بحث فى الكيمياء

الفصل الأول 1 – 1 مقدمة إن كلمة البوليمر لاتينية الأصل وهي مركبة من مقطعين هما (poly) وتعني متعدد ومير (mer ) وتعني الوحدة ، لذلك الـ polymer تعني متعدد الأجزاء ولغرض السهولة تستعمل كلمة بوليمر بدلا من متعدد الأجزاء. * إن علم البوليمرات يبحث عن المواد التي تكون جزيئاتها كبيرة وبوليمرية والتي تتكون عادة نتيجة لارتباط جزيئات صغيرة ببعضها كيميائيا وتسمي هذه الجزيئات الصغيرة بالمونومير (Monomer ) فالوحدة البنائية الصغيرة للبولمير والمسماه بالمونومير يمكن أن تمثل بحلقة واحدة في سلسلة معدنية طويلة فالجزيئة أو السلسلة البوليمريه polymerchain تنتج عن ارتباط كيميائي بين عدد كبير من الجزيئات الصغيرة والتي سميناها بالمونومرات مكونة للسلاسل البوليمرية الطويلة - ويجوز أن تكون الجزئية الناتجة متفرغة وتسمي عندئذ البوليمر بالبوليمر المتفرع polymer branched ويشار عادة الي عدد الوحدات المتكررة Repeating units أو عدد الوحدات البنائية structural units والتي هي في الواقع عدد المونومرات المتحدة في سلسلة واحدة ، يشار أليها بالمصطلح درجة البلمرة Degree of polymerization وبرمز لها Dp أو Xn واذا كانت جزيئات البوليمر الواحد غير متساوية جميعاً في درجة البلمرة ولذلك يعبر عن درجة البلمرة بمعدل درجة البلمرة ويرمز لها بـ Dp أو Xn وإذا كانت جزيئات البوليمر الواحد غير متساوية جميعا في درجة البلمرة ولذلك يعبر عن درجة البلمرة بمعدل درجة البلمرة ويرمز لها ب Dp-او Xn- منها البوليمر الخيطي و البوليمر المتفرع. 2-1 مصادر البوليمرات Polymer Sources يمكن الحصول علي البوليمرات من مصدرين أساسين هما: 1-2-1البوليمر الطبيعية Natural polymer وهي مركبات مصدرها أما نباتي او حيواني مثال لذلك الخشب والقطن والمطاط الطبيعي و الأصماغ النباتية والصوف والجلود والشعر والوبر والحرير الطبيعي وجميعها مركبات بوليمرية طبيعية ضرورية لحياتنا اليومية ويمكن الحصول عليها من مصادر ) نباتية أو حيوانية ( ومن المواد الغذائية التي تعد بوليمرات طبيعية وهي النشا والبروتين protein والسيليلوز cellulose 2-2-1 0البوليمرات المحضرة Synthetic polymers * وهي المواد البلاستيكية Plastic المطاط Rubber والجلود الصناعية synthetic leather وأقمشة النايلون nylon والبولي أستر polyester وبعض الأصباغ dyes والطلائات الواقية coatings وغيرها* ومن هذا يتضح مدي أهمية هذا الحقل من حقول الكيمياء في خطط التنمية وازدهار القطر صناعياً و اقتصادياً. - نجد أن الإحصائيات التي أجريت عام 1975م في الولايات المتحدة الأمريكية تدل أن 75 % من الكيميائيين يتعاملون مع البو ليمرات بصورة مباشرة أو غير مباشرة.1 3-1الـــبوليمرات Polymers عبارة عن مركبات كيميائية عملاقة مكونة من عدد كبير من المجاميع الذرية المرتبطة مع بعضها بواسطة أواصر كيميائية مكونة سلاسل طويلة وتدعي عناصر هذه السلاسل بالوحدات المتكررة repcating unit وهي تكافئ المونومر Monimer تقريبا الذي يمثل الوحدة الاساسية لبناء البوليمر مثـال لذلك : الوحدة المتكررة لبولي كلوريد الفاينيل هي CH2CHCL والمونمير هو كلوريد الفاينيل CH2=CHCL 4 -1تسمية البوليمرات POLYMER NOMEUCLATURE 1 – 4- 1 البوليمرات الخيطية البسيطة : تسمي بأسماء المونومرات المكونة لها ، و يهمل ذكر المجاميع الطرفيه في الجزئية البوليمرية أن هذا النوع من التسمية لا يشير الي طبيعة الجزئيات البولمرية من حيث مدي تشابكها cross linking او تفرعها bran ching وتتلخص طريقة التسمية هذه بكتابة كلمة بولي (poly ) قبل الاسم العلمي للمونومير مع ملاحظة وضع اسم المونومير بين قوسين إذا كان اسما مركباً أو معقداً الأمثلة الآتية :1) بولي ستايرين ( CH2- CH ) Polystyrene C6H52) بولي (الفاميثل ستايرين ( ( CH2- C 3) بولي ( كحول الفاينيل ( CH2- CH )poly (vinyl acohol) 2- 4 - 1 تسمية البوليمرات الناتجة عن التكثف أو الاضافة : تتكون بعض البوليمرات من بلمرة مونومير معين بطريقة التكثف أو أنها تتكون من بلمرة مونومير اخر بطريقة الاضافة اي يمكن تحضير البوليمر من مونوميرين مختلفين مثال ذلك البوليمر ادناه :(- O – CH2 – CH2-) ويسمي مثل هذا البوليمر نسبة الي المونومير H2C - CH2 الذي يحضر منه بتفاعلات الاضافة التي تتم بطريقة فتح الحلقات Ring opening فعلي هذا الاساس يسمي :بولي أوكسيران polyoxirane او لولي (اوكسيد الايثلين ) polyethykene oxide اما عند اعتبارة مشتقاً من جلايكول الايثلين Ethylene glycol تقاعل التكتف المبين ادناه : n H2C- C HO -(CH2- CH2 – O -) H +(n -1 )H2Oفعلي هذا الاساس يسمي البوليمر كمايلي : بولي (جلاكول الايثلين ) ( poly ethyleneglycol ) او يولي (2.1 – ايثلين داي اول ( poly 1.2 ethylenedol ) 3 – 4 – 1 تسمية البوليمر (التكثيفية Nomen clatuce of comdensation polymers أولا: يمكن تسمية البوليمر التكثيفية وكأنها تكونت من انفتاح بعض التراكيب الحلقية المتكونة من المونومير أو المونو ميرات المكونة للبوليمر ومن الامثلة علي ذلك البوليمر ذو التركيب التالي : ( NH – (CH2)5 – C -)poly – 3 – caprolactam بولي (3 – كابرو لاكتام فعند تسمية هذا البوليمر يفترض بانه ناتج من انفتاح الجزئية الحلقية ذو التركيب التالي : 3 – CAPROKACTAM 3 - كابرو لاكتام وكذلك بالنسبة لتسمية البوليمر ذد التركيب HO-( C - -C – O – CH2 – CH2 –O-) H Poly (ethykene tephthalate )بولي تيرفتالات الاثيلين حيث يفترض عند التسمية بأن البوليمر تكون من انفتاح الاستر الحلقي (اللاكتون ذو التركيب الاتي : -C - CEthylene terphtlal تيرفتالات الاثيلين ثانياً : تسمي بعض البوليمرات التكثفية الناتجة عن تكثف مونومرين أو اكثر بذكر اسم المونومرات بعد كلمة بولي ) وبينهما المقطع كو (co) كما في المثال الاتي :H- (N-CH2)6-NH-C – (CH2)4 - C - )n – OHبولي (هكسامثيبين ثنائي أمين ) مشترك - اديبيل كلورايد POLY (HEXAMETHYENEDIAMINE ) الفصل الثــاني تحضير البوليمرات1 - 2 البلمرة :إن البلمرة او البلمرة بالاضافة تتكون من ارتباط جزيئات المركب البسيط (احادي الجزيئات بعضها مع البعض لاعطاء مركب يوزن جزيئي مرتفع دون حذف تضاعف كامل للمركب الاحادي الجزيئات (المونومير عدد جزيئات المركب الاحادي الجزيئات التي ترتبط مع بعضها البعض يمكن ان يكون كبير جداً اي بحدود عشرات الالاف ويمكن أن يتجاوز الوزن الجزيئي للبوليمر المليون وبالحد الاقصي نعرف ونستعمل بوليمرات يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 25 الف تقريباً جدول بوليمرات الاضافة الرئيسية : الاستعمالات الانتاج الفرنسي م1976 الجزئية المتعددة الجزئية الاحادية افلام –اوراق ورق قماش الصر- زراعة لوازم منزلية كيبلات ادوات مقوليه زجاجيات لوازم مجوفة 914000 طن 688000 طن 226000 طن اثيلينات متعددة POLY ETHYLEUES الاثيلين ETHYLENCH2 = CH2 ادوات مقولية سيارة اثاث ادوات صحية كيبلات 75000 طن بروبينات متعددة POLY PROPY LENES بروبين PROPEME CH3 – CH = CH2 لوازم صلبة انابيب زجاجيات لوازم مجوفة الوازم اللينه المطاوعة افلام واوراق اغلفة ارضية كيبلات لعب احذية 616000 طن كلوريد الفنيل المتعدد POLY CHLORUREDE VINYLE ملوريد الفنيل CH2 = CHCL اسطل واحواض اثاث لعب احذية واقية عزل حراري وصوتي 239000 طن بوبي سنايرين POLY STYRENE سنايرين C6H5- CH= CH2الياف نسيجية 1 كريلية ادوات زجاجية عضوية ( زجاج الوقاية ) 37000 طن 1 كريلو نتربل متعدد Poly Acrylonitrileميثا ا كريلات المثيل المتعدد Poly acrylonitrile ميثا 1 كريلات المثيل المتعدد Poly tetra ac اكريلو نتريل Acrylonitrile CH2=CH-C=Nميثا كريل المثيل METHACRYLATEDE METHYLE CH2=C(CH3)-CO2 CH3تابع الجدول السابق اغلفة واقية حراريا معدات ميكانيكية مواد ذات مقاومة كيمائية عالية مطاط اصطناعي متنوع تكون غالبا بوليمرات مشتركة copbly meres بيوتادايين ستايرين butadime styrene رباعي فلورد اثيلين TETRAFLUORO ETHYLENE F2C=CF2 اطارات المطاط اطارات العجلات الداخلية انابيب استعمالات مختلفة للمطاط 438000 بيوتادايين Butadiene H2C=CH-CH=CH2 ايزوبرين isoprene CH2=C(CH3)-CH=CH2كلوروبرين Chloroprene H2C=C CL-CH=CH2 2 – 2 البلمرة التكثيفية أو بلمرات التكاثف :هي الخطية واللدنه حراريا تستخدم خاصية في انتاج خيوط المنسوجات الاصطناعية وذلك بغزلها في الحالة الذائبة وتكون مشتقات ذات الابعاد الثلاثية تنوعا كبيراً للاصماغ المتصلة حراريا ومنها : 2 – 2 - 1 الاسترات المتعددة (البولي استرات : تنتج البولي استرات من التفاعل ما بين حامض ثنائي وكحول ثنائي او ثلاثي بحيث ان وحدات الجزيئات البسيطة (المونومير ) تتصل بالمجاميع الوظيفية للاسترة أمثلة تفاعل كحول ثنائي مع حامض ثنائي خيوط المنسوجات الاصطناعية HOCH2 – CH2OH + HOOC COOH اصباغ كيسيروفتاليك تفاعل كحول ثلاثي وحامض ثنائي HOH2C – CHOH- CH2OH + اصباغ كيسروفثاليك2-2 -2 الاميدات المتعددة (بولي اميدات) يتم الحصول علي مجموعات وظيفية للأميد بالتفاعل ما بين المجموعات الوظيفية للحامض والمجموعات الوظيفية للاميد امثلة لتفاعل حامض ثنائي مع امين تنائي :خيوط المنسوجات الاصطناعية HOOC-(CH2)4-COOH +H2N-(C2H)6-NH2سداسي مثيلين ثنائي / حامض الاديبك تكاثف حامض أميني مع نفسه : نايلون بدبون Acide aminobcaproique H2N-(CH2)5 – COOH ديلسان acide amino – 11 undecanonizue H2N-(CH2)-COOH2 – 2 – 3 الفينويلاستات والامينويلاستات : هي منتجات بلاستيكية مشتقة من الفينول والامين تكوين هذه المنتجات المتصلبة حراريا يتم بالتفاعل ما بين الفورمالديميد H2C=O ومركب بهيدروجين حامضي يعبر عن التفاعل كالاتي : - H + O + H - 2-2-4 البولي يويثانات :ان تكاثف الديول مثال ( 2, 1) ايثاديول مع ( ،2 -4) ثنائي ايزوسيانات تولوين CH3 – C6H3(N=C=O)2 هو كقاعدة لانتاج البولي يوريثانات المقصود به بوليمر له خصوصية متميزة ويحصل عليه بشكل مادة خلوية اما صلبة وأما هشة او مطاطية وفي الحالة الاخيرة المقصود هو الرغوة البلاستيكية المستعملة الي حد كبير كمادة عازلة مثلما في القاعدة والمطارح وان تكون هذه الرغوة سبب لاينميات غاز ثاني اكسيد الكربون الذي يتكون اثناء تفاعل البلمرة التكثيفية 2 – 3 بلمرة الاضافة تنقسم بلمرة الاضافة الي انواع عديدة ومن هذه الانواع بلمرة الاضافة الايونية :وهذه نبذه مختصرة عن بلمرة الاضافة الايونية : يقصد ببلمرة الاضافة الايونية البلمرة التي يكون المركز الفعال فيها ايون او مزدوج ايوني وهي نوعين 2-3-1 البلمرة الكاتايونية : وهي التي يكون المركز الفعال ايونا موجباً 2-3-2 البلمرة الانايوينة : وهي التي يكون فيها المركز الفعال ايونا سالب ان البلمرة الايونية تقتصر علي البلمرة في المحاليل وبلمرة الكتلة تختلف البلمرة الايونية عن بلمرة الاضافة في عدة نواحي فمن حيث المونوميرات هناك عدد محدد من المونوميرات التي تتبلر ايونيا بينما في الغالب معظم المونوميرات غير المشبعة يمكن ان تتبلمر بواسطة الجذور الحرة ان ميكانيكية وحركية البلمرة الايونية اقل وضوحا من البلمرة بواسطة الجذور الحرة ويعود سبب ذلك للسرعة الفائقة التي تجري بها بلمرة الاضافة الايونية والي شدة حساسيتها الي وجود شوائب أو عوامل مساعدة مشاركة.الاختلاف الرئيسي بين البلمرة بواسطة الجذور الحرة وبلمرة الاضافة الايونية يتعلق بطبيعة المركز الفعال (المركز النامي) ففي بلمرة الاضافة يكون المركز الفعال عبارة عن جذر حر فعال وفي البلمرة الايونية يكون الجزء النامي من المزدوج الايوني ايونا موجبا او سالبا حسب نوع المونومير والبادئ المستخدم .2- 3 – 1 البلمرة الكاتايونية تحدث البلمرة الكاتايونية علي ضوء نفس الميكانيكية العامة للتفاعلات ذات النمو المتسلسل اي تتضمن علي المراحل الثلاثة للبلمرة وهي :1) مرحلة البدء 2) مرحلة التكاثر 3) مرحلة الانتهاء 1) مرحلة البدء : تستخدم انواعا متعددة من البادئات ومن اهم هذه البادئات هي الاصناف الثلاثة التالية :2-3-1–1 ) البلمرة الكاتايونية باستخدام الحوامض البروتونية كبادئات : تعتبر الحوامض البروتونية من البادئات المألوفة للبلمرة الكاتايونية تجري مرحلة البدء باستخدام هذه البادئات علي النحو التالي :HCL+ CH2 = CH CH3 – CH CL مزدوج ايوني البلمرة الكاتايونية باستخدام حوامض لويس كبادئات اذا استخدام حوامض لويس كبادئات لهذا الانوع من البلمرة تعتمد اساسا علي تكوين ايون الكاريونيوم ويستوجب وجود عوامل مساعدة مشاركة COCATALYST اضافة الي حوامض بروتونية او هاليدات الكيل فقد وجد ان حوامض لويس بحد ذاتها غير فعالة لبدء التفاعل البلنمرة فعند وجود عوامل مساعدة مشاركة تحدث التفاعلات البدء علي النحو التالي : CH2 = CH + ALCL3 + HCL CH3 - CH { ALCL4} مزدوج ايوني ( IONPAIR ) يلاحظ مما سبق ان هذا النوع من البادئات هي عبارة عن هاليدات بعض الفزات من المجموعة الثالثة من الجدول الدوري إضافة الي هاليدات بعض الفلزات الانتقالية. لقد درست فعالية العديد من البادئات للبلمرة الكاتايونية وقد امكن التوصل الي الترتيب التالي لفعالية بعض البادئات المهمة : ALBr< ALCL2< ALI3< GaBr3