان المونومرات من نفس النوع متورطة في التفاعل ، فإنه يطلق عليه البلمرة المتجانسة. عند استخدام أنواع مختلفة من المونومرات ، يحدث تفاعل البلمرة.
تفاعل البلمرة عبارة عن تفاعل متسلسل يمكن أن يحدث بشكل تلقائي ، ومع ذلك ، يتم استخدام المواد الفعالة لتسريعها. مع الآلية الجذرية الحرة ، تستمر العملية على عدة مراحل:
- بدء. في هذه المرحلة ، بالضوء أو الحرارة أو المادة الكيميائية أو أي نوع آخر من التأثير ، تتشكل المجموعات النشطة - الجذور - في النظام.
- نمو طول السلسلة. تتميز هذه المرحلة بإضافة المونومرات التالية إلى الجذور لتشكيل جذور جديدة.
- يتم الحصول على سلسلة مفتوحة بتفاعل المجموعات النشطة مع تكوين جزيئات كبيرة غير نشطة.
من المستحيل التحكم في لحظة إنهاء السلسلة ، وبالتالي تختلف الجزيئات الكبيرة الناتجة في الأوزان الجزيئية المختلفة.
مبدأ الآلية الأيونية لتفاعل البلمرة هو نفس مبدأ الجذور الحرة. ولكن هنا ، تعمل الكاتيونات والأنيونات كمراكز نشطة ؛ لذلك ، يتم تمييز البلمرة الكاتيونية والأنيونية. في الصناعة ، يتم الحصول على أهم البوليمرات عن طريق البلمرة الجذرية: البولي إيثيلين والبوليسترين والكثير غيرها. يستخدم بلمرة الأيونات في إنتاج المطاط الصناعي.
التكثيف المتعدد
عملية تكوين مركب ذو وزن جزيئي عالٍ مع فصل بعض المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض كمنتج فرعي هي تكاثف متعدد ، والذي يختلف عن البلمرة في أن التركيب الأولي للجزيء الناتج الناتج لا يتطابق مع تكوين المواد الأولية المشاركة في التفاعل. يمكن فقط للمركبات ذات المجموعات الوظيفية المشاركة فيها ، والتي تتفاعل وتقسيم جزيء مادة بسيطة وتشكل رابطة جديدة. تكثيف المركبات ثنائية الوظائف ينتج بوليمرات خطية. عندما تشارك المركبات متعددة الوظائف في التفاعل ، تتشكل اللولب ذي البنية المتفرعة أو المكانية. تتفاعل المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض التي تشكلت أثناء التفاعل مع المنتجات الوسيطة أيضًا ، مما يؤدي إلى إنهاء السلسلة. لذلك ، من الأفضل إزالتها من منطقة التفاعل.
لا يمكن الحصول على بوليمرات معينة بطرق معروفة من البلمرة أو تكثيف ، حيث لا يوجد مونومرات انطلاق مطلوبة قادرة على المشاركة فيها. في هذه الحالة ، يتم إجراء تخليق البوليمر بمشاركة مركبات ذات وزن جزيئي عالي تحتوي على مجموعات وظيفية قادرة على التفاعل مع بعضها البعض.
أصبح تصنيف البوليمرات أكثر تعقيدًا كل يوم ، حيث تظهر المزيد والمزيد من الأنواع الجديدة من هذه المواد المذهلة ذات الخصائص المحددة مسبقًا ، ولم يعد الشخص يفكر في حياته بدونها. ومع ذلك ، تنشأ مشكلة أخرى ، لا تقل أهمية - إمكانية التخلص منها بسهولة ورخيصة. الحل لهذه المشكلة مهم جدا لوجود الكوكب.
