المواد الجزيئية في حياتنا اليومية ...

نستعمل كل يوم موادا جزيئية مختلفة كألياف النسيج (ملابس) ومواد الغسيل وبلورات سائلة (عرض الإعلانات المختلفة)

بولياميدات ومتعددات الإستر

  Polyamides polysters

التفاعلات بين السلاسل في الكيفلار

 تعد ألياف النسيج الصناعية جزئيات (صغيرة: macro)، تتكون عن طريق التكثيف المتعدد لجزئيات صغيرة معينة: وتتكون من سلاسل طويلة، وتعمل خصائص المادة على بنية جزئيات البداية، وعلى التفاعلات بين السلاسل، ثم تتكون وتتشكل. ومن تم فـ البولياميدات ما هي إلا بوليمرات تم الحصول عليها عن طريق تخليق تجميعات أميد أو هضميد peptidique، ـ R-CO - NH - R' بينما متعددات الإستر تحتوي على تجميعات إستر، R-CO - O - R'. والرابطة الهيدروجينية في البولياميدات تقوى التفاعلات بين السلاسل، ومن ثم الخصائص الميكانيكية للبوليمرات، التي تعتبر ممتازة. وفي مقابل ذلك، تتيح تفاعلا مع جزئيات الماء: النيلون، الذي يتعبر بولياميد، يحتفظ بالماء أكثر من متعددات الإستر (البوليسترات) (التي يمكن استخدامها من ثم كطلاءات عند التماس مع الماء). والتفاعلات الأخرى بين السلاسل، مثلا تفاعلات فان دير فالسبين بين النوى العطرية في كيفلار Kevlar، فتحسن الخصائص الميكانيكة: ويستخدم الكيفلار في النسيج الحامي من الرصاص.

كما أن الحاجة إلى المواد المركبة يستلزم تجهيز المركبات composites. وهكذا فإن غطاء من الثوب الذي نستعمله في إحدى النزهات يتضمن عدة مواد جزيئية: ألياف Cellulose الطبيعية مترابطة مع مستحلب مائي للأثلين acetate - ethylene الفينيل vinyle، والـ Polyethylene لدعامة السطح الخلفي غير منفذ للماء، والإسترين بيوتادين Styrene - Butadiene في مستحلب مائي لربط كل شيء. والطباعة على الحرير بأحبار تكون الرابطة فيها بقاعدة بلمرة copolymere بيوتادين. ومادة تكثيف القوام هي الراتنج الإكليري acrylique. وتحتوي الأحبار على راتنجات أكليرية وصبغات معدنية وعضوية مستثناة من المعادة الثقيلة. 

الصابون في مواد الغسيل

 ـ (أ) أجسام ذهنية وصابون. (ب) تنظيف بقعة دهن، (ج) مواد ذات سطح حيوي أيونية وغير أيونية

نحصل على مواد الصابون من خلال عنصر دهني، حيث يتشكل من جليسرين glycerol وأحماض فحمائية carboxyliques ذات سلاسل دهنية طويلة (CH2)n-CH3-. والإستيرين stearine معالج ساخنا بقاعدة تعطى صابون، ودهنات sterate الأنيون anion. والحد الأقصى للفحمائي carboxylate يكون مشحونا وراهبا للماء، والحد الأقصى الدهني aliphatique يكون إلف ماء.

ويتعلق الأمر بجزء إلف للجانبين amphiphile أو مادة ذات سطح حيوي surfactant.

والدهن غير قابل للذوبان في الماء: وبقعة دهن على نسيج لا تذوب في الماء النقي. حينئذ نضع صابون في الماء يتفاعل الحد الأقصى راهب الماء مع الدهن راهب الماء، والحد الأقصى من إلف الماء تذوب بالماء. وعندما يصبح عدد التفاعلات كافيا، يسحب الدهن كليا أو جزئيا. ويفضل التنظيف بالطبع عند درجة حارة واستشارة مناسبين. وتعطى المواد ذات السطح الحيوي تصورا جديدا لاستبدال المنتجات الطبيعية (مواد الصابون الناتجة عن الدهون الحيوانية أو النباتية) بمشتقات التخليق الصناعي: الفحائميات carboxylayes ليست قابلة للذوبان جيدا في وجود أيونات الصوديوم أو البوتاسيوم في ماء الغسيل العسيرة، ويتم استبدالها بمركبات أكثر قابلية للذوبان مثل البنزين الكبريتي benzenesulfonate ذي السلسلة المتفرعة، الذي يتم الحصول عليه انطلاقا من فضالة الصناعة النفطية لميثيل البروبان methylpropene من البنزين ومن حامض كبريتي. وهذا أحد المنظفات الأنيونية anionique لمواد الغسول. والصابون يصور أيضا الاهتمام بالبيئة: ليست السلاسل ذات التفريعات قابلة للتحلل الحيوي وتعرقل المياه، من هنا ظهرت منظفات أخرى في السوق "غير أيونية" وغير متفرعة، وكلها قابلة للذوبان أيضا بفضل مجموعتين خصائصيتين fonctionneills هما الكحول والأثير ether.

بلورات سائلة

البلورات السائلة مواد جزيئية تمثل حالة جديدة للمادة، حالة بين السائل والبلورة mesomorphe، يكون تنظيمها متوسطا بين النظام ثلاثي الأبعاد للبلورة والفوضى النسبية للسائل. 

 

(أ) طور بين السائل والبلورة، حالة جديدة للمادة.(ب)أنواع مهمة من البلورات السائلة.(ج)مبدأ إظهار الإعلان.

ولا تمثل درجة حرارة تغير حالة السائل - الصلب لكنها تمثل درجات حرارة مناظرة لتنظيمات متنوعة ما بين الجزئيات: بلورات سائلة nematiques وخزف smetiques ...الخ. وتقوم تلك الخصائص الاستثنائية على تنظيم ذاتي تجميعي للجزيئات متباينة الخواص anisotropes أي: التي ليس لها نفس الخواص في الأبعاد الثلاثة للمكان (جزئيات ممدة) ويطلق على الاتجاه الذي تتوجه فيه الجزيئات في المتوسط الخط الدليلي directrice والتفاعلات بين الجزيئات التي تقودها إلى الحالة بين السائل والبلورة تكون ضعيفة ومن نوع فان دير فال. وعند تحميل مجال كهربائي تتجه المادة جزئيا إلى الإقلال من طاقة المنظومة. وإذا وضعنا بلورة سائلة بين صفيحتين، إحداهما تستقطب الضوء، والأخرى تحلله، يمكن تنظيم الاستقطاب بطريقة تمنع مرور أي ضوء. وتحميل مجال كهربائي يوجه الجزيئات في اتجاهات مختلفة ويتيح مرور الضوء: ويتنقل الجهاز من الأسود إلى عديم اللون (أو العكس)، ذلك هو مبدأ إظهار الإعلانات affichage على الشاشة. والأجهزة الإلكترونية الأكثر فأكثر تجهيزا (بلورات سائلة nematiques "فائقة الالتواء" والشاشات "ذات القوالب النشطة" حيث يرتبط ترانزستور مع كل نطاق للبلورة السائلة) مهيئة لتسريع سرعة إظهار الإعلانات. وبعض البلورات السائلة الأخرى (خيطية يدوية cholesteriques chiraux) منتظمة بطريقة تجعل الخط الدليلي يدور بانتظام حول محور عمودي على هذا الخط. ويستعيد الخط الدليلي نفس التوجه بخطوة p، التي تعتمد على انعكاس الضوء بواسطة مركب. وعندما تتغير درجة الحرارة تتغير p (بالتقلص أو التمدد الحراري) وتغير البلورة السائلة من لونها: وأجهزة قياس درجة الحرارة (ترمومترات) التي تعتمد على هذا المبدأ منتشرة جدا.

إعداد مواد خصائصية جديدة

إحدى المسائل التي تواجه المختبرات الجامعية والصناعية هو إعداد مواد خصائصية جديدة fonctionnels. ويستخدم مفهوم الوظيفة هنا خلافا للبنية structure: يدعم الإسمنت الخصائص البنيوية. ويدعم بوليمر العدسات القابلة لطرحها جانبا عدة وظائف (تصحيح النظر، الشفافية، نفوذية الديو dioxygene، والتآلف مع الماء hydrophilie) وتوضح الأمثلة التالية أن البنية الجزيئية تتحكم في الخصائص.

الخصائص البصرية

يتم تعيين لون المركبات الجزيئية بطريقة تجعلها تتفاعل مع الضوء: يمكنها نقل الضوء، وجعله ينتشر وينعكس بطريقة أكثر أو أقل تعقيدا تبعا للبنية الجزيئية وللبنية المجهرية للمادة. ويتكون أحادي الطول الموجي monochromatique ذو الطول الموجي λ من فوتونات طاقتها hv (حيث h هو ثابت بلانك Planck وv تردد الضوء) والضوء المرئي المناظر لأطوال موجات تتراوح بين 400 و800 نانومتر. ويناظر امتصاص الضوء تحريك إلكترون مداري جيئي مشغول نحو مداري شاغر. وما يتم امتصاصه هو فقط الفوتونات التي تناظر طاقتها بالضبط الفرق في الطاقة بين المستويات المشغولة والشاغرة.

وبالانتقال ترى العين أطوال الموجات التي لم يتم امتصاصها: إذا كانت مادة تمتص في الأحمر (600 - 800 نانومتر)، فإنها تظهر زرقاء بالنقل. ويمكن تغيير بنية الجزيئات لتعديل الطاقات المدارية ومن ثم اللون. وتحتوي القوة المستخرجة من جذر Rubia Tinetorum، على إليزارين الذي يمكن إنتاجه صناعيا. 

 

إعداد بنية جزيئية للأليزالين

ومعرفة البنية الجزيئية للصبغات (أليزارين والنيلة indigo) هي التي أتاحت للصناعة الكيميائية الألمانية في نهاية القرن التاسع عشر ترسيخ تفوقها في هذا المجال، مع تقويض صناعة استخراج الصبغات الطبيعية.

وبعيدا عن اللون، فإن تفاعل الضوء مع المواد له تطبيقات متعددة: ينتج غياب الامتصاص موادا شفافة (بوليمرات العدسات العينية) وكريمات الحماية من الشمس أو النظارات الشمسية (زجاج فوتو photochromes) يحمى من الأشعة فوق البنفسجية بجزيئات عضوية معروف عنها توقف كل أو جزء من الأشعة (شاشة A وB)، مثلما يعمل الأوزون في الطبقة العليا من الغلاف الجوي.

والمواد الأخرى المشابهة التي يعبرها الضوء بتردد معروف، توجد ضوءا بتردد مضاعف أو ثلاثة أضعاف (مواد بصرية غير خطية). وتبث منظومات أخرى الضوء بإلغاء تمايز desexitation جزيئي مستشار: زجاج مضيء، ديود (صمام ثنائي) منير بدون حرارة، قضيب مضيء بإنارة كيميائية بدون حرارة chimiluminescent على أساس ليمينول luminol. ويبقى الخط "الأكر بياضا من الأبيض" جميلا وجيدا: لا يمتص الضوء، ولا يشتته ويبثه بفضل إضافات مضيئة بدون حرارة luminescentes بروكس peroxygenes موضوعة في الأنسجة بواسطة غسول.

-------------------------------

المصادر: 

 -Jean Bost, Matieres plastiques (Tomes I et II) Technique et Documentation, Paris 1985. Groupement Français des Polymeres

- Encyclopadia Uneversalis, Paris, 1990, articles Macromolecules, Polymeres et Textiles (Fibres)