في هذه النشرة تم تجميع مشاريع الطلاب التي قاموا باعدادها خلال السنة الدراسية تحت فئة التقييم الداخلي في الكيمياء

متينةٌ ويعيبها شدّة التوصيل

إعداد الطالبات:

هاجر الحواجرة

ابتهال النباري

ألياف الكربون هي المادة الأكثر متانة التي قد اكتُشفت على وجه الأرض, والتي تتكون من سلاسل طويلة من كربون المرتبط مع ذرات اخرى. تدخل في بناء هياكل الطائرات ومحركات سيارات السباق وهي ايضا تعتبر من المواد الثمينة في يومنا هذا, ألياف الكربون دقيقة جدا حيث  يتراوح قطرها ما بين 10-5 ميكرومتر, و لتوضيح فكرة عن مدى صغر حجمها فإن الميكرومتر الواحد يساوي 0.0001 سنتيمتر. كيف لكم ان تتخيلوا فإن ألياف الكربون اقوى وأكثر صلابة من الفولاذ بخمس مرات إلا أنها أكثر تكلفة من الفولاذ, كما أنها بمقاومتها العالية كيميائيًا وتحملها درجات حرارة عالية و لها تمدد حراري منخفض. تعتبر ألياف الكربون مهمة في المواد الهندسية، الفضاء، المركبات عالية الأداء، المعدات الرياضية  والآلات الموسيقية.

هدفنا في هذا المقال تزويد القارئ بمعلومات علمية عن ألياف الكربون، صيغتها الكيميائية ،المجالات التي تستخدم فيها، كيفية صنعها، إيجابياتها وسلبياتها.

تتكون ألياف الكربون من المبلمرات العضوية، والتي تتكون من سلاسل طويلة من الجزيئات و التي تعمل ذرات الكربون على الربط فيما بينها، ترتبط ذرات الكربون ببعضها في بلورات مجهرية موازية بشكل أو بآخر لمحور الألياف، هذا التوازي أو التوجه يجعل الألياف قوية جدا مقارنة بحجمها.تغزل عدة آلاف من ألياف الكربون معا لتشكيل الخيط ليستخدم بذاته أو ينسج ليكون النسيج. كل خيط من ألياف الكربون هو عبارة عن حزمة من آلاف الألياف الكربونية. لألياف الكربون عدة حياكات (طرق النسج) مختلفة.

ألياف الكربون تحت المجهر

تصنع معظم ألياف الكربون (حوالي 90 %) من خلال عملية تصنيع متعدد الأكريلونيتريل. كما يتم تصنيع كمية صغيرة (حوالي 10 %) من الرايون (الحرير الصناعي).

متعدد الأكريلونيتريل (PAN)هو راتنج صناعي يحضر بواسطة بلمرة الأكريلونيتريل. و متعدد الأكريلونيتريل عضو هام في عائلة راتنجات الأكريليك، وهي مادة صلبة، قوية تقاوم معظم المذيبات والمواد الكيميائية، بطيئة الاحتراق وذات نفاذية منخفضة للغازات.

يتم إنتاج معظم متعدد الأكريلونيتريل كألياف أكريليكية وهو بديل شائع للصوف في الملابس والمفروشات المنزلية. يتم الحصول على الأكريلونيتريل (CH2 = CHCN) من خلال تفاعل البروبيلين (CH2 = CHCH3) مع الأمونيا (NH3) والأكسجين في وجود المحفزات حسب التفاعل التالي:

عملية بلمرة الأكريلونيتريل 

يتم تصنيع البولي أكريلونيتريل بواسطة تفاعل “بلمرة بالإضافة”. في هذا التفاعل يتم هدم الأربطة الزوجية الموجودة داخل المونوميررات حتى يتم الحصول على بوليمر واحد لا يحوي أربطة زوجية وهو متعدد الأكريلونيتريل (PAN). حسب التفاعل الكيميائي التالي

  تفاعل بلمرة الاكريلونتريل

من مميزات الكربون انه خفيف الوزن، ذو قوة عالية، بطيء الاحتراق، ذو مقاومة لمعظم المذيبات والمواد الكيميائية وذات نفاذية منخفضة للغازات. من سلبياته أنه ذو تكلفة عالية: وذلك لان تصنيعه يحتاج للكثير من العمل والتعديلات، شدّة توصيله الكهربائي الكبيرة تعتبر العيب الأكبر الذي تزعمه الشركات المصنعة، مما يجعل البعض يلجأ الى استخدام مواد اخرى اقل توصيلا للكهرباء في صنع الأجهزة ويستبدلونها بألياف الزجاج لانها اقل توصيلا للكهرباء من الألياف الكربونية. فعلى سبيل المثال: تستخدم الألياف الزجاجية في بعض الاجهزة بدلا من ألياف الكربون او المعدن لانها تتطلب عزلا صارما كزجاج السلالم فيتم صناعتها بالألياف الزجاجية لان امكانية حدوث صدمة كهربائية تقل بكثير عندما يكون السلم على اتصال بخط الكهرباء. سلم ألياف الكربون موصل للغاية والنتائج لا يمكن تصورها!

ان ألياف الكربون قد بدأت تغزو عالم السيارات حيث تساهم الألياف الكربونية والتي تتمتع بخفة الوزن والصلابة في خفض وزن السيارة مما سيؤدي الى استهلاك وقود اقل وبالتالي سيكون انبعاثات غاز ثاني اوكسيد الكربون اقل وهو غاز ضار بالبيئة. ومع ذلك تواجه هذه الألياف العقبات والتحديات على نطاق واسع وأهمها ارتفاع تكاليف التصنيع. تعتبر شركة بي إم دبليو الألمانية من الشركات الرائدة في الاعتماد على ألياف الكربون في إنتاج الموديل i3، فقد أثبتت الشركة الألمانية بنجاح إمكانية إنتاج السيارة بالكامل من عنصر الكربون وبدون زيادة كبيرة في سعر السيارة. وقال سيبسيلوس فون فراكين بيرغ، المتحدث باسم شركة بي إم دبليو الألمانية، إن هناك اتجاها نحو إنتاج السيارات من المواد والعناصر خفيفة الوزن، على رأسها ألياف الكربون. بالإضافة إلى تزايد متطلبات السلامة في السيارة باستمرار، وبالتالي فإن ألياف الكربون يمكنها تلبية هذه المتطلبات والمعايير الفائقة دون أن تتسبب في زيادة الوزن.

اجزاء من المركبات صنعت من ألياف الكربون

تمتاز ألياف الكربون بتوفير ما يقدر بنحو 20 بالمئة من الوزن مقارنة بمادة الألومنيوم الخفيفة، التي تعتمد عليها شركة أودي الألمانية مثلاً في إنتاج موديلات حديثة، كما أنها تساوي نصف وزن مادة الفولاذ. تقدم ألياف الكربون ميزة أخرى للسيارات الكهربائية، ألا وهي زيادة مدى السير بفضل انخفاض وزن السيارة، إلى جانب إمكانية تقليل حجم البطارية باهظة الثمن.

ومن ناحية أخرى ينطوي استخدام ألياف الكربون في صناعة السيارات على بعض العيوب، أهمها صعوبة وتعقيد إصلاح الأضرار التي تلحق بالهيكل الخارجي للسيارة مقارنة بـ الهياكل الفولاذية؛ فالجزء المتضرر يتم استبداله بشكل كامل في حالة الكربون وذلك للحفاظ على التجانس الأمثل لألياف الكربون، وهو ما ينعكس بشكل كبير على تكاليف عملية الإصلاح. ولكنها على الجانب الآخر تصل بهذا إلى المستوى الأول على العكس من الإصلاحات التي تتم على الهياكل الفولاذية.

نايلون 6… المادة التي غيرت مفهوم البلاستيك

إعداد الطالبتين:

أروى الحواجرة

هديل ابو السيد

تنتشر المواد الكيميائية حولنا في كل مكان، وتتعدد استخداماتها حسب الحاجة، وهناك مركبات يتزايد الطلب عليها نظرًا لاستخدامها في نواحٍ كثيرة من حياتنا، من هذه المركبات المركب الكيميائي البولي أميد، لكن ما هو البولي أميد ؟ وما هي خصائصه؟ هل استخدامات البولي أميد مفيدة أم ضارة للبيئة؟ سوف نستعرض في مقالنا جميع أجوبة لهذه التساؤلات. البولي أميد عبارة عن سلسلة من البوليمرات التي تحتوي على روابط متكررة من الأميد. الأميدات هي مركبات عضوية تحتوي مجموعة وظيفية تدعى الأميد وهي عبارة عن زمرة كربونيل متصلة بزمرة أمين.

الصيغة البنائية لمجموعة الأميد

يمكن أن تكون مادة البولي أميد مادة شحمية، شبه عطرية، أو عطرية بالكامل.تُدعى البولي أميدات العطرية بالأراميد، وهي أكبر في القوة، وأقوى في الإذابة، كما أنها مقاومة للهب أو الحرارة، ولكنها أعلى في الثمن، وصعبة الإنتاج  يطلق على البولي أميد المصنّع اسم تجاري وهو “النايلون”. يتميز النايلون بخواص ميكانيكية ممتازة، من هذه الخواص: المرونة، قوة الشد، المتانة، وسهلة الصياغة. إن النايلون عبارة عن بوليمرات تكثيف أو بوليمرات مشتركة تتشكل عن طريق تفاعل مونومرات مختلفة تحتوي على أجزاء متساوية من الأمين وحمض الكربوكسيل بحيث يتم تشكيل الأميدات عند طرفي كل مونومر في عملية البلمرة. يصنع معظم النايلون من تفاعل حمض ثنائي الكاربوكسيل مع ثنائي أمين، حسب التفاعل التالي:  ع

عندما تم بيع الجوارب المصنوعة من النايلون الخالص في سوق أوسع ، أصبحت المشاكل واضحة. تم العثور على جوارب النايلون لتكون هشة، بمعنى أن الخيط غالبًا ما يميل إلى الانكماش بالطول،  ^ذكر الناس أيضًا أن المنسوجات المصنوعة من النايلون الخالص قد تكون غير مريحة بسبب نقص امتصاص النايلون. ظلت الرطوبة داخل النسيج بالقرب من الجلد في ظل ظروف حارة أو رطبة.  فكان الحل الذي تم التوصل إليه لحل مشاكل نسيج النايلون النقي هو انتاج مزيج من النايلون مع ألياف أخرى موجودة أو مصنّعة، أدى ذلك إلى تطوير مجموعة واسعة من الأقمشة المخلوطة. احتفظت خلطات النايلون الجديدة بالخصائص المرغوبة للنايلون (المرونة ، والمتانة ، والقدرة على الصباغة) وحافظت على أسعار الملابس منخفضة ومعقولة. أحد هذه المواد أطلق عليه اسم نايلون 6. نايلون 6 مشتق من مونومر واحد، يحتوي المونومر على ست ذرات كربون ، ومن هنا جاء اسم نايلون 6. ولكنه على العكس من باقي منتجات النايلون، فإن نايلون 6 ليس بوليمر تكاثف، ولكن ينتج من بلمرة فتح الحلقة لمركب كابرولاكتام. يحضّر نايلون 6 من تفاعل بلمرة فتح الحلقة لمركب كابرولاكتام، والذي لديه 6 ذرات كربون،

يحدث في البداية تفاعل حلمأة للكابرولاكتام يحدث فيه فتح للحلقة:

يتفاعل الحمض الأميني الناتج مع جزيء كابرولاكتام آخر ليتشكل ديمر، حسب  التفاعل الكيميائي التالي:

ويستمر تفاعل البلمرة لنحصل على الناتج حسب شروط التفاعل:

الصيغة الكيميائية البنائية للمونومير المكوّن للبوليمير نايلون 6 هي:

لدى نايلون 6 درجة انصهار عالية وأيضا لديه مقاومة جيدة للزيوت، الفطريات، الكثير من المذيبات، وأيضًا للمواد القاعدية.حيث ان نايلون لديه العديد من الخصائص المميزة مثل لديه القدرة على الذوبان في السوائل العضوية، كما أنه مقاوم للتحلل في المحاليل القاعدية، ولكنه غير مقاوم للتحلل في الأحماض. يُستخدم نايلون 6 كخيط في فرش الأسنان، و الغرز الجراحية وأوتار الآلات الموسيقية، بما فيها الكمان. ويُستخدم كذلك في صناعة أنواع واسعة من الخيوط والحبال والشبكات وألياف إطارات السيارات، وكذلك الجوارب النسائية، وأيضا تُستخدم في هياكل المسدسات. يمكن للنايلون أن يضر في البيئة فهو مادة غير قابلة للتحلل وهذه مشكلة كبيرة، ولكن مع ذلك فإنه من الممكن إعادة تدويره واستخدامه من جديد. وبالرغم من أن عملية التدوير هي حل لنايلون 6 إلا أنها ما زالت تمتلك بعض الآثار السلبية والعواقب السيئة على بيئتنا، إذ أنها تطلق الكثير من الغازات الدفيئة السامة، وتستخدم أصباغ كيميائية كثيرة التي تضر البيئة.

صور لمنتجات صنعت من نايلون 6

مع قوة الشد العالية ومقاومة التعب والصلابة، فإن أحد التطبيقات الرئيسية للنايلون 6 هو في صناعة الخيوط الصناعية. إن التصاقه الفائق بالمطاط يجعله وسيطًا مثاليًا لإنتاج نسيج الحبل الخارجي، ووسيط التعزيز لحافلة التحريك وإطارات الشاحنات. والأكثر من ذلك ، يمكن مزجه مع البولي إيثيلين (PE) ، وهو بوليمر أرخص ، لإنتاج خيوط صناعية منخفضة التكلفة دون خفض جودة المنتج النهائي بشكل كبير.

ما وراء العدسات الصغيرة كيمياء معقدة

إعداد الطالبتين:

وجدان النباري

ايناس النباري 

يستخدم كثيرٌ من الناس العدسات اللاصقة يوميًّا، وغالبًا ما يكون الاستخدام لأسباب تجميلية او لاسباب طبية .فبعض من الاشخاص الذين يعانون من مشاكل طبية في البصر يتجنبون لبس النظارات لاسباب ولمعتقدات خاصة بهم ويلجئون للبس العدسات اللاصقة كبديل، فعلى الرغم من البساطة التي قد تبدو عليه الا ان وراء هذه العدسات كيمياء معقدة تجعل البساطة بعيدة جدًا عنها .

العدسات اللاصقة ليست بمنتج جديد إلا انها كانت قديما مصنوعة من الزجاج ، فإن العدسات الحديثة مصنوعة من بوليمرات عالية التقنية.

 في هذا المقال سنلقي نظرة على بعض المواد الكيميائية المُستخدَمة في صناعة العدسات اللاصقة.

البوليمرات هي جزيئات طويلة السلسلة تتكون من عدة وحدات أصغر متطابقة تسمى المونمرات؛ حيث أنها تتسم بالمرونة ويمكن منها صناعة عدسة أرق بكثير تمكُث لفترة على سطح العين.

هنالك نوعان من العدسات اللاصقة: الصلبة والمرنة. العدسات اللاصقة الصلبة صنعت من مادة البولي ميتاكريليت المثيل (PMMA)، لم تكن (PMMA) منفذة للاوكسجين، لذلك طورت عدسات حديثة من مواد تحوي السيليكون أو المركبات المحتوية على الفلور.