في هذه التجربة سوف نقوم بفحص المادّة التي تمتصّ السوائل في الحفاظات أحادية الاستعمال، ومدى سرعة حدوث هذا الأمر.

 

 

 

شرح

عندما تمّ اختراع الحفاظات أحادية الاستعمال، بحث الكيميائيون عن مادة لا تمتص الماء فقط كقطعة القماش المعتادة التي استخدموها حتى ذلك الحين، بل تقوم فعليًا بإخراج الماء من المنظومة ككل، أي لا تجعله يكون سائلا. بعد دراسة طويلة، في عام 1966، قامت مجموعة من الباحثين بقيادة روبرت نيلز باختراع المادة الموجودة في الحفاظات، اسمها الكيميائي "بولي أكريلات الصوديوم" (Sodium Polyacrylate).

كيميائيًا، نتحدث هنا عن بوليمير - جزيء ضخم يتكون من العديد (بولي) من الوحدات (مير) التي تكرر نفسها عدة مرات في سلسلة ضخمة.

البنية الأساسية للبوليمير الذي يمتص الماء هي:

يرمز الحرف الصغير n الموجود في الجانب الأيمن في أسفل الصورة في اللغة الكميائية إلى أنّ هذه الوحدة تتكرر عدة مرات في المادة، انظروا إلى هذا المثال لمبنى تكرر في الوحدة أربع مرات:

 
 

في الواقع، تكرر الوحدة نفسها عشرات الآلاف من المرات على هيئة سلسلة ضخمة، وهناك أيضًا رابط بين السلسلة الواحدة والسلسلة المجاورة في ما يسمى "روابط التشابك".

ما يميز هذه المادة ويجعل منها ممتصًا جيدًا وسريعًا للماء هو المجموعة التي ترتبط بالسلسلة المركزية، والتي تحتوي على "المادة الأيونية"، أي مادة تتكون من ذرات أضيفت إليها أو أزيلت منها الإلكترونات (ذات الشحنة السالبة)، وتمتلك شحنة كهربائية، يُرمز للأيونات في الرسم الكيميائي Na⁺ وO^-.

لأنّ الماء بحد ذاته عبارة عن مادة مستقطبة كهربيًا للغاية، أيّ أن هناك قطبًا كهربائيًا ثابتًا للسّالب والموجب في الجزيء (ومن ثمّ يمكن تحريك تيار الماء بواسطة الكهرباء السّاكنة، كما يمكن رؤية ذلك في التجربة عبر الرابط المرفق) - فهو ينجذب بشدة إلى الأقطاب الكهربائية في البوليمير، يدخل بين سلاسله، "يلتصق" بالمجموعات المشحونة كهربائيًا (تنجذب الشحنات الكهربائية المتناقضة لبعضها البعض، أيّ أنّ الموجب ينجذب للسّالب)، ويقوم بنفخ البوليمير (تبعد السلاسل عن بعضها البعض). يعرض الرسم التالي العملية:

تُعرض سلسلتان من البوليمير الجاف في الجزء العلوي، بحيث يُرمز للمجموعات المرتبطة بالسلسلة المركزية والتي تحتوي على الأيونات بدائرة حمراء. عندما نُضيف الماء (الدوائر باللون الأزرق الفاتح) ينجذب الماء، يتركز حول المجموعات الأيونية، يقوم بنفخ البوليمير، ويُحاصَر في داخل سلاسله.

يستطيع بولي أكريلات الصوديوم امتصاص الماء حتى 300-200 مرة أكبر من وزنه وحجمه، بحيث يُنتج أثناء عملية الامتصاص جلي هلامي صلب. في الواقع، فإنّ الامتصاص فعّال نسبيًا حتى في كمية أكبر بآلاف المرات من الماء، حينئذ سيكون الجلي الهلامي سائلًا نسبيًا. يستخدم حاليًا في العديد من المنتجات التي تتطلب الامتصاص السريع للماء، مثل الحفاظات والفوط الصحية، ويستخدم أيضًا في هذه الصناعة لغرض الامتصاص السريع للصرف الصحي، للأشخاص مؤدي المشاهد الخطيرة (كمادة تشبه الثلج) والمنتجات المنزلية الأخرى مثل النباتات المنزلية مع الجلي الهلامي الشفاف بدلًا من التربة.

من الجدير بالذكر

تتحول العديد من البوليميرات إلى جلي هلامي عندما تمتص الماء. على سبيل المثال، هكذا يعمل النشاء (نشاء الذرة)، والذي يتم إعداد العصائد والأطعمة المختلفة منه. يمكنكم قراءة المزيد عن الآلية التي يتحول بها النشاء إلى جلي هلامي. تتشابه العملية مع البوليمير في الحفاظات، لكنها أكثر بطءًا وتتطلب وجود الحرارة، وذلك لأنّ النشاء لا يحتوي على مجموعات أيونية تجذب الماء بدرجة قوية كما هو الحال في بولي أكريلات الصوديوم.

الترجمة للعربيّة: بنان مواسي