الصدأ
المساحيق
المادة اللينة.
سنتحدث في هذه المادة عن تشكل الصدأ، وما ينجم عن مساحيق الغسيل، والمواد اللينة.
تخصص الدول الصناعية ما نسبته ثلاثة بالمائة من منتجاتها السنوية لإصلاح الأعطال الناجمة عن التآكل. عشرون بالمائة من الحديد الذي يتم إنتاجه كل عام يعاد تكريره نتيجة إصابته بالتآكل. هناك أنواع كثيرة من التآكل، إلا أن أكثرها شيوعا هو الصدأ.
هناك ظاهرة كيميائية تسبب للبلدان الصناعية خسائر جسيمة جدا تسمى بالتآكل.
يصيب التآكل كل أنواع المعادن، ما يؤدي إلى تلفها وانهيارها اخيرا، يصيب التآكل السيارات والسفن والجسور والبوابات والأعمال الفنية وغيرها.
اكثر أشكال التآكل شيوعا هو الصدأ الذي يتشكل فوق الحديد، والمواد التي يدخل فيها الحديد عبر هبوط في درجة الحرارة بوجود الماء.
لنرى في حركة سريعة كيف يتشكل الصدأ على قطعة من الحديد.
يحدث التآكل الكيميائي على مراحل متعددة.
لا بد من ثلاثة عناصر هامة كي يتشكل الصدأ هي الحديد والأوكسجين والماء.
أولا: تتخلى بعض ذرات الحديد عن اثنين من إلكتروناتها لتتحول إلى أيون الحديد.
الأيون هو الذرة التي تفقد أو تكسب الإلكترونات. يتحلل أيون الحديد بالماء.
ثانيا: يمتزج الإلكترون الطليق بأوكسجين الهواء، الذي يتحلل في الماء.
لينتج عن هذا التفاعل أيون الهيدروكسيل.
هذه الأيونات تحفز تشكيل الصدأ.لأنها تحتوي على شحنات كهربائية سلبية. تنجذب أيونات الهيدروكسيل بأيونات الحديد، التي تملك شحنات إيجابية. فتتشكل ترسبات على سطح الحديد في مادة لا تتحلل بالماء، تعرف بالصدأ.
عند وضع الصدأ تحت مجهر إلكتروني متخصص برؤية أسطح الأشياء يتضح أن الصدأ يبدو كمعدن ذو هيكلية بالغة التعقيد، تتشكل من الزجاج ومواد غير متبلوره، اي ليس لها شكل واضح بعد.
هناك عدة أنواع من الصدأ، ما يعقد محاولات العلماء للحئول دونها.
الأشياء التي تتعرض للهواء، والرطوبة، عادة ما تكون ضعيفة أمام التآكل أيضا.
الماء والأوكسجين ليسا بالعنصرين الوحيدين للتآكل. فالتلوث في الهواء يلعب دورا هاما في تسريع الصدأ في المعادن. فالرطوبة في الهواء تترك طبقة كثيفة على أسطح المعادن أيضا. التلوث الصلب أو الغازي يتراكم على تلك الأسطح أيضا وبتحلل في طبقتها الرطبة.
عادة ما تكثف هذه الطبقة الرطوبة الحامضية، كثاني أكسيد السولفر مثلا، المتواجد في النفايات الصناعية وأجواء المدن، الذي يتحلل بالماء ليشكل حامض السولفر ما يسرع التآكل.
منذ بداية هذا القرن، تزايد مستوى الحامض البيئي نتيجة التلوث. فبدأ تلف الهياكل المعدنية في المناطق السكنية يثير القلق الشديد.
الجزيئات الصلبة التي تتراكم على أسطح المعادن نتيجة تلوث البيئة تسبب التآكل أيضا. جزيئات الملح في الأجواء البحرية، كلورايد الصوديوم، الذي ينشأ في البحر، يتحول إلى أيونات الكلورايد وأيونات الصوديوم.
تزيد هذه الأيونات المحللة من جعل الماء موصلا، ما يسهل تخلي ذرات الحديد عن بعض إلكتروناتها، التي هي الخطوة الأولى نحو تشكيل الصدأ.
الا أن هناك سبل متعددة للوقاية من التآكل.
هناك أولا الإجراءات الوقائيه، التي يتم التوصل إليها عبر تغليف المعادن بطبقة واقية تحمي من الصدأ. أثناء تصنيع السيارات تغمس اجسامها بالكامل في مواد واقية تصل إلى جميع الزوايا فيها. ومن ثم يأتي الطلاء الذي يشكل عازلا بين الأجواء الخارجية والحديد، يساعد على تأخير الصدأ.
يتم اللجوء إلى الإجراءات الوقائية للحؤول دون إتلاف مياه البحر لهياكل الإسمنت المعززة. يحدث ذلك بضغط شحنات كهربائية داخل الأعمدة، للحؤول دون التفاعل الذي يؤدي إلى تحلل المعادن.
تحمل الشحنات الكهربائية معها الإلكترونات، التي تعزز المعدن وتحول دون تخليه عن أيونات الحديد، يحدث ذلك من التآكل الكيميائي.
يتبع هذا الأسلوب لحماية الجسور، أو محطات التوليد الخاصة بالمد والجزر.
يتبع في علم الآثار الأسلوب نفسه لاستعادة الأثريات الثمينة من الأماكن التي هجرت فيها.
تنجم طبقات الصدأ البحرية عن أملاح الحديد الناتجة عن تأثير مياه البحر على المعادن. ينجم عن أملاح الحديد حامض الهيدروكليريك الذي يتلف جزءا من معدن الأشياء.
هناك أسلوب بسيط في تنظيف الأثريات. إذ يتم وضعها مع الصدأ، في مستوعب من الإلكتروليتيك. وبعد مئات من الساعات، يلين مرور الألكترونات طبقة الصدأ فيتم إخراج القطعة الأثرية حينها، وكأنها في قالب ما.
اتبع هذا الأسلوب لاستعادة مدفع من سفينة روسية تعود للقرن الثامن عشر. رغم أن الصدأ ما زال مشكلة لا نستطيع حلها بالكامل، إلا أن التقنيات الحديثة منحتنا سبلا افضل، للسيطرة على التآكل.
مساحيق الغسيل
حيثما يوجد الماء وجدت أسباب الصدأ، أحد الأسباب التي تحول دون صدأ الغسالات من الداخل هو احتواء مساحيق الغسيل على سيليكات الصوديوم. يحول هذا المركب دون تحلل أيونات الحديد في الماء. سيليكات الصوديوم، هي إحدى المركبات الكيميائية لمساحيق الغسيل.
لا تعتبر مساحيق الغسيل عموما من المواد السامة، مع أن بعضها يمكن أن يكون ضارا بالطبيعة.
عادة ما يحتوي أي من هذه المساحيق على دزينة من العناصر الكيميائية. لثلاثة منها تأثير مباشر على الكفاءة في التنظيف. إنها مساحيق تنظيف فعالة ومساحيق مبيضه ومساحيق ملينة للملابس أيضا.
مساحيق التنظيف هي مركبات كيميائية بسيطه، تلعب دورين على صلة بتركيبة جزيئاتها.
لجزيئاتها أشكال شبكية طويله، تنتهي إحدى أطرافها بالهيدروفيليك. أي أنها تتفاعل مع المياه.
والنهاية الأخرى هي ليبو فيليك، أي أنها تتفاعل مع الدهون أو ما شابه. هذا العنصر الأخير هو ما يزيل الدهون عن الأقمشة.
حين تغمس بقعة الدهن في الماء، لا تتعرض للبلل بسهوله. لأن الماء يواجه صعوبة في عبور البقع أو الوقوف بينها وبين الأنسجة.
تميل المياه لتشكيل طبقة على سطح بقع الدهون. وهي تتماسك معا، لتنشئ قوة تعرف بالتوتر السطحي. يحول التوافق بين هذا التوتر ورفض بقعة الدهن دون تشبعها بالماء.
من أدوار هذه المساحيق أنها تخفض من مستوى التوتر بحيث يمكن أن يبل القماش، الأمر الضروري لغسله.
ثم يبدأ عنصر اليبوفيليك في لعب دوره.
فهو يؤدي الدور الثاني لمسحوق الغسيل، بإزالة بقع الدهون التي على القماش.
مسألة إزالة الدهون بالغة البساطة فعلا.
أثناء توجه اليبوفيليك لإزالة بقع الدهون، يتوجه الهيدروفيليك من المسحوق إلى الكمية الكبيرة من الماء المحيط بالمسحوق فالدهون المحاطة بجزيئات المسحوق. الآلية المستمرة في عملية الغسيل، تجرد الأنسجة من البقع.
تقاوم البقع الملونة بالمقابل والناجمة عن مواد عضوية كالقهوة والشاي والفاكهة عناصر المسحوق المركب.
للتخلص من هذه البقع يتم اللجوء إلى المبيضات، وهي تتألف من عنصر ثان في المركب، يضاف إلى المسحوق، يتوجه المبيض مباشرة إلى التركيبة الكيميائية لجزيئات البقع، فيشطرها إلى جزيئات اصغر يصبح من السهل إزالتها عن القماش.
وصف الغسيل الجيد لسوء الحظ اسهل من القيام به. خصوصا إذا كانت المياه تحتوي على الكالسيوم والماغنيزيوم.
كثير من البقع كالقهوه، مشحونة بأيونات سلبية على سطحها، هذه الشحنات الكهربائية تجذب الأيونات الموجبة المتمثلة بالكالسيوم والماغنيزيوم الموجودة في الماء.
تميل هذه الأيونات إلى التمسك في أنسجة القماش، لنأخذ مثال على ذلك الترسبات التي تتركها في الغسالات ليصعب إزالة البقع، خصوصا وأنها تتفاعل مع المساحيق، فتقلل من فعالية المواد المبيضة.
لهذا من الأفضل التخلص من أيونات الكلسيوم، الموجودة عادة بكميات كبيرة.
لهذا تدخل المواد الملينة في العملية كالفوسفات.الذي يتولى الإمساك بالكالسيوم الإيجابي وأيونات الماغنيزيا من المياه، وهذا ما تفعله باقي العناصر في المساحيق لتقوم بمهماتها في التنظيف.
المساحيق والبيئة
رغم أن المساحيق لا تضر مباشرة بالكائنات الحية إلا أنها تضر بالبيئة.
فإن تكاثرها في ممرات الأنهر والبحيرات يزيد من نمو الطحالب، أو العضويات البحرية الأخرى. يمكن لهذا التزايد، أن يؤثر سلبا على التوازن البيئي الطبيعي للمياه. إذ تقوم الفوسفات بدور تخميري. فتصبح المياه غنية بالأغذية، وخصوصا بمركبات الفوسفور.
يؤدي الفوسفور الفائض في الماء إلى نمو الطحالب سريعا، ما يعني عدم التوازن البيئي.
تتغذى البكتيريات الحيوائية على الطحالب التي تستهلك الأوكسجين من الماء.
وعندما يتم استهلاك الجزء الأكبر من الأوكسجين، تنمو البكتيريا الغير حيوائية التي تستطيع العيش في غياب الأوكسجين، وعلى حساب البكتيريا الحيوائية.
تنجم المثانا عن هذه البكتيريا الأخيرة ، إلى جانب الهيدروجين والسولفايد، التي تبعث رائحة عفن كريهة.
كما أن استنزاف الأوكسجين في الطبيعة يؤثر على الحيوانات فيها، فتختفي أنواع كاملة من الأسماك.
لهذا من الضروري جدا أن نقلل من استخدامنا للفوسفات، خصوصا وأننا نعرف بأن أربعين بالمائة من الفوسفات الناجمة عن مياه الصرف الصحي تأتي من غسيل الملابس.
تقدمت عدة شركات بما يمكن أن يحل محل الفوسفات، ليكون اكثر ملاءمة للبيئة.
فتوصلت إحداها إلى حامض السيتريك، وهي مادة طبيعية تحتوي على عصير الليمون بين عناصر أخرى. وهو مستخدم كملين ضمن عناصر مساحيق الغسيل المستعملة حاليا.
حامض السيتريك لا يترك مضاعفات جدية كما أنه يتلاشى بسرعة،
على أمل ألا تتغلب رغبتنا بغسيل انظف على حاجتنا للحفاظ على بيئة أنظف.
المادة اللينة
عرف الصمغ كمساحيق الغسيل منذ مئات السنين. وكان أول أنواعه يصنع من المواد الطبيعية ، كالبيض والدقيق، او حتى من الدم. أما اليوم فقد حل الصمغ الصناعي محل هذه المواد الطبيعية. الصمغ كغيره من المركبات يخضع لدراسات واسعة جديد تعرف بدراسة المادة اللينة.
ما زالت الكيمياء حتى اليوم، ترى المادة في ثلاث أشكال رئيسيه تعتمد على شكلها الصلب، وشكلها السائل، وشكلها الغازي.
وقد علم أن المادة تتنقل بين شكل واخر، حسب درجة الحرارة وظروف الضغط.
فعادة ما تكون الجزيئات في حالتها الصلبة متماسكة مع بعضها، فالجليد الصلب مثلا ، يتشكل من أجزاء مائية متماسكة.
أما في حالتها الغازية بالمقابل، فتعيش الجزيئات حالة من الفوضى، فهي تنطلق بعيدا، وكأنها منفصلة عن بعضها البعض.
اما حالتها المائية فهي تبقى بينهما، بحيث أن الجزئيات قريبة من بعضها باعتدال وتنزلق إحداها فوق الأخرى بحريه نسبيه.
إلى جانب هذه الحالات الثلاث، هناك حالة أخرى بين صلابة الماء والسائل.
تعرف هذه المادة المميزة، بالمادة المركزة. أو الأكثر شهرة بلقب : المادة اللينة.
نظرا لأصولها المباشرة من المواد الطبيعية الغنية تقدم المادة اللينة الكثير من المواد القابلة للتغير بسرعة.
الصمغ مثلا، والطلاء، والسائل الزجاجي، وحتى اللبن، جميعها تتشكل من المواد اللينة.
يمكن تعريف المواد اللينة على أنها شبكة من الجزيئات الطويلة التي تعرف بالبوليمير أو الصمغ. وهي تتشكل بدورها من مزيج لوحدات أساسية تعرف بالمونيمير، وهي متواصلة مع بعضها البعض.
عند تماسك جزيئات البوليمير، مع بعضها تشكل هيكلا زجاجيا، متسلسلا، وهي تبدل أشكالها باستمرار، لأن جزيئاتها الأساسية تغير مواقعها من بعضها البعض.
صمغ الغراء هو مادة لينه شائعة الاستعمال، ما زالت ترمز إلى مشكلة بالنسبة للعلماء.
ما زالت ظاهرة الغراء غير واضحة المعالم حتى كتابة هذا الموضوع.
لاحظ العلماء أن شطر التماسك الكيميائي المطاط لغراء البوليمير يحتاج من مائة إلى ألف ضعف الطاقة المطلوبة لشطر التماسك الغير مطاط في أنواع اخرى من الغراء.
بما أنه لا يمكن قياس قوة الغراء بدقه، يعتد المصنعين ببعض المعلومات عما ستكون عليه حالة الغراء فيما بعد.
وكل ما يمكن أن يفعلونه في المختبرات، هو قياس نتيجة فصل المركبات المتماسكة.
يتم القيام بذلك عبر مجموعة من التحاليل والتجارب المخبرية. يعتمد أحدها على إلصاق لوحتين من مادة محددة، إحداهما فوق الأخرى، وإخضاعها للضغط الموازي ، لمعرفة مقاومة غراء الصمغ بهذا الاتجاه.
في تجربة أخرى يتم إخضاع اللوحتين إلى ضغط بالاتجاه المعاكس، لقياس قوة مقاومة الغراء بالاتجاه نفسه.
تحدد هذه التجارب المخبرية للصناعي ما هي قوة تماسك مادة الغراء المصنوعة لديه، على اعتبار أن للصمغ نوعين من قوة التماسك.
قوة التماسك الأولى هي قوة التماسك التي تجمع بين جزيئات الغراء والمادة المستعملة فيها.
أما القوة الثانية فهي الخاصة بقوة التماسك بين جزيئات الغراء مع بعضها البعض.
حين يعود إخفاق الغراء إلى إخفاق في التماسك بين الغراء والمادة، يعني أن النوع الأول من التماسك اضعف من النوع الثاني.
اذا ما حصل ذلك فهو يعني أن الصمغ لا يتميز بقوة كافية للتمسك بالمواد الأخرى. أما أن عاد السبب للقوة الثانية، فهو يترك أثرا للغراء على جانبي المادة. وبالتالي يكون التماسك مع المادة الأخرى أقوى من تماسك جزيئات الغراء مع بعضها البعض. بهذه الحالة، كأن التماسك واضحا تجاه المادة، إلا أن جزيئات الغراء تحطمت حين تعرضت لقوة الكسر.
أما في الواقع فعادة ما يحدث توافق بين نوعين من الإخفاق.
وهكذا تتم المقارنة بين النوعين الأول والثاني من قوة التماسك ، لتقييم فعالية الغراء.
مركبات أخرى كسائل الزجاج هي أيضا مواد لينه.
سائل الزجاج هو في مرحلة وسيطة بين الزجاج والسائل.
والحقيقة أن تناسق جزيئاته حائر بين التراتبية الكاملة للزجاج وعدم النظام السائد في السائل حيث تتحرك الجزيئات عشوائيا.
اكثر أنواع الزجاج السائل شيوعا، زجاج النيماتيك، الذي يستعمل في ساعات السائل الزجاجي كما وفي شاشات الكمبيوتر الرقيقة جدا.
يوضع الزجاج السائل بين طبقتين رقيقتين من ألواح الزجاج . عادة ما تؤقلم جزيئات الزجاج الطويلة نفسها مع اتجاه ألواح الزجاج. فيكون لها شكل الزجاج الشفاف.
وعندما تتعرض لحقل كهربائي، تتجه الجزيئات إلى موازات ذلك الحقل، وبمواجهة لوح الزجاج، ما يعدل شكل الرؤية، ليصبح بعدها داكنا.
الفائدة الرئيسية من أنظمة الزجاج السائل، هو أنه يحتاج إلى كمية قليلة من الكهرباء كي يعمل.
أضف إلى أنها الوسيلة الإلكترونية الوحيدة التي يمكن قراءتها بوضوح في وضح النهار.
المواد اللينة هي واحدة من حقول البحث الرئيسية الغريبة، التي يكثر استعمالها في المجالات الصناعية.
الحديد المقاوم للصدأ، مسحوق غسيل عجيب، وغراء بقوة تماسك هائلة. كيميائيو اليوم يعالجون معضلات لم يكن لزملائهم في القرون الوسطى، حتى أن يحلمون بها.
--------------------انتهت.
