الرئيسيةعريقبحث

بلمرة

☰ جدول المحتويات

مثال على تفاعل بلمرة ألكين حيث تتفاعل مونمرات الستيرين لتكون بوليستيرين

إن البلمرة أو التَّبَلمُر[1] أو الكَوْثَرَة[2][3] في كيمياء البوليمرات هي عملية تفاعل جزيئات المواحيد مع بعضها وفق تفاعل كيميائي لتُشكِّل شبكات ثلاثية الأبعاد أو سلاسل بوليمرية.[4][5][6]. يوجد عدة أشكال للكوثرة وأنظمة مختلفة لتصنيفها.

مكثور مكون من نوع واحد من المواحيد
مكثور إسهامي


مقدمة

وحدات تحضير تريوكسان لتكوين مكثور في مصنع يقع قرب فرانكفورت.

هناك عدة آليات لتفاعل الكوثرة في المركبات الكيميائية تتفاوت في تعقيدها بسبب وجود المجموعات الوظيفية في المركبات المتفاعلة[7] وتأثيرات الإعاقة الفراغية التي تشرحها نظرية تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ. تفاعلات الكوثرة التي تعطي سلاسل خطية مستقيمة (ألكينات) هي تفاعلات جذور حرة بسيطة نسبيًا، هذه الألكينات تكون مستقرة نسبيًا بسبب الارتباط بين ذرات الكربون مشكلة مكثوارت بتفاعلات جذور حرة بسيطة نسبيًا. وعلى العكس، فإن التفاعلات التي تتضمن استبدال في مجموعة الكربونيل تتطلب اصطناعًا معقدًا بسبب الطريقة التي تتكوثر فيها الجزيئات المتفاعلة[7].

ولأن الألكينات يمكن أن تتشكل وفق آليات تفاعل لتشكيل سلاسل مستقيمة، فإنها (عندما تخضع لتفاعلات الجذور الحرة) تشكل مركبات مفيدة مثل متعدد الإيثيلين وكلوريد متعدد الفاينيل (PVC)، التي تنتج بكميات كبيرة سنويًا[7] بسبب فائدتها في عمليات تصنيع المنتجات التجارية، مثل الأنابيب، والعزل، والتغليف. المكثورات مثل PVC عمومًا تعرف بكونها مكثورات متجانسة (homopolymers)، لأنها تتكون من سلسلة طويلة مكررة من نفس الوحدة البنيوية المسماة بالموحود، في حين تسمى المكثورات التي تتكون سلاسلها من أكثر من نوع واحد من المواحيد بالمكثورات الإسهامية (copolymers).[8]

يمكن للمواحيد الأخرى، مثل فورمالدهيد المائية أو الألدهيدات البسيطة، أن تبلمر نفسها عند درجات حرارة منخفضة تمامًا (حوالي -80 °م) لتشكل مثلوثًا (ترايمر: مركب مثلوث الصيغة الجزيئية)[7]، وهي جزيئات تتكون من ثلاثة مواحيد يمكن أن تتحلَّق (cyclize) لتشكل بنية حلقية، أو تخضع لتفاعلات أخرى لتشكل رباعي وحدات (تترامر: مكثور رباعي الجزيء)، أو مركبات من أربعة مواحيد. وهناك مركبات أخرى تسمى قليل الوحدات.[7] في جزيئات أصغر.

الكوثرة غير المعتدلة بنحو كافٍ، والتي تستمر بمعدلات سريعة يمكن أن تكون خطرة جدًا. تسمى هذه الظاهرة بالكوثرة الخطرة ، ويمكن أن تسبب حرائق وانفجارات.

النمو التدريجي

تعرف مكثورات النمو التدريجي بأنها المكثورات المشكلة بتفاعل تدريجي للمجموعات الوظيفية في المواحيد، وعادة ما تحتوي ذرات غير متجانسة مثل النتروجين أو الأوكسجين. معظم مكثورات النمو التدريجي تصنف بأنها مكثورات مكثفة، ولكن ليس كل مكثورات النمو التدريجي (مثل مكثورات متعدد إيثان اليوريا المشكلة من إيزوسيانات ومواحيد ثنائية الوظيفة الكحولية) تطلق كُثافة (ناتج التكثيف)، وفي هذه الحالة، نتحدث عن مكثورات بالإضافة . يزداد الوزن الجزيئي في مكثورات النمو التدريجي بمعدل بطيء جدًا بنسبة تحويل منخفضة ويصل إلى أوزان جزيئية عالية نوعًا ما فقط عند نسب تحويل عالية جدًا (أي>95%).

ولإزالة هذا الاشتباه في التسمية، طورت تعاريف للمكثورات المكثفة والمكثورات بالإضافة. يعرف المكثور المكثف بأنه المكثور الذي يتضمن فقدان لجزيئات صغيرة أثناء اصطناعه، أو يحتوي ذرات غير متجانسة في سلسلته الفقرية ، أو أن وحدته البنائية لا تضم جميع الذرات الموجودة في الموحود الافتراضي الذي يمكن أن يتحلل إليه.

النمو السلسلي

تتضمن الكوثرة بالنمو السلسلي (أو الكوثرة بالإضافة) ارتباط جزيئات ببعضها تحتوي روابط ثنائية أو ثلاثية من كربون-كربون. هذه المواحيد غير المشبعة لها روابط داخلية إضافية قادرة على التحكم والارتباط مع المواحيد الأخرى لتشكل سلسلة مكررة، وتحتوي سلسلتها الفقرية على ذرات كربون فقط. تستخدم الكوثرة بالنمو السلسلي في تصنيع المكثورات مثل متعدد الإيثيلين، ومتعدد البروبيلين، وكلوريد متعدد الفاينيل (PVC). وحالة خاصة من الكوثرة بالنمو السلسلي تؤدي إلى الكوثرة الحية. في كوثرة الجذور الحرة للإيثيلين، تتحطم رابطة باي، ويتوضع الإلكترونان ليشكلا مركزًا تفاعليًا مثل المركز الذي يهاجمانه. يعتمد شكل المركز التفاعلي على نوع آلية الإضافة. ويوجد عدة آليات مختلفة لحدوث هذا. آلية الجذر الحر هي إحدى الطرق الأولى المستخدمة. الجذور الحرة هي ذرات أو جزيئات فعالة جدًا لديها إلكترونات فردية. ولنأخذ كوثرة الإيثيلين مثالًا، يمكن لآلية الجذر الحر أن تقسم إلى ثلاث مراحل: ابتداء السلسلة، وانتشار السلسلة، وإنهاء السلسلة. يجب أن تجرى الكوثرة بإضافة الجذور الحرة للإيثيلين عند درجات حرارة عالية وضغط، 300°م و2000 ضغط جوي. ومع أن عمليات الكوثرة للجذور الحرة لا تتطلب مثل هذه الشروط الشديدة من درجة حرارة وضغط، إلا أنها تفقد السيطرة. إحدى الآثار لفقد السيطرة هو درجة التشعب العالية. ولأن إنهاء السلسلة يحدث عشوائيًا، عند اتصال سلسلتين، فإنه من المستحيل ضبط طول السلاسل المفردة.

أشكال أخرى من الكوثرة بالنمو السلسلي تتضمن الكوثرة بالإضافة الكاتيونية والكوثرة بالإضافة الأنيونية. وفي الوقت الذي لم تستخدم فيه إلى حد كبير في الصناعة بسبب ظروف التفاعل الصارمة، مثل عدم وجود الماء والأكسجين، فإن هذه الأساليب توفر أفضل السبل لكوثرة بعض المواحيد التي لا يمكن كوثرتها بطرق الجذور الحرة مثل متعدد البروبيلين. وآليات الكوثرة الأنيونية والكاتيونية تناسب أكبر الكوثرة الحية، مع أن الكوثرة الحية للجذور الحرة قد طورت أيضًا.

تحتوي إسترات حمض الأكريليك على روابط مزدوجة كربون-كربون يمكن أن تترافق إلى مجموعة إستر. ويمكن لإستر الأكريليك أن يخضع لكوثرة بالنمو السلسلي لتشكل مكثور متجانس بسلسلة فقرية كربون-كربون، مثل متعدد (ميثيل ميثاأكريلات ).

اقرأ أيضًا

المراجع

  1. البعلبكي, منير (1991). "التَّبَلمُر". موسوعة المورد. موسوعة شبكة المعرفة الريفية. مؤرشف من الأصل في 13 أبريل 202012 كانون الأول 2012.
  2. حول توحيد المصطلحات العلمية
  3. موسوعة الشباب، الطبعة الثالثة 1985،الصفحة 313: ميدليفانت - سويسرة
  4. Introduction to Polymers 1987 R.J. Young Chapman & Hall
  5. International Union of Pure and Applied Chemistry, et al. (2000) "IUPAC Gold Book" Retrieved on 11 مايو 2007 from "IUPAC Gold Book" on http://goldbook.iupac.org/ - تصفح: نسخة محفوظة 04 مارس 2018 على موقع واي باك مشين.
  6. Clayden, J., Greeves, N. et al. (2000). "Organic chemistry" Oxford
  7. Clayden, J., Greeves, N. et al. (2000), p1450-1466
  8. Cowie, J.M.G. (1991) Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, Chapman and Hall, p. 4

موسوعات ذات صلة :