ما الرابط المشترك بين الحرير
والحمض النووي
والخشب
والبالونات
ولعبة الـ "سيلي بوتي"؟
جميعهم بوليمرات.
البوليمرات تشغل حيزاً كبيراً من حياتنا
لدرجة أنه من المستحيل افتراضياً
أن نتخيل العالم بدونهم،
ولكن ما هي البوليمرات؟
البوليمرات هي جزيئات كبيرة
مصنوعة من وحدات صغيرة تدعى بالـ"مونوميرات"
متصلةً ببعضها البعض كعربات السكك الحديدية في القطار.
"بولي" تعني العديد،
و "مونو" تعني واحد،
و "ميرز" أو "ميرو" تعني الأجزاء.
العديد من البوليمرات مكونة من تكرار
نفس الـ"مونوميرات" مراراً
بينما غيرها مكونة من اثنين من المونوميرات
متصلين بنمط معين.
كل الأحياء مكونة من البوليمرات.
بعض الجزيئات العضوية في الكائنات الحية
صغيرة وبسيطة،
متضمنة واحدة من المجموعات الوظيفية القليلة.
والبقية، خصوصاً تلك التي تلعب دوراً هيكلياً
أو تخزن معلومات وراثية،
هي جزيئات ضخمة.
في العديد من الحالات، هذه الجزيئات الضخمة هي بوليمرات.
على سبيل المثال، الكربدوهيدرات المعقدة
هي بوليمرات من السكر البسيط،
والبروتينات هي بوليمرات من الأحماض الأمينية،
والأحماض النووية الـ"DNA" و الـ"RNA"،
والتي تحتوي على معلوماتنا الوراثية،
هي بوليمرات من النيوكليوتيدات.
الأشجار والنباتات مكونة
من بوليمر السلولوز.
تلك المادة القاسية التي تجدها في لحاء الشجر وساق النبات.
الريش،
الفراء،
الشعر،
والأظافر
مكونة من بروتين الكيراتين،
وهو أيضاً بوليمر.
ولا يتوقف الأمر عند هذا الحد.
هل تعلم أن الهياكل الخارجية
لأكبر شعبة في المملكة الحيوانية
الفقاريات
مكونة من بوليمر الكيتين ؟
البوليمرات تكوِّن أيضاً أساس
الألياف الاصطناعية والمطاط والبلاستيك.
كل البوليمرات الصناعية مشتقة من الزيوت البترولية
وتصنع من خلال تفاعلات كيميائية.
النوعين الأكثر استخداماً من التفاعلات
التي تستخدم لصناعة البوليمرات
هما تفاعلات الإضافة
وتفاعلات التكاثف.
في تفاعلات الإضافة
تضاف المونوميرات فوق بعضها لتكون بوليمر.
تبدأ العملية مع الجذور الحرة،
وهي من الأنواع التي تحتوي على إلكترون غير مقترن.
يهاجم الجذر الحر
ويفصم الروابط ليشكل روابط جديدة.
تتكرر هذه العملية مراراً
لتشكيل بوليمر ذو سلسلة طويلة.
في تفاعلات التكاثف
جزيء صغير مثل الماء
يُنتج من كل تفاعل تمدد للسلسلة.
أولى البولميرات الاصطناعية
صُنعت بالخطأ
كناتج ثانوي لعدة تفاعلات كيميائية.
نتيجة لاعتقادهم بأنه لا فائدة منها
كان الكيميائيون يتخلصون منها معظم الأوقات.
في نهاية الأمر ، قرر أحدهم المسمى ليو بايكلاند
أنه من الممكن أن لا يكون هذا الناتج الثانوي العديم الفائدة
عديم الفائدة كثيراً .
نتج عن عمله البلاستيك
والذي من الممكن أن يشكل بالضغط بشكل دائم
باستعمال الضغط والحرارة المرتفعة.
وبما أن اسم هذا البلاستيك
بوليوكسيبينزيلميثيمينجليكولانهايدرايد
لم يكن جذاباً جداً
فأطلق المعلنين عليه اسم البيكلايت.
تم استعمال البيكلايت في الهواتف
وألعاب الأطفال
والعوازل في الأجهزة الكهربائية.
ومع تطوره في عام 1907
توسعت صناعة البلاستيك.
من البوليمرات المعروفة أيضاً ، لعبة الـ "سيلي بوتي"
اخترعت أيضاً بطريق الصدفة.
أثناء الحرب العالمية الثانية
كانت الولايات المتحدة في حاجة ماسة إلى
المطاط الاصطناعي لدعم جيشها.
حاول فريق من الكيميائيين في "جينرال إليكتريك"
أن يصنعوا واحداً
ولكن انتهى بهم الأمر بمعجون لزج ولين.
لم يكن بديلاً مناسباً للمطاط
ولكن كان فيه صفة غريبة:
تبين أنه نطاط للغاية.
ومن هنا نشأ الـ"سيلي بوتي".
غير البوليمر الاصطناعي العالم.
فلتفكر بالأمر.
هل يمكنك أن تتخيل قضاء يومٍ واحد
بدون استخدام البلاستيك ؟
ولكن ليست كل البوليمرات جيدة.
الـ"ستايروفوم" على سبيل المثال ، مكون بشكل أساسي من الـ"ستايرين"
والذي تم تشخيصه كمادة محتمل أنها مسرطنة
من قبل وكالة حماية البيئة .
وبينما تصنع منتجات الـ"ستايروفوم"
أو تتلف في المكبات أو المحيطات
فهي تطلق الـ"ستايرين" السام
في البيئة.
بالإضافة إلى ذلك ، فالبلاستيك الذي يصنع
بتفاعلات الإضافة
كالـ"ستايروفوم"
والأكياس البلاستيكية
وأنابيب الـ"PVC"
مصنوعة لتكون متينة وآمنة لحفظ الطعام
لكن هذا يعني أنها لا تتحلل
في البيئة.
ملايين الأطنان من البلاستيك
ترمى في المكبات سنوياً.
هذا البلاستيك لا يتحلل
لكنه فقط ينقسم
إلى أجزاء صغيرة
مؤثراً على الحياة البحرية
وفي نهاية الأمر يعود مجدداً إلى الإنسان.
يمكن أن تكون البوليمرات قاسية أو ناعمة
إسفنجية أو صلبة
ضعيفة أو قوية.
التنوع الكبير في
الوسائل التي يمكنها أن تكون
مجموعة متنوعة جداً من المكونات
بدءً بالأحماض النووية
وانتهاءً بجوارب النايلون.
البوليمرات مفيدة جداً
لدرجة أننا نعتمد عليها يومياً.
ولكن البعض منها يملأ
محيطاتنا ومدننا وطرقنا المائية
بتأثيرات على صحتنا
لا نعرف عنها إلا البدايات.