لعدة قرون ، اعتمد البشر على السليلوز ليتمتصروا الانسكابات - الإسفنج ، والأنسجة ، وورق المرحاض. ولكن في النصف الأخير من القرن العشرين ، اكتشف الكيميائيون شيئًا أكثر قوة: Super Slurpers. هذه هي البوليمرات القادرة على امتصاص مئات المرات وزنها في الماء ، وقفلها في مكانها دون أن تصبح غير عملية.
واحدة من أكثر المواد الممتازة SuperabsoRbent معروفة هي polyacrylate الصوديوم (SAP). اليوم ، ستجدها مخفية في مرأى من البصر - في حفاضات الطفل ، وضمادات الجرح ، وحزم البرد ، وحتى عبوات الطعام. ما يجعل SAP ملحوظًا للغاية هو قدرتها على أخذ فكرة بسيطة - امتصاص المياه - وتحويلها إلى تطبيقات عملية لا حصر لها.
عرض تجريبي بسيط مع عامل "واو" كبير
هل تريد أن تُظهر للطلاب كيف يتحول الكيميائيون إلى التصميم الجزيئي إلى السحر اليومي؟ جرب هذا العرض التوضيحي للفصول الدراسية:
ضع قرصة من مسحوق بولي أكريلات الصوديوم في كوب يمكن التخلص منه.
صب في بعض الماء.
في غضون ثوان ، اختفى "السائل" - في هلام ثابت.
خلط الكؤوس كجزء من خدعة الساحر وسيكون جمهورك مقتنعا بالمياه اختفت. كرر العرض التوضيحي مع أكواب شفافة ، ويتم الكشف عن الغموض: لقد تورم المسحوق في هلام ، ويحمل مئات المرات وزنه في الماء.
للحصول على تطور إضافي ، رش في ملح الجدول. فجأة ، ينهار الجل ، مع إطلاق السائل المحاصر. إنها طريقة بسيطة لا تنسى لإظهار كيف يمكن للكيمياء ضبط خصائص المواد-في هذه الحالة ، توازن الشحنات داخل البوليمر.
ماذا يحدث على المستوى الجزيئي؟
يتكون Polyacrylate الصوديوم من العمود الفقري الطويل بولي (إيثين) مزين بمجموعات الكربوكسيل المشحونة سلبًا. توازن أيونات الصوديوم الشحنة ، بينما تخلق الروابط بين السلاسل بنية مسامية.
الامتصاص: ينتشر الماء في ، وتشكيل روابط الهيدروجين مع البوليمر وجعل المادة تضخم بشكل كبير.
الامتصاص: أضف الملح ، وتركيز الصوديوم خارج البوليمر. يتم رسم الماء مرة أخرى ، تقليص الجل.
من خلال التغيير والتبديل في الهيكل - تغيير كثافة الروابط المتقاطعة أو عدد المجموعات المشحونة - يمكن للمسلمين ضبط أداء SAP. على سبيل المثال ، يستخدم "الثلج المزيف" ، متغيرًا مع عدد أقل من الكربوكسيل والمجموعات الأكثر إحكاما ، لذا بدلاً من تشكيل هلام مبللة ، فإنه ينتج بلورات رقيقة تشبه الثلج.
لماذا يهم
خلف الخدعة السحرية تكمن درسًا أعمق: يمكن أن تؤدي التغييرات الصغيرة في التصميم الجزيئي إلى مواد واستخدامات مختلفة تمامًا. SAP هي أكثر من مجرد حداثة - إنها مادة تشغل الحياة اليومية بهدوء ، من الضمادات الطبية التي تبقي الجروح نظيفة ، إلى الكابلات المحمية من أضرار المياه ، إلى حلول إدارة النفايات المستدامة.
إنها كيمياء لا تجعل السوائل "تختفي" فقط - إنها تحولها إلى فرص للابتكار.
