Από το DNA ως τη Χλαπάτσα, στον ποικίλο κόσμο των πολυμερών - Τζαν Μάττινγκλι

Δείτε ολόκληρο το μάθημα εδώ: http://ed.ted.com/lessons/from-dna-to-silly-putty-the-diverse-world-of-polymers-jan-mattingly

Είμαστε φτιαγμένοι από πολυμερή, όπως και τα δέντρα, τα τηλέφωνα και τα παιχνίδια. Ένα πολυμερές είναι μία μακρά αλυσίδα από πανομοιότυπα μόρια (ή μονομερή) με μία γκάμα από χρήσιμες ιδιότητες, όπως η σκληρότητα ή ελαστικότητα -- και αποδεικνύεται ότι δεν μπορούμε να ζήσουμε χωρίς αυτά. Τα πολυμερή διακρίνονται σε φυσικά -- το DNA μας είναι ένα πολυμερές -- και συνθετικά, όπως το πλαστικό, η Χλαπάτσα και το φελιζόλ. H Τζαν Μάττινγκλι εξηγεί πως τα πολυμερή έχουν αλλάξει τον κόσμο μας.

Μάθημα από την Τζαν Μάττινγλι, απεικόνιση από το TED-Ed.

Τι κοινό έχουν το μετάξι,

το DNA,

το ξύλο,

τα μπαλόνια

και η Χλαπάτσα;

Είναι πολυμερή.

Τα πολυμερή αποτελούν
τόσο μεγάλο μέρος της ζωής μας

που είναι σχεδόν αδύνατο

να φανταστούμε ένα κόσμο χωρίς αυτά,

αλλά τι στο καλό είναι;

Τα πολυμερή είναι μεγάλα μόρια

που σχηματίζονται από μικρές ενώσεις
που ονομάζονται «μονομερή»,

συνδεδεμένες μεταξύ τους,
όπως τα βαγόνια μιας αμαξοστοιχίας.

«Πόλυ» σημαίνει πολλά,

και «μόνο» σημαίνει ένα

και «μερή» σημαίνει κομμάτια.

Πολλά πολυμερή
σχηματίζονται επαναλαμβάνοντας

το ίδιο μικρό μονομερές, ξανά και ξανά,

ενώ άλλα σχηματίζονται από δύο μονομερή

συνδεόμενα σε ένα μοτίβο.

Όλα τα ζωντανά όντα
αποτελούνται από πολυμερή.

Κάποια από τα οργανικά μόρια
στους οργανισμούς

είναι μικρά κι απλά,

έχοντας μόνο μία
από μερικές λειτουργικές ομάδες.

Άλλα, ειδικά εκείνα που αναλαμβάνουν
διαρθρωτικούς ρόλους

ή αποθηκεύουν γενετικές πληροφορίες

είναι μακρομόρια.

Σε πολλές περιπτώσεις,
αυτά τα μακρομόρια είναι πολυμερή.

Για παράδειγμα, ο σύνθετοι υδατάνθρακες

είναι πολυμερή των απλών σακχάρων,

οι πρωτεΐνες είναι πολυμερή των αμινοξέων

και τα νουκλεϊκά οξέα, DNA και RNA,

που περιέχουν τις γενετικές μας πληροφορίες,

είναι πολυμερή των νουκλεοτιδίων.

Τα δέντρα και τα φυτά αποτελούνται

από το πολυμερές κυτταρίνη.

Είναι το σκληρό πράγμα που θα βρείτε
στο φλοιό και στους μίσχους.

Τα φτερά,

το τρίχωμα,

τα μαλλιά

και τα νύχια

αποτελούνται από την πρωτεΐνη κερατίνη,

επίσης ένα πολυμερές.

Δεν σταματά εκεί.

Γνωρίζατε ότι οι εξωσκελετοί

της μεγαλύτερης συνομοταξίας στο ζωικό βασίλειο,

των αρθρόποδων,

αποτελούνται από το πολυμερές χιτίνη;

Τα πολυμερή αποτελούν επίσης την βάση

για τις συνθετικές ίνες,
το καουτσούκ και τα πλαστικά.

Όλα τα συνθετικά πολυμερή
προέρχονται από το πετρέλαιο

και κατασκευάζονται
μέσω χημικών αντιδράσεων.

Οι δύο πιο κοινοί τύποι αντιδράσεων

που χρησιμοποιούνται
για να σχηματίσουν πολυμερή

είναι οι αντιδράσεις πολυπροσθήκης

και πολυσυμπύκνωσης.

Στην αντίδραση πολυπροσθήκης

τα μονομερή απλώς ενώνονται
για να σχηματίσουν το πολυμερές.

Οι διαδικασία ξεκινά με μία ελεύθερη ρίζα,

ένα χημικό είδος με ένα
ασύζευκτο ηλεκτρόνιο.

Η ελεύθερη ρίζα επιτίθεται

και διασπά τους δεσμούς
για να σχηματισθούν νέοι.

Η διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά

μέχρι το σχηματισμό μίας
μακράς αλυσίδας πολυμερούς.

Στις αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης

ένα μικρό μόριο, όπως το νερό,

παράγεται με κάθε αντίδραση
επέκτασης της αλυσίδας.

Τα πρώτα συνθετικά πολυμερή

δημιουργήθηκαν κατά λάθος

ως υποπροϊόντα διαφόρων
χημικών αντιδράσεων.

Νομίζοντας ότι είναι άχρηστα

οι χημικοί, κατά κανόνα, τα απέρριπταν.

Τελικά, κάποιος με το όνομα Λέο Μπέκλαντ

αποφάσισε πως ίσως το
άχρηστο υποπροϊόν του,

δεν ήταν τόσο άχρηστο, σε τελική ανάλυση.

Το έργο του οδήγησε σε ένα πλαστικό

το οποίο μπορούσε μόνιμα
να διαμορφωθεί σε ένα σχήμα

χρησιμοποιώντας πίεση
και υψηλές θερμοκρασίες.

Από τότε η ονομασία αυτού του πλαστικού,

πολυ-βενζυλ-μεθυλεν-γλυκολικός ανυδρίτης.

δεν ήταν πολύ ελκυστική

και οι διαφημιστές την ονόμασαν «Βακελίτη».

Με το βακελίτη κατασκευάζονται τηλέφωνα,

παιδικά παιχνίδια

και μονωτές για ηλεκτρικές συσκευές.

Με την ανάπτυξή του το 1907,

η βιομηχανία των πλαστικών εκτοξεύτηκε.

Ένα άλλο γνωστό πολυμερές, η Χλαπάτσα

εφευρέθηκε επίσης κατά λάθος.

Κατά τη διάρκεια
του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου

οι Ηνωμένες Πολιτείες
ήταν σε απελπιστική ανάγκη

συνθετικού καουτσούκ για
την υποστήριξη του στρατού.

Μία ομάδα χημικών της εταιρείας
Τζένεραλ Ηλέκτρικ

προσπάθησε να δημιουργήσει ένα

αλλά κατέληξε σε ένα κολλώδες,
μαλακό στόκο.

Δεν ήταν καλό υποκατάστατο καουτσούκ,

αλλά είχε ένα παράξενο χαρακτηριστικό:

Φαινόταν ν' αναπηδά εξαιρετικά.

Γεννήθηκε η Χλαπάτσα!

Το συνθετικό πολυμερές
είχε αλλάξει τον κόσμο.

Σκεφτείτε το.

Θα μπορούσατε να φανταστείτε
να περνάτε έστω και μία μέρα

χωρίς τη χρήση πλαστικού;

Αλλά δεν είναι όλα τα πολυμερή καλά.

Το φελιζόλ, για παράδειγμα,
παρασκευάζεται, κυρίως, από στυρένιο,

το οποίο έχει χαρακτηριστεί ως
πιθανή καρκινογόνος ουσία

από την Υπηρεσία
Περιβαλλοντικής Προστασίας.

Όταν κατασκευάζονται
τα προϊόντα από φελιζόλ

ή όταν αυτά αλλοιώνονται με αργό ρυθμό
στους χώρους υγειονομικής ταφής ή στον ωκεανό

μπορούν να απελευθερώσουν τοξικό στυρένιο

στο περιβάλλον.

Επιπρόσθετα, πλαστικά που δημιουργούνται

από αντιδράσεις πολυμερισμού προσθήκης,

όπως το Φελιζόλ,

οι πλαστικές τσάντες

και το PVC,

έχουν κατασκευαστεί για να είναι ανθεκτικά
και ασφαλή για τα τρόφιμα

αλλά αυτό δε σημαίνει ότι διασπώνται

στο περιβάλλον.

Εκατομμύρια τόνοι πλαστικού

απορρίπτονται σε χώρους
υγειονομικής ταφής κάθε χρόνο.

Αυτό το πλαστικό δεν είναι βιοδιασπώμενο,

απλά αποσυντίθεται

σε όλο και μικρότερα κομμάτια

επηρεάζοντας την θαλάσσια ζωή

και τελικά, επιστρέφει στους ανθρώπους.

Τα πολυμερή μπορεί να είναι μαλακά ή σκληρά

ρευστά ή στερεά

εύθραυστα ή ανθεκτικά.

Η τεράστια διακύμανση μεταξύ τους

σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργήσουν

μία απίστευτα μεγάλη ποικιλία ουσιών,

από το DNA

μέχρι τις νάιλον κάλτσες.

Τα πολυμερή είναι τόσο χρήσιμα

που έχουμε μεγαλώσει
εξαρτώμενοι από αυτά κάθε μέρα.

Αλλά κάποια ρυπαίνουν τους ωκεανούς,

τις πόλεις και τα κανάλια μας

με επιπτώσεις στην υγεία μας

που μόλις αρχίσαμε να καταλαβαίνουμε.