بسپارهای طبیعی: گنجینههای پنهان در گیاهان و جانوران
بسپار طبیعی چیست؟ زنجیرههای بلند مولکولی در طبیعت
به موادّی که از به هم پیوستن تعداد بسیار زیادی مولکول کوچک و یکسان (مانند حلقههای یک زنجیر) ساخته میشوند، بسپار1 یا پلیمر میگویند. وقتی این زنجیرههای بلند به طور طبیعی توسط موجودات زنده ساخته شوند، به آنها بسپار طبیعی میگوییم. این مواد، سازندهی اصلی بسیاری از بخشهای گیاهان و بدن برخی جانوران هستند.
دستهبندی مهمترین بسپارهای طبیعی
بسپارهای طبیعی را میتوان بر اساس منشأ آنها به دو گروه اصلی تقسیم کرد. هر کدام خواص و کاربردهای ویژهای دارند.
| منشأ | نمونههای معروف | واحد سازنده (مونومر) اصلی | یک ویژگی کلیدی |
|---|---|---|---|
| گیاهی | سلولز، نشاسته، لاتکس طبیعی | گلوکز ($C_6H_{12}O_6$) | مقاوم و پایدار |
| حیوانی | پشم (کراتین)، ابریشم، خز | اسیدهای آمینه (مثل $NH_2-CHR-COOH$) | نرم و انعطافپذیر |
| نکته: برخی بسپارها مانند نشاسته در آب گرم ژلهای میشوند (حلالیت نسبی) اما سلولز در آب حل نمیشود و بسیار محکم است. این تفاوت به دلیل نوع اتصال متفاوت مونومرهای گلوکز به هم است. به شکل ساده: نشاسته: پیوند آلفا | سلولز: پیوند بتا | |||
از درخت تا کتاب: سفر سلولز و نشاسته
سلولز فراوانترین بسپار طبیعی روی کرهی زمین است. دیوارهی سلولی تمام گیاهان از این ماده ساخته شده است. هر چه درصد سلولز بیشتر باشد، بافت گیاه سفتتر است. چوب درختان و پنبه نمونههای خالص سلولز هستند. از سلولز برای ساخت کاغذ، پارچههای نخی (پنبهای)، اسفنجهای سلولزی و حتی در تولید برخی پلاستیکهای زیستتخریبپذیر استفاده میشود.
نشاسته هم از گلوکز ساخته شده، اما نقش آن ذخیرهی انرژی در گیاهان است. سیبزمینی، ذرت، گندم و برنج منابع غنی نشاسته هستند. وقتی نان میپزید یا غذای نشاستهای میپزید، در واقع دارید با این بسپار سر و کار دارید. در صنعت نیز از نشاسته برای تولید چسب، بستنی، سس و حتی کیسههای زیستتخریبپذیر استفاده میکنند.
پشم گوسفند و ابریشم کرم: لباسهای طبیعی
بسپارهای حیوانی معمولاً از جنس پروتئین هستند. پشم گوسفند از پروتئینی به نام کراتین3 ساخته شده که همان پروتئین سازندهی مو و ناخن انسان نیز هست. ساختار فلسماند پشم باعث میشود هوا بین الیاف به دام بیفتد و گرما را حفظ کند. به همین دلیل لباس پشمی در زمستان بسیار گرم است.
ابریشم نیز پروتئینی است که توسط کرم ابریشم تولید میشود. این الیاف بسیار نرم، صاف و محکم هستند و به پارچهای لوکس و درخشان تبدیل میشوند. این مثالها نشان میدهند که طبیعت چگونه با تغییر آرایش واحدهای سازنده (اسیدهای آمینه)، موادّی با خواص کاملاً متفاوت (از پشم زمخت تا ابریشم نرم) تولید میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. بسیاری از مواد طبیعی مانند آب، نمک خوراکی (سدیم کلرید) و شکر (ساکارز) مولکولهای کوچکی هستند و زنجیرههای بلند پلیمری تشکیل نمیدهند. شرط "بسپار" بودن، داشتن زنجیرهی بلند از واحدهای تکرارشونده است.
پاسخ: بسپارهای طبیعی چند مزیت کلیدی دارند: اول، بسیاری از آنها به راحتی در طبیعت تجزیه میشوند و مشکل زبالهی پلاستیکی را ایجاد نمیکنند (زیستتخریبپذیری4). دوم، از منابع تجدیدپذیر (مانند مزارع پنبه یا گوسفندداری) به دست میآیند. سوم، برای سلامتی و محیط زیست اغلب ایمنتر هستند. البته پلیمرهای مصنوعی هم بادوامتر و متنوعترند و هر کدام جایگاه خود را دارند.
پاسخ: بله! شیمیدانان با تغییر دادن این بسپارها، مواد جدیدی میسازند. مثلاً از سلولز چوب، در فرآیندی خاص، ریون (ابریشم مصنوعی) میسازند که پارچهای نرم و لطیف است. یا از شیر (که حاوی پروتئین کازئین است) نوعی پلاستیک طبیعی ساخته میشد. این کارها را اصلاح شیمیایی مینامند.
پاورقی
1بسپار (Polymer): از دو بخش "بس" (به معنای بسیار) و "پار" (به معنای جزء/قطعه) تشکیل شده است؛ یعنی مادهای متشکل از بخشهای بسیار زیاد تکرارشونده.
2مونومر (Monomer): واحد سازندهی کوچک و تکرارشونده در یک پلیمر. مانند حلقههای یک زنجیر.
3کراتین (Keratin): نوعی پروتئین فیبری و مقاوم که سازندهی اصلی مو، پشم، ناخن، پر و شاخ در جانوران است.
4زیستتخریبپذیری (Biodegradability): خاصیت یک ماده در تجزیه شدن به مواد ساده و بیضرر توسط موجودات ریز زنده (مانند باکتریها و قارچها) در محیط طبیعی.
