سه ویژگی که پلیمرها را متمایز می کند

چگونه و چرا این پلیمرها، این ماکرومولکول‌ها، عملکرد متفاوتی با کوچک مولکول‌‌ها دارند. به سه شکل پلیمرها متمایز از کوچک مولکول‌‌ها عمل می‌کنند. دلایل این رفتارها هم کمی پیچیده تر از این است که صرفاً بگوییم “چون بزرگ تر هستند”. این سه ویژگی از این قرارند:

گره‌خوردگی زنجیره ها
تجمع نیروهای بین مولکولی
مقیاس زمانی حرکت

گره‌خوردگی زنجیر ها

به باد دارید که بیشتر پلیمرها، پلیمرهای خطی هستند؛ به عبارت دیگر، مولکول‌هایی هستند که اتم‌هایشان در خطی طولانی به هم متصل شده اند تا زنجیر‌هایی عظیم بسازند. البته در بیشتر مواقع، و نه همیشه، این زنجیرها سخت و مستقیم نیستند، بلکه انعطاف‌پذیرند، به اطراف پیچ و خم می‌خورند و یک توده ی پیچیده را به وجود می آورند. معمولاً زنجیر ها به دور هم می‌پیچند، و بدین ترتیب مولکول های پلیمر در کنار یکدیگر، توده ی پیچیده ی بزرگی را ایجاد می کنند.

زمانی که یک پلیمر ذوب می‌شود، زنجیر ها شبیه به رشته های ماکارونی با گره‌های باز شده، در یک ظرف عمل خواهد کرد. اگر تلاش کنید که هر کدام از رشته‌های ماکارونی را بیرون بکشید، آن رشته با سُرخوردن به راحتی از میان رشته های دیگر بیرون کشیده می‌شود. اما زمانی که پلیمرها سرد و در حالت جامد هستند، بیشتر شبیه به یک کلاف نخ عمل می‌کنند. البته نه کلاف نخی که تازه و به طور منظم پیچیده شده، بلکه کلافی که خیلی وقت پیش پیچیده شده و حالا کاملاً گره خورده است. بیرون کشیدن یک رشته نخ، از این توده، سخت‌تر است، و به احتمال زیاد، در نهایت یک گره بسیار بزرگ نتیجه‌ی این کار خواهد بود.

پلیمرهای جامد این گونه رفتار می کنند. زنجیر ها همگی در هم گره خورده اند و به سختی می توان گره خوردگی را از بین برد، و همین امر سبب مقاوم شدن بسیاری از پلیمرها نظیر پلاستیک ها، رنگ ها، الاستومرها، و کامپوزیت ها شده است.

تجمع نیروهای بین مولکولی

همه‌ی مولکول‌ها، اعم از مولکول‌های کوچک یا پلیمرها، با یکدیگر برهم‌کنش دارند و همدیگر را با نیروهای الکترواستاتیکی جذب می‌کنند. برخی مولکول‌ها بیشتر از مولکول‌های دیگر به سمت هم جذب می‌شوند. مولکول‌های قطبی بهتر از مولکول های غیرقطبی به یکدیگر می چسبند. به عنوان مثال، آب و متان اوزان مولکولی نزدیک به همی دارند. وزن مولکولی متان شانزده و وزن مولکولی آب هجده است. متان در دمای اتاق، گاز است، و آب مایع است که دلیل آن به قطبیت آب مربوط می‌شود. آب بسیار قطبی است، آنقدر که مولکول هایش به صورت مایع در کنار هم قرار می‌گیرند، در حالی که متان بسیار غیرقطبی است بنابراین مولکول های آن اصلاً به هم نمی‌چسبند.

همانطور که گفته شد، نیروهای بین‌مولکولی در پلیمرها هم مثل کوچک‌مولکول‌ها اثر می‌گذارند. اما برای پلیمرها، این نیروها بسیار پیچیده هستند. هر چه مولکول بزرگ تر باشد، اتم‌های بیشتری برای اعمال نیروی بین‌مولکولی وجود دارند. حتی وجود نیروهای ضعیف وان‌دروالسی نیز می‌تواند در چسباندن زنجیر های پلیمری به یکدیگر، بسیار قوی عمل کند. این دلیل دیگری است که چرا پلیمرها می‌توانند به عنوان موادی بسیار مقاوم مطرح باشند. برای مثال پلی‌اتیلن بسیار غیرقطبی است و تنها نیروهای وان‌دروالس دارد ولی آنچنان مقاوم است که می‌توان از آن جلیقه‌های ضدگلوله ساخت.

مقیاس زمانی حرکت

هدف این عنوان، بیان این مطلب است که پلیمرها بسیار آرام‌تر از مولکول‌های کوچک حرکت می‌کنند. تصور کنید که یک معلم کلاس اول هستید، و زمان این است که برای گردش بچه‌ها را به بیرون ببرید. وظیفه‌ی شما این است که شاگردان را بدون این که هیچ یک گم شوند، از کلاس به پارک ببرید و در راه هم مراقب باشید که حادثه ای پیش نیاید. نگه داشتن آنها در یک صف، کار بسیار مشکلی است. بچه‌های کوچک عاشقِ دویدن، فریاد زدن، این طرف و آن طرف پریدن هستند. یک راه جلوگیری از این بی‌نظمی، این است که آنها را مجبور کنید در طول مسیر، دست‌های همدیگر را بگیرند. البته این کار همیشه مؤثر نیست، زیرا برخی بچه‌ها آنقدر بازیگوش هستند که دست هیچ‌کسی را نگه نمی‌دارند. اما وقتی آنها را وادار به این کار کردید، توانایی آنها برای حرکت به اطراف شدیداً محدود می‌شود. البته حرکت آنها هنوز بی‌نظم است و زنجیره ی بچه‌ها تا رسیدن به مقصد، پیچ و تاب می‌خورد. با این حال، حرکت بسیار آرام تر خواهد شد. در این حالت، اگر بچه ای بخواهد به سمت خاصی منحرف شود، قادر به انجام این کار نخواهد بود، زیرا از طریق وزن بقیه بچه‌هایی که به او وصل هستند، محدود و آرام می‌شود. مطمئناً این بچه می‌تواند از مسیر مستقیم خارج شود و بچه های دیگری را هم به این کار وادار کند، ولی انحراف آنها بسیار کمتر از زمانی است که تمام بچه‌ها به یکدیگر وصل نبودند.

برای مولکول‌ها هم به همین صورت است. مولکول های کوچک تا زمانی که به هم متصل نشده اند، می‌توانند بسیار سریع و بی نظم به اطراف حرکت کنند. اتصال مولکول‌ها به یکدیگر در یک زنجیر طولانی بزرگ و آرام شدن حرکت آنها دقیقاً مثل بچه‌هایی به شکل یک زنجیره به هم وصل می‌کنید.

حال، این موضوع چگونه می‌تواند یک ماده ی پلیمری را از ماده‌ای کوچک مولکول متمایز کند؟ این حرکت آرام، موجب بروز رفتارهایی غیرعادی در پلیمرها می‌شود. برای مثال اگر شما پلیمری را درون یک حلال حل کنید، محلول، نسبت حلال خالص، بسیار ویسکوزتر (غلیظ‌تر) خواهد شد. این تغییر ویسکوزیته جهت تخمین وزن مولکولی پلیمرها هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای دانستن چگونگی این کار، اینجا کلیک کنید.

 

 

2 دیدگاه

  1. علیرضا قنبرزاده

    باسلام مطالب سایت خیلی مفیدبود هم از نظر محتوای علمی وهم از نظر روان بودن.
    باتشکر از زحماتتان