گاما رو نصب کن!

{{ number }}
اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

پربازدیدها: #{{ tag.title }}

میتونی لایو بذاری!

درشت مولکول: مولکولی با تعداد بسیار زیاد اتم‌ها

بروزرسانی شده در: 18:39 1404/09/16 مشاهده: 9     دسته بندی: کپسول آموزشی

درشت‌مولکول‌ها: غول‌های دنیای ماده

آشنایی با مولکول‌های عظیم و نقش حیاتی آن‌ها در زندگی روزمره
خلاصه: درشت‌مولکول‌ها یا ماکرومولکول‌ها، مولکول‌های بسیار بزرگی هستند که از هزاران یا حتی میلیون‌ها اتم تشکیل شده‌اند. این مولکول‌ها پایه‌ی ساختار بسیاری از مواد اطراف ما، از DNA در هسته‌ی سلول‌هایمان تا پلاستیک و لاستیک چرخ دوچرخه هستند. در این مقاله، با زبان ساده و مثال‌های ملموس، با درشت‌مولکول، پلیمر، سنتزی و طبیعی و کاربردهای شگفت‌انگیز آن‌ها آشنا می‌شویم.

درشت‌مولکول چیست؟ از آجرهای کوچک تا ساختمان‌های بزرگ

برای درک درشت‌مولکول، ابتدا باید مفهوم مولکول را مرور کنیم. یک مولکول، کوچک‌ترین ذره‌ی یک ماده است که خاصیت آن ماده را حفظ می‌کند. مثلاً یک مولکول آب ($H_2O$) فقط از 3 اتم تشکیل شده است. حالا تصور کنید یک زنجیره‌ی بسیار بلند از هزاران حلقه یا یک ساختمان عظیم از میلیون‌ها آجر کوچک! درشت‌مولکول دقیقاً همین است: یک مولکول غول‌پیکر که از اتصال تعداد بسیار زیادی واحد کوچک و تکرارشونده به نام مونومر1 ساخته می‌شود. به فرآیند ساختن این زنجیره‌ی بلند از واحدهای کوچک، پلیمریزاسیون2 می‌گویند و محصول نهایی، یک پلیمر3 است. پس می‌توان گفت بسیاری از درشت‌مولکول‌ها، پلیمر هستند.

یک فرمول ساده: اگر واحد سازنده (مونومر) را $M$ و تعداد تکرار آن را $n$ بنامیم، درشت‌مولکول (پلیمر) به صورت $ -(M)_n - $ نشان داده می‌شود. هرچه $n$ بزرگ‌تر باشد، مولکول درشت‌تر است.
دسته‌بندی منشأ و توضیح مثال‌های ملموس
درشت‌مولکول‌های طبیعی به صورت طبیعی در بدن موجودات زنده یا طبیعت ساخته می‌شوند. میلیون‌ها سال است که وجود دارند. DNA و پروتئین‌ها (در بدن)، سلولز (در دیواره‌ی گیاهان و کاغذ)، نشاسته (در سیب‌زمینی و نان)، ابریشم و پشم.
درشت‌مولکول‌های مصنوعی (سنتزی) توسط انسان در آزمایشگاه و کارخانه از مواد اولیه‌ی ساده ساخته می‌شوند. تاریخچه‌ی کوتاهی دارند. انواع پلاستیک (بطری، اسباب‌بازی)، نایلون (لباس، طناب)، لاستیک مصنوعی (تایر ماشین)، چسب‌های قوی.
درشت‌مولکول‌های نیمه‌سنتزی پایه‌ی طبیعی دارند اما انسان آن‌ها را تغییر داده تا خواص بهتری پیدا کنند. لاستیک طبیعی ولکانیزه شده (مقاوم‌تر)، برخی پارچه‌های ویسکوز از سلولز، فیلم عکاسی.

غول‌های نامرئی در کارخانه‌ی بدن ما

بدن هر یک از ما یک کارخانه‌ی فوق‌پیشرفته از درشت‌مولکول‌های طبیعی است. DNA معروف‌ترین آن‌هاست. این مولکول که طرح و برنامه‌ی ساخت تمام اجزای بدن را در خود دارد، یک نردبان مارپیچ بسیار بلند است که هر پله‌ی آن از واحدهای کوچکی به نام نوکلئوتید ساخته شده. اگر DNA فقط یک سلول را باز کنیم، طول آن به حدود 2 متر می‌رسد! پروتئین‌ها گروه دیگری از این غول‌ها هستند. موهای ما، ناخن‌ها، آنزیم‌هایی که غذا را هضم می‌کنند و حتی هموگلوبینی که اکسیژن را در خون حمل می‌کند، همگی پروتئین هستند. این پروتئین‌ها از به هم پیوستن واحدهای کوچکی به نام اسید آمینه4 ساخته می‌شوند.

از آشپزخانه تا پارک: درشت‌مولکول‌ها در اطراف ما

بیایید یک دوربین به دست بگیریم و در خانه و شهر به دنبال درشت‌مولکول‌ها بگردیم. از آشپزخانه شروع می‌کنیم: بسته‌بندی پلاستیکی مواد غذایی، دسته‌ی تفلون قابلمه، لیوان یکبارمصرف. همه این‌ها از پلیمرهای مصنوعی ساخته شده‌اند. لباس‌هایی که می‌پوشیم: پلی‌استر، نایلون و اکریلیک همگی مصنوعی هستند، اما پنبه و پشم طبیعی‌اند. به اتاق برویم: فرش، پرده، رنگ دیوار، میز پلاستیکی، بدنه‌ی تلویزیون و گوشی همراه. همه و همه حاوی درشت‌مولکول هستند. حتی وقتی برای بازی به پارک می‌رویم: تایر تاب، سرسره‌ی پلاستیکی، نیمکت چوبی (سلولز)، توپ و طناب نایلونی. این مواد به خاطر ساختار زنجیره‌ای بلند و درشت خود، خواص ویژه‌ای مثل انعطاف‌پذیری، استحکام و سبکی پیدا کرده‌اند.

سوالات رایج و باورهای نادرست

آیا همه‌ی درشت‌مولکول‌ها مصنوعی و مضر هستند؟

خیر، این یک باور نادرست است. همانطور که دیدیم، بسیاری از درشت‌مولکول‌های طبیعی (مثل پروتئین و DNA) برای حیات ضروری هستند. مشکل اصلی برخی پلیمرهای مصنوعی (مثل پلاستیک‌های یکبارمصرف) دوام بسیار بالا و تجزیه‌ناپذیری آن‌ها در طبیعت است، نه خود مفهوم درشت‌مولکول. امروزه پلیمرهای تجزیه‌پذیر5 نیز ساخته شده‌اند.

چرا پلاستیک‌ها اینقder متنوع هستند؟ برخی نرم و برخی سفت!

این تنوع به ساختار درشت‌مولکول‌های سازنده برمی‌گردد. طول زنجیره، نحوه‌ی اتصال مونومرها و افزودن مواد دیگر می‌تواند خواص نهایی را کاملاً تغییر دهد. مثلاً پلی‌اتیلن با زنجیره‌های خطی بلند، سفت و محکم است (ظروف پلاستیکی سفت)، اما اگر زنجیره‌ها شاخه‌دار باشند، نرم و انعطاف‌پذیر می‌شود (نایلون نازک).

آیا مولکول‌های غول‌پیکر دیگری غیر از پلیمرها هم وجود دارد؟

بله، پلیمرها رایج‌ترین نوع درشت‌مولکول هستند، اما برخی ترکیبات مانند الماس یا گرافیت نیز شبکه‌هایی عظیم و پیوسته از اتم‌های کربن هستند که می‌توان آن‌ها را درشت‌مولکول در نظر گرفت. اما تمرکز اصلی ما معمول بر روی پلیمرهاست.

جمع‌بندی: درشت‌مولکول‌ها، مولکول‌های عظیمی هستند که دنیای مدرن و حتی بدن خودمان را شکل داده‌اند. آن‌ها یا در طبیعت ساخته می‌شوند (مثل DNA و پروتئین) یا دست‌ساز بشر هستند (مثل پلاستیک و نایلون). درک این غول‌های مولکولی به ما کمک می‌کند تا مواد اطراف خود را بهتر بشناسیم، از آن‌ها هوشمندانه استفاده کنیم و برای حل مشکلاتی مثل آلودگی پلاستیک‌ها، راه‌حل‌های بهتری بیابیم.

پاورقی

1 مونومر (Monomer): واحد کوچک و تکرارشونده‌ای که مانند آجر، سازنده‌ی پلیمر است.
2 پلیمریزاسیون (Polymerization): فرآیند شیمیایی اتصال مونومرها به یکدیگر و تشکیل زنجیره‌ی بلند پلیمر.
3 پلیمر (Polymer): ماده‌ای که از اتصال تعداد زیادی مونومر یکسان یا مشابه تشکیل شده است. بسیاری از درشت‌مولکول‌ها پلیمر هستند.
4 اسید آمینه (Amino Acid): واحد سازنده‌ی پروتئین‌ها. 20 نوع مختلف دارد.
5 تجزیه‌پذیر (Biodegradable): موادی که توسط فعالیت موجودات زنده (مانند باکتری‌ها) در طبیعت به مواد ساده‌تر و بی‌ضرر تبدیل می‌شوند.

پلیمر ماکرومولکول مونومر پلاستیک DNA و پروتئین