البوليمرات

البوليمرات العضوية:

البوليمرات العضوية هي مكونات أساسية للكائنات الحية، حيث توفر مكونات هيكلية أساسية وتشارك في العمليات الحيوية الهامة. على سبيل المثال، تكون البوليمرات مكونًا لجميع المكونات الصلبة في النباتات. وتشمل هذه السيلولوز، اللجنين، والعديد من الراتنجات. السيلولوز هو بوليساكاريد، وهو بوليمر مكون من جزيئات سكر. اللجنين يتكون من شبكة ثلاثية الأبعاد معقدة من البوليمرات. راتنجات الخشب هي بوليمرات مصنوعة من الإيزوبرين، وهو هيدروكربون بسيط. المطاط هو مثال معروف آخر لبوليمر الإيزوبرين. من البوليمرات الطبيعية الأخرى البروتينات، وهي بوليمرات من الأحماض الأمينية، والأحماض النووية، وهي بوليمرات نيوكليوتيدية — هياكل معقدة تتكون من قواعد نيتروجينية وسكريات وحمض الفوسفوريك. تنقل الأحماض النووية المعلومات الوراثية داخل الخلية. النشويات، التي تحصل على طاقتها من النباتات، هي بوليمرات طبيعية مكونة من الجلوكوز.

البوليمرات غير العضوية:

العديد من البوليمرات غير العضوية، مثل الماس والجرافيت، يمكن اكتشافها في الطبيعة كلاهما مكون من الكربون. صلابة الماس تعود إلى الشبكة ثلاثية الأبعاد من ذرات الكربون. ذرات الكربون في الجرافيت، المستخدمة كمواد تشحيم وفي "قوادين" الأقلام، تشكل مستويات قد تنزلق فوق بعضها البعض.

البوليمرات الاصطناعية:

البوليمرات الاصطناعية يتم إنشاؤها من خلال عمليات متنوعة. العديد من الهيدروكربونات البسيطة

مثل الإيثيلين والبروبلين، يمكن تحويلها إلى بوليمرات عن طريق إضافة مونومر بعد آخر إلى السلسلة النامية. البولي إيثيلين، المكون من مونومرات الإيثيلين المتكررة، هو بوليمر إضافي. قد يحتوي على ما يصل إلى 10,000 مونومر مرتبة في خيوط طويلة ملتفة. البولي إيثيلين بلوري وشفاف وحراري بلاستيكي — مما يعني أنه يلين عند تسخينه. يستخدم في الطلاءات، والتعبئة، والمكونات المشكَّلة، وإنتاج الزجاجات والحاويات. البولي بروبلين هو أيضًا بلوري وحراري بلاستيكي، ولكنه أكثر صلابة من البولي إيثيلين. قد تحتوي جزيئاته على 50,000 إلى 200,000 مونومر. يستخدم هذا المركب في صناعة النسيج لإنتاج المنتجات المشكَّلة. تشمل البوليمرات الإضافية الأخرى البولي بيوتادين، والبولي إيزوبرين، والبولي كلوروبرين، وكلها تلعب أدوارًا أساسية في إنتاج المطاط الاصطناعي. في درجة حرارة الغرفة، بعض البوليمرات، مثل البولي ستايرين، تكون زجاجية وشفافة.

البولياميدات تشمل البروتينات الطبيعية مثل الكازين في الحليب والزئين في الذرة، التي تُستخدم لصنع البوليمرات والمنسوجات واللاصقات والطلاءات. راتنجات اليوريا فورمالدهيد هي نوع من البوليميدات الاصطناعية التي تتصلب بالحرارة. تُستخدم لصنع المنتجات المشكَّلة، بالإضافة إلى اللاصقات والطلاءات للنسيج والورق. راتنجات البولياميد، أو النايلون، هي أيضًا أساسية. إنها متينة، مقاومة للحرارة والتآكل، غير قابلة للاشتعال، وغير سامة، ويمكن تلوينها. تطبيقها الأكثر شهرة هو الألياف النسيجية، ولكن لها أيضًا العديد من الاستخدامات الأخرى. الجزيئات المختلطة العضوية-غير العضوية هي نوع مميز من البوليمرات. السيليكونات هي الأعضاء الأكثر شهرة في هذه الفئة من البوليمرات. يتكون هيكلها العظمي من ذرات السيليكون والأوكسجين بالتناوب، مع مجموعات عضوية مرتبطة بكل ذرة سيليكون. يتم صنع الزيوت والشحوم من السيليكونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض. الأنواع ذات الوزن الجزيئي الأعلى هي مواد مرنة مرنة تبقى ناعمة ومطاطية في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. إنها مستقرة نسبيًا في درجات الحرارة العالية.

كيمياء البوليمرات

كيمياء البوليمرات هي مجال البحث الذي يتعامل مع مثل هذه المواد. دراسة البوليمرات الطبيعية تتداخل بشكل كبير مع الكيمياء الحيوية، ولكن تخليق البوليمرات الجديدة، وتحليل عمليات البوليمرة، وتوصيف هيكل وخصائص المواد البوليمرية تقدم تحديات مميزة لعلماء البوليمرات.  طور العلماء البوليمرات واصطناعتها مع صلابة ومرونة ودرجة حرارة تليين، وذوبان في الماء، وقابلية تحلل بيولوجي متنوع. أنشأوا مواد بوليمرية قوية مثل الفولاذ ولكن أخف وزناً وأكثر مقاومة للتآكل. يُستخدم أنبوب البلاستيك بشكل موسع في بناء خطوط أنابيب النفط والغاز الطبيعي والمياه. في السنوات الأخيرة، زاد المصنعون من استخدام المكونات البلاستيكية لإنتاج سيارات أخف وزنًا وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود. تُستخدم كيمياء البوليمرات في العديد من القطاعات، بما في ذلك صناعة النسيج، والمطاط، والورق، ومواد التعبئة والتغليف.