پلیمری شدن

پلیمری شدن واکنشی است که در آن مولكول های كوچک در شرایط مناسب به یكدیگر متصل می شوند و مولكول هایی با زنجیرهای بلند و جرم مولی زیاد تولید می كنند. برای نمونه هرگاه گاز اتن را در فشار بالا گرما دهیم، جامد سفیدرنگی به دست می آید. بررسی ها نشان می دهد که جرم مولی این فراورده، اغلب ده ها هزار گرم بر مول است. زیاد بودن جرم مولی بیانگر این است که در ساختار هر مولکول آن هزاران اتم کربن و هیدروژن وجود دارد. معادلۀ زیر واکنش شیمیایی انجام شده را توصیف می کند.

\(nC{H_2} = C{H_2}(g) \to H\& P \to {( - C{H_2} - C{H_2} - )_n}(s)\)

H&P به معنای گرما و فشار است.

در واکنش بالا طرف اول اتن و طرف دوم پلی اتن است.

با دقت در ساختار پلیاتن (فراورده) درمی یابید که هیدروکربنی سیر شده است زیرا هر اتم کربن در آن با چهار پیوند اشتراکی یگانه به چهار اتم دیگر متصل است، درحالی که در یک مولکول اتن هر اتم کربن به سه اتم دیگر متصل است. با این توصیف در طی این واکنش یکی از پیوندهای دوگانه در اتن شکسته شده و مولکول های اتن از سوی اتم های کربن به یکدیگر متصل می شوند. با ادامۀ این روند، شمار زیادی از مولکول های اتن به یکدیگر افزوده شده و مولکول هایی با زنجیر کربنی بلند ایجاد می شوند.

نمایی از واکنش تشکیل پلی اتن

به واکنش دهنده ها در واکنش پلیمری شدن، مونومر (تک پار) می گویند. در این واكنش ها شمار زیادی از مونومرها با یکدیگر واکنش می دهند و پلیمر را می سازند. مطابق شكل مونومرهای اتن به یکدیگر افزوده می شوند و پلی اتن را پدید می آورند. با دقت در ساختار پلی اتن در می یابید که این ترکیب از تکرار مجموعه ای از اتم های کربن و هیدروژن به نام واحد تکرار شونده پدید آمده است. توجه كنید كه تعیین تعداد دقیق مونومرهای شرکت کننده در یک واکنش پلیمری شدن ممكن نیست و تاكنون هیچ قاعده ای برای اتصال شمار مونومرها به یکدیگر ارائه نشده است. به همین دلیل برای پلیمرها نمی توان فرمول مولکولی دقیقی نوشت. شیمی دان ها برای نمایش آنها، واحد تکرار شونده را درون كمانک نوشته و زیروند n را جلوی آن می نویسند.

الگوی تشکیل یک پلیمر

بدیهی است كه براساس الگوی بالا با تغییر مونومر، پلیمری جدید با ساختار و خواص متفاوت می توان تهیه کرد.

به یاد داشته باشید هر ترکیب آلی که در ساختار خود پیوند دوگانۀ كربن ــ كربن در زنجیر كربنی داشته باشد، می تواند در این نوع واکنش پلیمری شدن شرکت کند. بر همین اساس، ترکیب های سیر نشده و حاوی چنین پیوندی در زنجیر كربنی می توانند در صنایع پتروشیمی با تأمین شرایط مناسب واکنش داده و پلیمرهای گوناگونی تولید کنند.

تفلون نام تجاری پلیمری است که کشف اتفاقی آن، پلانکت را به شهرت و ثروت رساند. ماجرا در دهه 1930 میلادی اتفاق افتاد. پلانکت و گروه پژوهشی او در حال بررسی و مطالعۀ انواع سردکننده ها بودند. یکی از گازهایی که آنها مصرف می کردند، تترافلوئورواتن بود. یک روز هنگامی که پلانکت شیر کپسول گاز را باز کرد، متوجه شد که گاز خارج نمی شود. او تصور کرد که مسیر خروج گاز بسته است، از این رو تلاش کرد تا مسیر را باز کند، اما هیچ چیز نبود و او تعجب کرد. کنجکاوی وی سبب شد موضوع را بیشتر پیگیری کند. پلانکت برای یافتن دلیل آن، جرم کپسول را اندازه گیری کرد و با نتیجۀ غیرمنتظره ای روبه رو شد. جرم کپسول مورد نظر با کپسول پر از گاز برابر بود! پافشاری وی برای حل مسئله، باعث شد تا او کپسول را برش دهد و داخل آن را مشاهده کند. او پس از برش کپسول با منظره تازه ای رو به رو شد. لایۀ نازکی از یک مادۀ جامد ته کپسول تشکیل شده بود. بررسی دقیق تر نشان داد که این مادۀ جامد از پلیمری شدن تترافلوئورواتن به دست آمده است.

تفلون، نقطۀ ذوب بالایی دارد و در برابر گرما مقاوم است. این پلیمر از نظر شیمیایی بی اثر است و با مواد شیمیایی واكنش نمی دهد، در حلال های آلی حل نمی شود و نچسب است. این ویژگی ها دلیل كاربرد وسیع این پلیمر است.

پلی اتن یکی از مهم ترین پلیمرهای ساختگی است که سالانه میلیون ها تن از آن در شرکت های پتروشیمی تولید شده و برای ساخت وسایل گوناگون استفاده می شود.

یافته های تجربی نشان داد که اتن در شرایط گوناگون، با انجام واکنش پلیمری شدن فراورده هایی با ساختار متفاوت پدید می آورد. نوعی پلی اتن، چگالی کمتری داشته و شفاف است، از این رو به پلی اتن سبک معروف است درحالی که پلی اتن سنگین، چگالی بیشتری داشته و کدر است.

مولکول های اتن می توانند به دو صورت به یکدیگر متفاوت ایجاد کنند. مولکول های اتن در شرایط معین پشت افزوده شوند و دو فراورده سرهم به یکدیگر متصل شده و زنجیرهای بلند و بدون شاخه ایجاد می شود. اما در شرایطی دیگر برخی مولکول های اتن از کناره ها به یکدیگر افزوده شده و زنجیرهای شاخه دار تولید می شود.