نبذة تعريفية عامة عن مادة “البلاستيك” الإصطناعية

2011 تجارب علمية استخدام المواد

غريس و ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مادة البلاستيك الكيمياء

تحيط بنا المواد الاصطناعية من كل جانب وتجعل حياتنا أسهل.

ويُعدّ البلاستيك من أكثر المواد الاصطناعية شيوعاً، وهو عبارة عن سلاسل طويلة جداً من الجزيئات. اكتشف بنفسك المزيد من هذه المواد المذهلة.

تخيل كيف ستكون الحياة لولا وجود المواد البلاستيكية. فكم من الأشياء الموجودة في منزلك مصنوعة من البلاستيك، وما عدد الأدوات البلاستيكية التي تستخدمها كل يوم؟

 

وإذا نظرت إلى العلامات التجارية الموجودة داخل ملابسك فربما تكتشف أنها مصنوعة أيضاً من البلاستيك – فالبوليستر والنايلون نوعان من الخيوط الاصطناعية المكوّنة من البلاستيك.

ينتمي البلاستيك إلى صنف من المواد تدعى بوليمرات (مركبات كيميائية مؤلفة من عدة أجزاء متماثلة).

إن جزيئات البوليمر عبارة عن سلاسل ضخمة مكوّنة من عدة وحدات أصغر مكررة مرات عديدة.

 

إن أحد الأسباب الذي يجعل البوليمرات مفيدة جداً هو أن هذه الجزيئات الطويلة تستطيع أن تتلاءم مع بعضها بعضاً إما بصورة متماسكة أو رخوة، ما يؤدي إلى إنتاج مواد لها خواص مختلفة.

وبإمكانك اكتشاف ذلك من خلال المقارنة بين كيس البلاستيك وكرسي من البلاستيك، فكلاهما مكوّنان من جزيئات البوليمر، لكن الجزيئات الموجودة في الكرسي متماسكة مع بعضها بقوة، ما يجعل الكرسي صلباً بما يكفي للجلوس عليه. 

أما الجزيئات الموجودة في الكيس، فإنها مترابطة مع بعضها على نحو رخو، وهذا ما يجعل الكيس سهل الطي والثني والامتلاء بمختلف الأشياء.

 

كما أن البوليمرات متوافرة في الطبيعة، فالشعر والمطاط والخشب والقطن، على سبيل المثال، كلها مكوّنة من البوليمر الطبيعي، لذلك فإن العديد من البوليمرات الطبيعية تعدّ من المواد النافعة، لكن البلاستيك يكون أحياناً أفضل من تلك البوليمرات.

تعدّ قولبة البلاستيك في أشكال مختلفة أكثر سهولة من غالبية البوليمرات الطبيعية فضلاً عن أن المواد البلاستيكية أقسى وأخف وأكثر مرونة من البوليمرات الطبيعية، كما أنها تدوم لفترات أطول أنها لا تحلل بسهولة.

 

إن أول من ابتكر مادة البلاستيك هو العالم الانجليزي (الكسندر باركس) الذي أطلق عليها اسم «باركيسين» وعرضها للعام لأول مرة في العام 1851.

وفي العام 1860 ابتكر العالم الأمريكي (جون ويسلي هايات) مادة بلاستيكية تدعى «السليوليد»، والتي استخدمت فيما بعد في صناعة أفلام التصوير السينمائي.

استخدمت كلٌ من مادتي الباركسين والسليوليد كمواد بديلة عن العاج من أجل صناعة كرات البلياردو، ولكن، لسوء الحظ، لم تتميز هذه المواد البلاستيكية الأولى بالثبات أو الاستقرار إذ غالباً ما كانت تنفجر كرات البلياردو.

 

وفي بدايات القرن العشرين بدأ السباق نحو إيجاد مادة بلاستيكية مستقرة، وكان أو من ابتكرها المخترع الإنجليزي (جيمس سوينبورن)، لكنه لم يسجل براءة اكتشافه فوراً.

وفي اليوم الذي سجل فيه هذا الاكتشاف وجد أن عالماً كيمائياً بلجيكياً – أمريكاً يدعى (ليو بيكلاند) قد سبقه إلى تسجيل الاكتشاف ذاته قبل يوم واحد فقط.

 

أطلق (بيكلاند) على هذا البلاستيك اسم ”باكليت“، وهو مادة بلاستيكية تميزت بالصلابة وسهولة القولبة في أشكال مختلفة. وكانت هذه المادة مثالية من أجل صناعة حاويات أجهزة المذياع والمعدات الكهربائية الأخرى لأن ”الباكليت“ غير ناقل للكهرباء.

واستخدم ”الباكليت“ الملون في صناعة الأشياء التي كانت تُصنع سابقاً من أصداف السلاحف، وأنقذت هذه المادة بذلك آلاف السلاحف من الهلاك.

 

– الملابس البلاستيكية

في العام 1935 ابتكر العالم الأمريكي (واليس كاروثرز) أول خيط اصطناعي، وهو ”النايلون“ الذي مهد الطريق أمام إنتاج مواد اصطناعية أخرى مثل البوليستر والديكرون والرايون والكيفلار – وهو نسخة أمتن من النايلون استخدمت في صناعة السترات الواقية من الرصاص.

ومثل كثير من المواد البلاستيكية، فإن النايلون والبوليستر مكوّنان من مواد كيميائية مستخرجة من البترول، حيث يجري تحويل هذه المكونات الكيميائية إلى جزيئات البوليمر ومن ثم تشكيلها إلى حبيبات صغيرة من البلاستيك.

 

ومن أجل تحويل هذه الحبيبات إلى خيوط، يتم صهرها ودفعها عبر ثقوب صغيرة جداً، ومن ثم شدّها وتبريدها في الماء، يمكن نسج هذه الخيوط لإنتاج القماش.

يجري إنتاج معظم البوليمرات الاصطناعية في المصانع بكميات ضخمة. وستكتشف في النشاط التالي كيفية صنع معجونة البوليمر اللزجة من خلال استعمال بعض المواد الكيميائية المنزلية.

 

– بنية البوليمر

إن جزيئات البوليمر هي عبارة عن سلاسل طويلة مكوّنة من ارتباط جزيئات صغيرة معروفة أيضاً باسم «مونومرات» («مونو» كلمة يونانية تعني «واحد»، و«بولي» كلمة يونانية أيضا تعني «العديد»).

تحتوي جزيئات البوليمر في المواد البلاستيكية (اللدائن) آلاف الجزيئات الأحادية.

فجزيء من مادة البوليثيلين، على سبيل المثال، المستخدمة في صناعة الأكياس البلاستيكية، هو سلسلة مؤلفة من حوالي 50.000 جزيء من مونومر (جزيء أحادي) الإيثيلين.

 

والبوليمر المبين أعلاه هو «بوليديميثيلسيلوكسين». تتكون جزيئات هذا البوليمر من آلاف جزيئات مونومرات «الديميثيلسيلوكسين».

ويحتوي كل مونومر (جزيء أحادي) على العناصر التالية: كربون (أسود) وأكسجين (أحمر) وهيدروجين (جزيئات صغيرة رمادية داكنة) والسيليكون (جزيئات كبيرة بلون رمادي فاتح).

 

يمنح السيليكون مادة «البوليديميثيلسيلوكسين» الكثير من الخصائص المفيدة، وبما أنه مقاوم للماء، يمكن استخدامه في المنتجات المقاومة للماء، وفي صناعة المواد الملمعة، مثل ملمع الأثاث.

وبما أن السيليكون لا يتفاعل مع أنظمة المناعة في جسم الإنسان يمكن استخدم البوليمرات من هذا النوع في إجراء عمليات زرع الأعضاء، مثل الأوراك والمفاصل الاصطناعية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]