تويت
كيمياويه (صناعات) Chemical industries - Industries chimiques
الكيمياوية (الصناعات -)
الصناعات الكيمياوية chemical industries قديمة قدم التاريخ، اقتصرت في بدايتها على فصل المركبات الموجودة في المواد الطبيعية النباتية والحيوانية، أو على تفكيك هذه المواد كتحضير الكحول من الكربوهدرات، والصابون والغليسيرين من الشحوم.
ومنذ منتصف القرن التاسع عشر أصبحت الصناعات الكيمياوية تهتم بإنتاج مواد أخرى أكثر تعقيداً، وتطورت تطوراً سريعاً نتيجة اكتشاف تفاعلات عضوية جديدة ومعرفة القوانين الفيزيائية الكيمياوية لسير هذه التفاعلات، وكذلك نتيجة لتطور فروع الصناعات الأخرى المرتبطة بالصناعات الكيمياوية. وقد دفعت الاحتياجات البشرية المستمرة هذا العلم إلى تطوير أبحاث جديدة كثيرة، ساعدت على إنتاج مركبات تشبه المواد الطبيعية، وفي كثير من الأحيان تتفوق عليها من حيث النوعية، أو قد لا تشبهها بتاتاً.
المواد الأولية للصناعات الكيمياوية العضوية:
تمَّ التوصل في منتصف القرن التاسع عشر إلى إنتاج مركبات عطرية (كالبنزن، والتولوين والفينولات والنفتالين وغيرها) من خلال تكويك الفحم الحجري (تحويل الفحم الحجري إلى فحم الكوك)، وعلى أساسها قامت بعض الصناعات الكيمياوية، وخاصة صناعة الأصبغة والعقاقير الطبية. وفي نهاية القرن التاسع عشر تمَّ الحصول على الأسيتيلين من الفحم الحجري وكربيد الكالسيوم. وكذلك إنتاج أول أكسيد الكربون بتغويز الوقود الصلب.
وفي بداية القرن العشرين، ازدادت الحاجة إلى الوقود الناتج من معالجة النفط (بعمليتي التفكك الحراري pyrolysis وتكسير الأجزاء النفطية)؛ وذلك لتطور وسائل النقل الجوي والبري. وإبان سير هاتين العمليتين تتكون غازات تعدّ منتجات ثانوية كالإتيلين والبروبلين والبوتيلينات، وهي تحتل مكاناً مهماً في الصناعات الكيمياوية العضوية.
بدأت الصناعات الكيمياوية في الثلاثينات حتى الخمسينات من القرن العشرين باستخدام النفط والغازين الطبيعي والمرافق بدلاً من الفحم الحجري، نتيجة اكتشاف مكامن ضخمة من النفط والغاز. ولم يقتصر استغلال النفط والغاز على الحصول على الأوليفينات والبرافينات فحسب، بل استعمل أول أكسيد الكربون (بتحويل الغاز الطبيعي) والأسيتيلين بالتفكك الحراري للغاز الطبيعي، وعلى الهدروكربونات العطرية (بإعادة تشكيل الأجزاء النفطية reforming).
وقد أدى ذلك إلى نشوء علم جديد هو علم الصناعات البتروكيمياوية، الذي يندرج ضمن مجال الصناعات الكيمياوية العضوية.
العمليات الأساسية في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية:
ظهر هذا التعبير منذ أن بدأت الصناعات الكيمياوية العضوية باستخدام المواد النفطية. فمن المعروف جيداً عدم وجود اختلاف في صناعة هذه المادة أو تلك من الأسيتيلين أو الهدروكربونات العطرية، سواء كانت المواد الأخيرة من منشأ نفطي أم من الفحم الحجري.
وانطلاقاً من وجهة النظر هذه يكون مفهوم العمليات الأساسية في الصناعات العضوية والبتروكيمياوية واحداً حيث يعبر كل منهما عن فرع واحد من فروع التقانة.
تمثل العمليات الأساسية حجر الأساس في مختلف أنواع هذه الصناعات. وهي تقوم على المعالجة الأولية للبرافينات والأوليفينات والهدروكربونات العطرية والأسيتيلين وأول أكسيد الكربون، وكذلك على إنتاج الهدروكربونات الهالوجينية والكحولات والفينولات والألدهدات والكيتونات والحموض الكربوكسيلية ومركبات النترو والأمينات، أي كل المركبات التي يعتمد عليها تصنيع مركبات عضوية أخرى أكثر تعقيداً.
ويمكن تقسيم هذه المواد حسب الأهمية التطبيقية إلى مجموعتين رئيسيتين:
1) مواد وسطية تستخدم في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية، كالمونوميرات اللازمة لإنتاج مواد ذات جزئيات ضخمة.
2) مواد نهائية ذات استخدامات معينة، مثل المنظفات والمبيدات العضوية والأصبغة واللدائن وزيوت التزليق والمذيبات والمواد اللاصقة، وغيرها.
وهكذا تبدأ الصناعات الكيمياوية بالمعالجة الأولية للهدروكربونات، وتنتهي بالحصول على مواد بوليميرية ومبيدات كيمياوية ومنظفات وغيرها من المواد ذات الاستخدام الخاص.
لذلك انقسم فرع الصناعات الكيمياوية في أثناء تطوره إلى عدد من الأقسام الخاصة، كتقانة اللدائن (المواد البلاستيكية) والمطاط الصنعي، والألياف (الخيوط) الكيمياوية والأصبغة والأدوية وغيرها.
نواتج العمليات الأساسية في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية:
- النواتج الوسطية: ينتمي إلى المنتجات الوسطية عدد كبير من المركبات العضوية الكلورية، التي تستخدم من أجل إدخال ذرة الكلور السهلة الحركة، والقادرة على التبادل مع مجموعات متنوعة من جزيء آخر.
فمثلاً يحضر 1، 2 - ثنائي كلور الإيتان بهدف معالجته وتحويله فيما بعد إلى كلور الفينيل.
وكمثال آخر عن النواتج الوسطية، أكسيد الأتيلين، الذي يستخدم لتحويله إلى غليكولات وإيتانول أمين ومواد فعالة سطحياً غير أيونية. وهناك عدد كبير من المركبات الوسطية من الكحولات والألدهدات والحموض الكربوكسيلية، تستخدم في تحضير مركبات أخرى أكثر تعقيداً، فالكحول الإتيلي مثلاً ليس مجرد مذيب جيد أو وقود للمجموعات الصاروخية، بل يعدّ مادة أولية لتصنيع كلٍ من البوتاديين -1، 3 والإستيرات الإتيلية والإتيرات الإتيلية وغيرها.
المونوميرات أو المواد الأولية الضرورية لإنتاج المواد البوليميرية:
توفر العمليات الأساسية في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية المواد الأولية الضرورية لصناعة اللدائن والمطاط الصنعي وأنواع الطلاء والصمغ والألياف وغيرها، حيث تتمتع الأوليفينات الأحادية كالإتيلين والبروبلين والأيزوبيوتلين والبوتادين - 1، 3 والإيزوبرن والستيرين، بأهمية كبرى بين المونوميرات، وذلك لاستخدامها في صناعة المطاط.
أيضاً، تعدّ المونوميرات الفينيلية من المواد المهمة، مثل الفينيل أسيتات CH2= CH-OCOCH3 والإتيرات الفينيلية CH2= CHOR وكلور الفينيل CH2= CH-Cl وأحادي كلور ثلاثي فلور الإتيلين C Cl F = CF2 ورباعي فلور الإتيلين CF2=CF2 وغيرها. وتستطيع المونوميرات الأكريلية (التي تحتوي على رابطة ثنائية) الدخول في عملية البلمرة (الشكل 1/1):
(الشكل 1/1)
وقد تحدث بلمرة في الرابطة الثنائية الواقعة بين الكربون والأكسجين، وتتكون عندئذٍ بوليميرات ذات سلاسل غير متجانسة تحوي البنية الأساسية في سلسلة ذرات الكربون والأكسجين، وكمثال نموذجي هناك البولي فورم ألدهيد (الشكل 1/2).
(الشكل 1/2)
ومن المواد الأولية الضرورية لعمليات البلمرة بالتكاثف المتعدد، المركبات ذات الوظيفة الثنائية والمتعددة كالحموض الثنائية الكربوكسيل ومشتقاتها (الشكل 1/3).
(الشكل 1/3)
والكحولات الثنائية الهدروكسيل والمتعددة (الشكل 1/4).
(الشكل 1/4)
تعطي الكحولات في أثناء تكاثفها المتعدد البولي إتيرات، كما أنها تتكاثف مع الحموض الثنائية الوظيفة، وتشكل البولي إتيلين تيري فتالات والبوليميرات الغليفتالية والبولي كربونات وغيرها. وتتكون بوليميرات مهمة من تكاثف الحموض الثنائية الوظيفة الكربوكسيلية مع الأمينات الثنائية كسداسي متيلين ثنائي أمين - 1، 6 أو الكايرولاكتام (الشكل 1/5).
(الشكل 1/5)
ويحتل كلٍ من الفينول والفورم ألدهد والميلامين واليوريا، مكانة مهمة في صناعة الراتنجات. أيضاً تستخدم مركبات السليكون العضوية R2SiCl2 ودي إيزوسيانات O=C=NRN=C=O والمشتقات الثنائية الكلور Cl-(CH2)n- Cl لصناعة البوليميرات السليكونية وبوليميرات الكربامات الإيتيلية والبولي سولفيدات.
الملدنات والمواد المساعدة الأخرى المستعملة في تحضير المواد البوليميرية:
يطلق اسم ملدنات plasticizers على المواد التي تضاف إلى بعض البوليميرات بكميات تصل إلى 31-40% بهدف تحسين صفاتها المتعلقة باللدونة والمرونة.
وتتعين صلاحية الملدن بمدى قدرته على التواجد مع البوليمير وتتحدد هذه القدرة بمدى التشابه في بنيتها الكيمياوية.
ومن بين الملدنات المهمة الأستيرات ذات درجات الغليان المرتفعة كثنائي بوتيل فتالات وثلاثي كريزيل فوسفات وبعض أستيرات الكحولات العليا مع الحموض ثنائية الوظيفة الكربوكسيلية، أو أستيرات الكحولات ثنائية الوظيفة الهدروكسيلية مع الحموض الكربوكسيلية. إضافة إلى الزيوت المعدنية، تستخدم الهدروكربونات الألكيلية العطرية والبولي أوليفينات الدنيا كملدنات للمطاط الصنعي. وهناك كثير من الملدنات الأخرى، منها على سبيل المثال إتيرات الحموض الكبريتية، والأميدات السلفونية.
أما المواد المساعدة، فهي تستخدم في عمليات البلمرة كمبادرات ومواد حفازة ومنظمات ومثبتات.
المنظفات والمواد الاصطناعية الفعالة سطحياً
تستخدم هذه المواد، خاصة، لتنظيف الثياب والأواني، وفي صناعة الأقمشة لغسل الخيوط قبل صبغها. كما تستخدم في تنظيف أجزاء الآلات من الزيوت والأوساخ الميكانيكية. وتقوم هذه المواد بدور المستحلبات في أثناء التفاعلات غير المتجانسة الأطوار في البلمرة الاستحلابية، وفي تحضير مستحلبات ثابتة للمبيدات الكيمياوية المستعملة في المنازل والزراعة، تستخدم أيضاً في صناعة العطور ومواد التجميل والصابون.
تقسم المنظفات والمواد الفعالة سطحياً إلى مواد أيونية وغير أيونية، تختلف بعضها عن بعض في احتوائها أو عدم احتوائها على مجموعات قادرة على التفكك في المحاليل المائية. وتكون المواد الأيونية إما أنيونية أو كاتيونية. ومن أهم المواد الفعالة الأنيونية (الشكل 2/1).
(الشكل 2/1)
والمنظفات ذات الفعالية الكاتيونية أقل أهمية من الأولى، وتتألف من أملاح الأمينات أو القواعد النشادرية الرباعية كملح ألكيل بنزيل ثلاثي ميتيل النشادر (الشكل 2/2).
(الشكل 2/2)
تحتوي هذه المركبات على مجموعة هدروفوبية وأخرى هدروفيلية (قطبية) تعمل على خفض قوى التوتر السطحي الفاصل بين طورين (زيت - ماء).
ظهرت في السنوات الأخيرة المنظفات غير الأيونية، وهي تصنع من أكسيد الإتيلين ومواد عضوية أخرى كالكحولات والأمينات والحموض الكربوكسيلية وغيرها، منها على سبيل المثال (الشكل 2/3).
(الشكل 2/3)
وتأتي الخصائص الهدروفيلية لهذه المواد من مجموعة الإيتوكسي - (CH2-CH2O)n.
الوقود الاصطناعي وزيوت التشحيم والمواد المضافة إليها:
رافق تطور المحركات ذات الاحتراق الداخلي المستخدمة في السيارات والطائرات ظهور أنواع من الوقود ذات عدد أوكتان مرتفع. حيث تم تحضير الأيزوأوكتان (الشكل 2/4).
(الشكل 2/4)
واتفق على أن عدده الأوكتاني مساوياً (100)، وتم تحضير هدروكربونات ومزائج قريبة من الأيزأوكتان. ولقد تضاءلت أهمية هذا الوقود وذلك لإيجاد طرائق لتحويل أجزاء النفط إلى وقود ذي عدد أوكتان مرتفع بعملية إعادة تشكيل reforming.
ومع ظهور المجموعات الصاروخية، ازداد الطلب على الوقود الصناعي (كالميتانول والإيتانول والإتيل أمينات وثنائي ميتيل الهدرازين وبعض المركبات العضوية المعدنية).
يحضر القسم الأكبر من زيوت التزليق حتى اليوم من النفط، بيد أن استخدام بعض المحركات عند مجال واسع من درجات الحرارة (-60مْ حتى 300 ْم) وتحت ضغوط مرتفعة، أدت جميعها إلى البحث عن زيوت تزليق اصطناعية، تتمتع بمقاومة شديدة للحرارة حيث تؤمن عملاً طويلاً عند درجة حرارة منخفضة أو مرتفعة، وتتميز بضعف ارتباط لزوجتها بدرجة الحرارة، وبمقاومتها للأكسدة والتفكك الحراري ومنع تآكل الفلزات.
تنتمي زيوت التزليق الاصطناعية إلى مجموعات عديدة من المركبات العضوية أهمها: بوليمير الأوليفينات الدنيا والألكيلات العطرية، وإستيرات الحموض الكربوكسيلية ثنائية الوظيفة مع الكحولات العليا، وإستيرات الكحولات المتعددة الهدروكسيل مع الكحولات العليا، والبوليميرات السليكونية العضوية ذات الرابطة السيلوكانية Si -O- Si، وكذلك رابع فلور الكربون وفلور- كلور الكربون (التي يستبدل فيها كلياً ذرات الهدروجين بالهالوجين).
وتزداد أهمية المواد المضافة إلى الوقود والزيوت، كالمواد المقاومة للتآكل والتأكسد، إضافة إلى مواد تضاف لتخفيض درجة تجمد الزيوت وتحسن خصائصها اللزوجية.
المذيبات والمستخلصات:
حتى وقت قريب استخدم، البنزن والإيتانول مذيبات أساسية، ومع تطور الصناعة أصبحت الحاجة ماسة لمذيبات تتمتع بقدرة إذابة واستخلاص أفضل، ورخص الثمن، وسهولة التحضير، وانخفاض السمية. ومن المركبات العضوية المستخدمة كمذيبات ومستخلصات صناعية المشتقات الهدروكربونية الكلورية (كرابع كلور الكربون وكلور الميتلين وثلاثي أو رباعي كلور الإيتلين) والكحولات (كالإيتانول والبروبانول والكحولات البوتيلية والأميلية) والكيتونات وإستيرات حمض الخل (الإتيل والبوتيل والأميل أسيتات) وإستيرات الإتيلين غليكول. وقد استخدمت المذيبات مواد ماصة للغازات والأبخرة، ولفصل الهدروكربونات العطرية عن منتجات تقطير النفط، ولإزالة الشحوم وتنظيف الآلات، وفي عمليات فصل مركبات العناصر النادرة (كاليورانيوم) عن الخامات. كما استخدمت في عمليات الاستخلاص لفصل الزيوت والشحوم، وفي عمليات البلورة في أثناء اصطناع البوليميرات الضرورية في صناعة الورنيش والأصبغة. كذلك استخدمت مع المبيدات الكيمياوية.
المبيدات الكيمياوية[ر. المبيدات الزراعية]:
سبب التوسع الصناعي الكبير في مجال البتروكيمياء، في العقود الخمسة الأخيرة، ازدياداً في الإنتاج الصناعي ومخلفاته، من الغازات والحموض والمعادن والقلويات والأملاح والزيوت التي تطرح في الجو والتربة والأنهار والبحيرات والغازات الضارة. ومن هذه الملوثات أكاسيد الكربون وأكاسيد الكبريت وأكاسيد الآزوت والهباب والدخان والغبار ومركبات هدروكربونية وغيرها.
وتستعمل المصانع البتروكيمياوية المياه في عمليات التبريد، ثم تقوم بقذف هذه المياه، وهي في درجات حرارية عالية إلى الأنهار أو البحيرات مما يُنتج زيادة في نمو بعض النباتات والبكتريا والأشنيات الخضراء المزرقة، والتي تستهلك بدورها الأكسجين في الماء، حيث يتغير تدريجياً لون البحيرات وتصبح رائحتها كريهة، يضاف إلى ذلك تأثير ارتفاع درجة الحرارة في الحياة الحيوانية في ماء النهر.
ولمعالجة المخلفات الصناعية السائلة، تحدد في البداية مكوناتها اللاعضوية والعضوية، وتستخدم لفصلها عمليات الترشيح أو الترقيد أو طرائق التبخير والتقطير المجزأ. ثم يعالج الماء الممدد بعمليات الهضم والتعديل والمبادلات الشاردية. وأخيراً تسحب المخلفات السائلة إلى حراقات إذا كانت قابلة للاحتراق، وتدفن في أعماق سحيقة في الأرض.
ولمعالجة المخلفات الغازية الصناعية تفصل المواد الصلبة بالطرائق الميكانيكية كالترسيب الإلكتروستاتي أو بغسيل الغازات بالماء أو سوائل أخرى.
صباح السباعي، موفق تلاوي
الكيمياوية (الصناعات -)
الصناعات الكيمياوية chemical industries قديمة قدم التاريخ، اقتصرت في بدايتها على فصل المركبات الموجودة في المواد الطبيعية النباتية والحيوانية، أو على تفكيك هذه المواد كتحضير الكحول من الكربوهدرات، والصابون والغليسيرين من الشحوم.
ومنذ منتصف القرن التاسع عشر أصبحت الصناعات الكيمياوية تهتم بإنتاج مواد أخرى أكثر تعقيداً، وتطورت تطوراً سريعاً نتيجة اكتشاف تفاعلات عضوية جديدة ومعرفة القوانين الفيزيائية الكيمياوية لسير هذه التفاعلات، وكذلك نتيجة لتطور فروع الصناعات الأخرى المرتبطة بالصناعات الكيمياوية. وقد دفعت الاحتياجات البشرية المستمرة هذا العلم إلى تطوير أبحاث جديدة كثيرة، ساعدت على إنتاج مركبات تشبه المواد الطبيعية، وفي كثير من الأحيان تتفوق عليها من حيث النوعية، أو قد لا تشبهها بتاتاً.
المواد الأولية للصناعات الكيمياوية العضوية:
تمَّ التوصل في منتصف القرن التاسع عشر إلى إنتاج مركبات عطرية (كالبنزن، والتولوين والفينولات والنفتالين وغيرها) من خلال تكويك الفحم الحجري (تحويل الفحم الحجري إلى فحم الكوك)، وعلى أساسها قامت بعض الصناعات الكيمياوية، وخاصة صناعة الأصبغة والعقاقير الطبية. وفي نهاية القرن التاسع عشر تمَّ الحصول على الأسيتيلين من الفحم الحجري وكربيد الكالسيوم. وكذلك إنتاج أول أكسيد الكربون بتغويز الوقود الصلب.
وفي بداية القرن العشرين، ازدادت الحاجة إلى الوقود الناتج من معالجة النفط (بعمليتي التفكك الحراري pyrolysis وتكسير الأجزاء النفطية)؛ وذلك لتطور وسائل النقل الجوي والبري. وإبان سير هاتين العمليتين تتكون غازات تعدّ منتجات ثانوية كالإتيلين والبروبلين والبوتيلينات، وهي تحتل مكاناً مهماً في الصناعات الكيمياوية العضوية.
بدأت الصناعات الكيمياوية في الثلاثينات حتى الخمسينات من القرن العشرين باستخدام النفط والغازين الطبيعي والمرافق بدلاً من الفحم الحجري، نتيجة اكتشاف مكامن ضخمة من النفط والغاز. ولم يقتصر استغلال النفط والغاز على الحصول على الأوليفينات والبرافينات فحسب، بل استعمل أول أكسيد الكربون (بتحويل الغاز الطبيعي) والأسيتيلين بالتفكك الحراري للغاز الطبيعي، وعلى الهدروكربونات العطرية (بإعادة تشكيل الأجزاء النفطية reforming).
وقد أدى ذلك إلى نشوء علم جديد هو علم الصناعات البتروكيمياوية، الذي يندرج ضمن مجال الصناعات الكيمياوية العضوية.
العمليات الأساسية في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية:
ظهر هذا التعبير منذ أن بدأت الصناعات الكيمياوية العضوية باستخدام المواد النفطية. فمن المعروف جيداً عدم وجود اختلاف في صناعة هذه المادة أو تلك من الأسيتيلين أو الهدروكربونات العطرية، سواء كانت المواد الأخيرة من منشأ نفطي أم من الفحم الحجري.
وانطلاقاً من وجهة النظر هذه يكون مفهوم العمليات الأساسية في الصناعات العضوية والبتروكيمياوية واحداً حيث يعبر كل منهما عن فرع واحد من فروع التقانة.
تمثل العمليات الأساسية حجر الأساس في مختلف أنواع هذه الصناعات. وهي تقوم على المعالجة الأولية للبرافينات والأوليفينات والهدروكربونات العطرية والأسيتيلين وأول أكسيد الكربون، وكذلك على إنتاج الهدروكربونات الهالوجينية والكحولات والفينولات والألدهدات والكيتونات والحموض الكربوكسيلية ومركبات النترو والأمينات، أي كل المركبات التي يعتمد عليها تصنيع مركبات عضوية أخرى أكثر تعقيداً.
ويمكن تقسيم هذه المواد حسب الأهمية التطبيقية إلى مجموعتين رئيسيتين:
1) مواد وسطية تستخدم في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية، كالمونوميرات اللازمة لإنتاج مواد ذات جزئيات ضخمة.
2) مواد نهائية ذات استخدامات معينة، مثل المنظفات والمبيدات العضوية والأصبغة واللدائن وزيوت التزليق والمذيبات والمواد اللاصقة، وغيرها.
وهكذا تبدأ الصناعات الكيمياوية بالمعالجة الأولية للهدروكربونات، وتنتهي بالحصول على مواد بوليميرية ومبيدات كيمياوية ومنظفات وغيرها من المواد ذات الاستخدام الخاص.
لذلك انقسم فرع الصناعات الكيمياوية في أثناء تطوره إلى عدد من الأقسام الخاصة، كتقانة اللدائن (المواد البلاستيكية) والمطاط الصنعي، والألياف (الخيوط) الكيمياوية والأصبغة والأدوية وغيرها.
نواتج العمليات الأساسية في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية:
- النواتج الوسطية: ينتمي إلى المنتجات الوسطية عدد كبير من المركبات العضوية الكلورية، التي تستخدم من أجل إدخال ذرة الكلور السهلة الحركة، والقادرة على التبادل مع مجموعات متنوعة من جزيء آخر.
فمثلاً يحضر 1، 2 - ثنائي كلور الإيتان بهدف معالجته وتحويله فيما بعد إلى كلور الفينيل.
وكمثال آخر عن النواتج الوسطية، أكسيد الأتيلين، الذي يستخدم لتحويله إلى غليكولات وإيتانول أمين ومواد فعالة سطحياً غير أيونية. وهناك عدد كبير من المركبات الوسطية من الكحولات والألدهدات والحموض الكربوكسيلية، تستخدم في تحضير مركبات أخرى أكثر تعقيداً، فالكحول الإتيلي مثلاً ليس مجرد مذيب جيد أو وقود للمجموعات الصاروخية، بل يعدّ مادة أولية لتصنيع كلٍ من البوتاديين -1، 3 والإستيرات الإتيلية والإتيرات الإتيلية وغيرها.
المونوميرات أو المواد الأولية الضرورية لإنتاج المواد البوليميرية:
توفر العمليات الأساسية في الصناعات الكيمياوية والبتروكيمياوية المواد الأولية الضرورية لصناعة اللدائن والمطاط الصنعي وأنواع الطلاء والصمغ والألياف وغيرها، حيث تتمتع الأوليفينات الأحادية كالإتيلين والبروبلين والأيزوبيوتلين والبوتادين - 1، 3 والإيزوبرن والستيرين، بأهمية كبرى بين المونوميرات، وذلك لاستخدامها في صناعة المطاط.
أيضاً، تعدّ المونوميرات الفينيلية من المواد المهمة، مثل الفينيل أسيتات CH2= CH-OCOCH3 والإتيرات الفينيلية CH2= CHOR وكلور الفينيل CH2= CH-Cl وأحادي كلور ثلاثي فلور الإتيلين C Cl F = CF2 ورباعي فلور الإتيلين CF2=CF2 وغيرها. وتستطيع المونوميرات الأكريلية (التي تحتوي على رابطة ثنائية) الدخول في عملية البلمرة (الشكل 1/1):
(الشكل 1/1)
وقد تحدث بلمرة في الرابطة الثنائية الواقعة بين الكربون والأكسجين، وتتكون عندئذٍ بوليميرات ذات سلاسل غير متجانسة تحوي البنية الأساسية في سلسلة ذرات الكربون والأكسجين، وكمثال نموذجي هناك البولي فورم ألدهيد (الشكل 1/2).
(الشكل 1/2)
ومن المواد الأولية الضرورية لعمليات البلمرة بالتكاثف المتعدد، المركبات ذات الوظيفة الثنائية والمتعددة كالحموض الثنائية الكربوكسيل ومشتقاتها (الشكل 1/3).
(الشكل 1/3)
والكحولات الثنائية الهدروكسيل والمتعددة (الشكل 1/4).
(الشكل 1/4)
تعطي الكحولات في أثناء تكاثفها المتعدد البولي إتيرات، كما أنها تتكاثف مع الحموض الثنائية الوظيفة، وتشكل البولي إتيلين تيري فتالات والبوليميرات الغليفتالية والبولي كربونات وغيرها. وتتكون بوليميرات مهمة من تكاثف الحموض الثنائية الوظيفة الكربوكسيلية مع الأمينات الثنائية كسداسي متيلين ثنائي أمين - 1، 6 أو الكايرولاكتام (الشكل 1/5).
(الشكل 1/5)
ويحتل كلٍ من الفينول والفورم ألدهد والميلامين واليوريا، مكانة مهمة في صناعة الراتنجات. أيضاً تستخدم مركبات السليكون العضوية R2SiCl2 ودي إيزوسيانات O=C=NRN=C=O والمشتقات الثنائية الكلور Cl-(CH2)n- Cl لصناعة البوليميرات السليكونية وبوليميرات الكربامات الإيتيلية والبولي سولفيدات.
الملدنات والمواد المساعدة الأخرى المستعملة في تحضير المواد البوليميرية:
يطلق اسم ملدنات plasticizers على المواد التي تضاف إلى بعض البوليميرات بكميات تصل إلى 31-40% بهدف تحسين صفاتها المتعلقة باللدونة والمرونة.
وتتعين صلاحية الملدن بمدى قدرته على التواجد مع البوليمير وتتحدد هذه القدرة بمدى التشابه في بنيتها الكيمياوية.
ومن بين الملدنات المهمة الأستيرات ذات درجات الغليان المرتفعة كثنائي بوتيل فتالات وثلاثي كريزيل فوسفات وبعض أستيرات الكحولات العليا مع الحموض ثنائية الوظيفة الكربوكسيلية، أو أستيرات الكحولات ثنائية الوظيفة الهدروكسيلية مع الحموض الكربوكسيلية. إضافة إلى الزيوت المعدنية، تستخدم الهدروكربونات الألكيلية العطرية والبولي أوليفينات الدنيا كملدنات للمطاط الصنعي. وهناك كثير من الملدنات الأخرى، منها على سبيل المثال إتيرات الحموض الكبريتية، والأميدات السلفونية.
أما المواد المساعدة، فهي تستخدم في عمليات البلمرة كمبادرات ومواد حفازة ومنظمات ومثبتات.
المنظفات والمواد الاصطناعية الفعالة سطحياً
تستخدم هذه المواد، خاصة، لتنظيف الثياب والأواني، وفي صناعة الأقمشة لغسل الخيوط قبل صبغها. كما تستخدم في تنظيف أجزاء الآلات من الزيوت والأوساخ الميكانيكية. وتقوم هذه المواد بدور المستحلبات في أثناء التفاعلات غير المتجانسة الأطوار في البلمرة الاستحلابية، وفي تحضير مستحلبات ثابتة للمبيدات الكيمياوية المستعملة في المنازل والزراعة، تستخدم أيضاً في صناعة العطور ومواد التجميل والصابون.
تقسم المنظفات والمواد الفعالة سطحياً إلى مواد أيونية وغير أيونية، تختلف بعضها عن بعض في احتوائها أو عدم احتوائها على مجموعات قادرة على التفكك في المحاليل المائية. وتكون المواد الأيونية إما أنيونية أو كاتيونية. ومن أهم المواد الفعالة الأنيونية (الشكل 2/1).
(الشكل 2/1)
والمنظفات ذات الفعالية الكاتيونية أقل أهمية من الأولى، وتتألف من أملاح الأمينات أو القواعد النشادرية الرباعية كملح ألكيل بنزيل ثلاثي ميتيل النشادر (الشكل 2/2).
(الشكل 2/2)
تحتوي هذه المركبات على مجموعة هدروفوبية وأخرى هدروفيلية (قطبية) تعمل على خفض قوى التوتر السطحي الفاصل بين طورين (زيت - ماء).
ظهرت في السنوات الأخيرة المنظفات غير الأيونية، وهي تصنع من أكسيد الإتيلين ومواد عضوية أخرى كالكحولات والأمينات والحموض الكربوكسيلية وغيرها، منها على سبيل المثال (الشكل 2/3).
(الشكل 2/3)
وتأتي الخصائص الهدروفيلية لهذه المواد من مجموعة الإيتوكسي - (CH2-CH2O)n.
الوقود الاصطناعي وزيوت التشحيم والمواد المضافة إليها:
رافق تطور المحركات ذات الاحتراق الداخلي المستخدمة في السيارات والطائرات ظهور أنواع من الوقود ذات عدد أوكتان مرتفع. حيث تم تحضير الأيزوأوكتان (الشكل 2/4).
(الشكل 2/4)
واتفق على أن عدده الأوكتاني مساوياً (100)، وتم تحضير هدروكربونات ومزائج قريبة من الأيزأوكتان. ولقد تضاءلت أهمية هذا الوقود وذلك لإيجاد طرائق لتحويل أجزاء النفط إلى وقود ذي عدد أوكتان مرتفع بعملية إعادة تشكيل reforming.
ومع ظهور المجموعات الصاروخية، ازداد الطلب على الوقود الصناعي (كالميتانول والإيتانول والإتيل أمينات وثنائي ميتيل الهدرازين وبعض المركبات العضوية المعدنية).
يحضر القسم الأكبر من زيوت التزليق حتى اليوم من النفط، بيد أن استخدام بعض المحركات عند مجال واسع من درجات الحرارة (-60مْ حتى 300 ْم) وتحت ضغوط مرتفعة، أدت جميعها إلى البحث عن زيوت تزليق اصطناعية، تتمتع بمقاومة شديدة للحرارة حيث تؤمن عملاً طويلاً عند درجة حرارة منخفضة أو مرتفعة، وتتميز بضعف ارتباط لزوجتها بدرجة الحرارة، وبمقاومتها للأكسدة والتفكك الحراري ومنع تآكل الفلزات.
تنتمي زيوت التزليق الاصطناعية إلى مجموعات عديدة من المركبات العضوية أهمها: بوليمير الأوليفينات الدنيا والألكيلات العطرية، وإستيرات الحموض الكربوكسيلية ثنائية الوظيفة مع الكحولات العليا، وإستيرات الكحولات المتعددة الهدروكسيل مع الكحولات العليا، والبوليميرات السليكونية العضوية ذات الرابطة السيلوكانية Si -O- Si، وكذلك رابع فلور الكربون وفلور- كلور الكربون (التي يستبدل فيها كلياً ذرات الهدروجين بالهالوجين).
وتزداد أهمية المواد المضافة إلى الوقود والزيوت، كالمواد المقاومة للتآكل والتأكسد، إضافة إلى مواد تضاف لتخفيض درجة تجمد الزيوت وتحسن خصائصها اللزوجية.
المذيبات والمستخلصات:
حتى وقت قريب استخدم، البنزن والإيتانول مذيبات أساسية، ومع تطور الصناعة أصبحت الحاجة ماسة لمذيبات تتمتع بقدرة إذابة واستخلاص أفضل، ورخص الثمن، وسهولة التحضير، وانخفاض السمية. ومن المركبات العضوية المستخدمة كمذيبات ومستخلصات صناعية المشتقات الهدروكربونية الكلورية (كرابع كلور الكربون وكلور الميتلين وثلاثي أو رباعي كلور الإيتلين) والكحولات (كالإيتانول والبروبانول والكحولات البوتيلية والأميلية) والكيتونات وإستيرات حمض الخل (الإتيل والبوتيل والأميل أسيتات) وإستيرات الإتيلين غليكول. وقد استخدمت المذيبات مواد ماصة للغازات والأبخرة، ولفصل الهدروكربونات العطرية عن منتجات تقطير النفط، ولإزالة الشحوم وتنظيف الآلات، وفي عمليات فصل مركبات العناصر النادرة (كاليورانيوم) عن الخامات. كما استخدمت في عمليات الاستخلاص لفصل الزيوت والشحوم، وفي عمليات البلورة في أثناء اصطناع البوليميرات الضرورية في صناعة الورنيش والأصبغة. كذلك استخدمت مع المبيدات الكيمياوية.
المبيدات الكيمياوية[ر. المبيدات الزراعية]:
سبب التوسع الصناعي الكبير في مجال البتروكيمياء، في العقود الخمسة الأخيرة، ازدياداً في الإنتاج الصناعي ومخلفاته، من الغازات والحموض والمعادن والقلويات والأملاح والزيوت التي تطرح في الجو والتربة والأنهار والبحيرات والغازات الضارة. ومن هذه الملوثات أكاسيد الكربون وأكاسيد الكبريت وأكاسيد الآزوت والهباب والدخان والغبار ومركبات هدروكربونية وغيرها.
وتستعمل المصانع البتروكيمياوية المياه في عمليات التبريد، ثم تقوم بقذف هذه المياه، وهي في درجات حرارية عالية إلى الأنهار أو البحيرات مما يُنتج زيادة في نمو بعض النباتات والبكتريا والأشنيات الخضراء المزرقة، والتي تستهلك بدورها الأكسجين في الماء، حيث يتغير تدريجياً لون البحيرات وتصبح رائحتها كريهة، يضاف إلى ذلك تأثير ارتفاع درجة الحرارة في الحياة الحيوانية في ماء النهر.
ولمعالجة المخلفات الصناعية السائلة، تحدد في البداية مكوناتها اللاعضوية والعضوية، وتستخدم لفصلها عمليات الترشيح أو الترقيد أو طرائق التبخير والتقطير المجزأ. ثم يعالج الماء الممدد بعمليات الهضم والتعديل والمبادلات الشاردية. وأخيراً تسحب المخلفات السائلة إلى حراقات إذا كانت قابلة للاحتراق، وتدفن في أعماق سحيقة في الأرض.
ولمعالجة المخلفات الغازية الصناعية تفصل المواد الصلبة بالطرائق الميكانيكية كالترسيب الإلكتروستاتي أو بغسيل الغازات بالماء أو سوائل أخرى.
صباح السباعي، موفق تلاوي