اختصاصی بسپار/ علم پلیمر برای کسانی که با آن کار میکنند: وزن مولکولی چیست و چرا اهمیت دارد؟
بسپار/ایران پلیمر ممکن است وزن مولکولی مفهومی انتزاعی تلقی شود، اما نقشی اساسی در تعیین رفتارهای یک بسپار، در فراورش و نیز در کاربردهای نهایی آن دارد. مقالهی حاضر با بیان ماهیت وزن مولکولی، شیوهی محاسبهی آن و دلایل اهمیت بنیادینش، پایههای علمی محکمی خواهد ساخت.
بیشتر متخصصان فعال در حوزه مواد بسپاری با مفهوم وزن مولکولی آشنا هستند، ولی در صورت پرسش دربارهی تعریف دقیقش یا سازوکار تاثیرگذاری آن بر فرایندپذیری، چقرمگی یا سایر ویژگیها، ممکن است دستپاچه شوند یا موضوع را تغییر دهند. اما در این مقاله قرار است ما پیچیدگیهای وزن مولکولی را واکاوی کنیم و آن را قابلدرک سازیم.
وزن مولکولی چیست؟
مفهوم سنجش وزن، ایدهای آشنا برای همگان است. خواه ناخواه، این موضوع در معاینات پزشکی سالانه هنگام درخواست پزشک برای وزنسنجی به ما یادآوری میشود. در مقابل، سنجش وزن یک مولکول بسپاری نیز مفهومی درکشدنی است. از آنجا که امکان قراردادن تکمولکول بسپاری بر ترازو وجود ندارد، وزن مولکولی آن را از طریق جمعزنی جرم تمام اتمهای تشکیلدهندهاش محاسبه میکنیم.
در یک مثال ساده، یک مولکول پلیاتیلن (PE) متشکل از ۵۰۰ واحد تکرارشونده را در نظر بگیرید. برای یادآوری مفهوم واحد تکرارشونده بهاختصار بدانیم که این واحد، کوچکترین بخش سازندهی زنجیر بسپاری است که با تکرار آن، مولکول بسپاری کامل شکل میگیرد. در پلیاتیلن، هر واحد تکرارشونده شامل دو اتم کربن و چهار اتم هیدروژن است. بنابراین، این مولکول با ۵۰۰ واحد تکرارشونده، حاوی ۱۰۰۰ اتم کربن و ۲۰۰۲ اتم هیدروژن خواهد بود (دو اتم هیدروژن اضافی، پایانههای زنجیر بسپاری را میپوشانند)، که در شکل ۱ مشاهده میشود.
واحد تکرارشوندهی پلیاتیلن
با توجه به وزن هر اتم کربن معادل حدود 12 واحد جرم اتمی (amu) و هر اتم هیدروژن حدود amu1، وزن مولکولی این مولکول پلیاتیلن به شرح زیر محاسبه میگردد:
(۱۰۰۰ × ۱۲ amu) + (۲۰۰۲ × ۱ amu) = ۱۴۰۰۲ amu
این محاسبه ساده است، اما دو نکتهی مهم وجود دارد که وزن مولکولی بسپار را کمی پیچیدهتر میسازد.
میانگین عددی در مقابل میانگین وزنی
نخست آن که مواد پلاستیکی (متشکل از بسپارها) هرگز از تک مولکول تشکیل نشدهاند، بلکه مجموعهای از مولکولها با اندازههای متفاوتاند که دامنهای از توزیع وزنهای مولکولی را پدید میآورند (شکل ۲). برخی مولکولها کوتاه (دارای وزن مولکولی کم) و برخی بلند (دارای وزن مولکولی زیاد) هستند. این تنوع را میتوان به گردنبندها تشبیه کرد: نمونههای کوتاه و ظریف که محکم دور گردن مینشینند، در مقابل انواع بلند و سنگین که به طور آزادانه آویزان میشوند. این گوناگونی در اندازههای مولکولی، ویژگی کلیدی مواد بسپاری هستند.
مهندس زهرا اشرف
z.ashraf1998@gmail.com
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره276 ماهنامه بسپار که در نیمه مهر ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
