البلمرة والبلاستيك ثلاثي الأبعاد | محاكاة كيميائية

عن هذه المحاكاة

البلمرة والبلاستيك هي محاكاة تفاعلية ثلاثية الأبعاد لكيمياء المواد تستكشف كيف تؤكم بنية المونومر والترابط بين السلاسل الخواص الميكانيكية للبلاستيك والمطاط. تثبت ثلاث سلاسل جزيئية عملاقة متوازية بين مشابك اختبار الشد. يمكن للطلاب التبديل بين بلمرة الإضافة (سلاسل بولي إيثيلين متكونة بفتح روابط C=C المزدوجة)، وبلمرة التكاثف (سلاسل نايلون متناوبة للمونومرات المشتركة تطلق جزيئات H2O)، وشبكات الإلاستومر المتشابكة المتصلة بجسور تساهمية ذهبية لثنائي الكبريتيد. يؤدي سحب مشبك السحب إلى تمدد السلاسل الملتفة إلى الخارج؛ ويظهر تحرير المشبك كيف تسحب الروابط المتقاطعة سلاسل الإلاستومر مرة أخرى إلى طولها الأصلي بينما يمكن لدائن اللدائن الحرارية غير المتشابكة أن تنزلق وتتشوه.

ما الذي يمكن للطلاب استكشافه

حدد الإضافة (بولي إيثيلين) مع 0 روابط متقاطعة، ورفع درجة الحرارة فوق 400 K، واسحب مشبك السحب الأيمن للخارج لملاحظة انزلاق السلسلة البلاستيكية.
الانتقال إلى إلاستومر متشابك مع 6 روابط متقاطعة، واسحب مشبك السحب لتمديد الشبكة، وتحريرها لمراقبة الارتداد المرن السريع.
حدد التكاثف (نايلون) ولاحظ وحدات المونومر المشتركة الزرقاء والأرجوانية المتناوبة مع جزيئات المنتج الثانوي H2O الحمراء والبيضاء المنبعثة.
زيادة كثافة الروابط المتقاطعة طوال الطريق إلى 10 جسور لتشكيل شبكة بلاستيكية صلبة حرارياً وشعور بمدى مقاومة السلاسل القوية للتمدد.
انقر مباشرة على أي كرة مونومر على طول سلاسل البوليمر لإضافة جسور روابط متقاطعة ثنائية الكبريتيد ومراقبة تشديد الشبكة.

أهداف التعلّم

1التمييز بين بلمرة الإضافة (مونومر واحد، بدون منتج ثانوي) وبلمرة التكاثف (مجموعتان وظيفيتان، القضاء على جزيء صغير).
2شرح كيف تمنع الروابط التساهمية المتقاطعة بين سلاسل البوليمر الانزلاق غير القابل للاسترجاع وتمنح الإلاستومرات المفلكنة ذاكرتها المرنة.
3مقارنة الهياكل الجزيئية والسلوكيات الحرارية للدائن الحرارية، والإلاستومرات، واللدائن الصلبة الحرارية.
4وصف كيف تفك سلاسل البوليمر الملتفة نفسها عند تمددها تحت الشد وترتد بسبب الإنتروبيا وقوى استعادة الروابط المتقاطعة.

أسئلة يطرحها المعلمون

ما الفرق بين بلمرة الإضافة والتكاثف؟

في بلمرة الإضافة، تفتح مونومرات الألكين غير المشبعة (مثل الإيثين) روابطها المزدوجة بين الكربون والكربون لتنضم في سلسلة طويلة واحدة اقتصاد ذرة بنسبة 100% وبدون منتجات ثانوية. في بلمرة التكاثف، تتفاعل المونومرات التي تحتوي على مجموعتين وظيفيتين وتتخلص من جزيء صغير مثل الماء (H2O) أو HCl عند كل ربط.

لماذا تنصهر اللدائن الحرارية عند تسخينها بينما لا تنصهر اللدائن الصلبة الحرارية؟

تتكون اللدائن الحرارية من سلاسل بوليمر منفصلة تتماسك معًا فقط بقوى بين جزيئية ضعيفة يتم التغلب عليها بسهولة عند التسخين، مما يسمح للسلاسل بالانزلاق فوق بعضها البعض. تمتلك اللدائن الصلبة الحرارية روابط تساهمية متقاطعة واسعة النطاق تربط جميع السلاسل في شبكة ثلاثية الأبعاد عملاقة واحدة لا يمكن أن تنصهر دون تفحيم الروابط التساهمية.

كيف تحول الفلكنة المطاط النافذ إلى مواد مرنة قوية؟

يتكون المطاط الطبيعي من سلاسل بولي إيزوبرين ملتفة تنزلق فوق بعضها البعض عندما تسحب دافئة. يؤدي تسخين المطاط بالكبريت (الفلكنة) إلى تكوين روابط تساهمية ثنائية الكبريتيد (-S-S-) بين السلاسل المجاورة بحيث يمكن للسلاسل أن تفك نفسها عند التمدد ولكنها ترتد بسرعة إلى وضعها الأصلي عند إطلاقها.

ما هي درجة البلمرة (n)؟

درجة البلمرة (n) هي عدد وحدات المونومر المتكررة المرتبطة ببعضها البعض في جزيء بوليمر عملاق متوسط، وغالبًا ما تتراوح من مئات إلى عشرات الآلاف في البلاستيك التجاري.

أدرِج هذه المحاكاة في موقعك

ضعها في منصتك التعليمية أو مدونتك أو موقع صفك — مجانًا.

<iframe src="https://kiwibee.io/ar/simulations/polymerisation-plastics-3d-3d-simulation/embed" title="البلمرة والبلاستيك | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

واصل الاستكشاف

Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.

—

Explore the head and neck in 3D: 643 source meshes across 14 layers, 47 facial and masticatory muscles, and 77 drawn nerves, vessels and glands the source scan omits. Open any tooth onto its own pulp canal, and follow the seven stages of tooth development.

—