ما هي السيليكونات؟ فهم التركيب والفرق عن السيليكون والسيليكا

ثلاثة أسماء متقاربة لثلاثة أشياء مختلفة

السيليكون، الذي يسمى أيضًا السليكون أو السليسيوم، عنصر كيميائي رمزه Si. أما السيليكا فهي ثاني أكسيد السيليكون وصيغتها SiO₂، وتوجد في صور منها الكوارتز. والسيليكونات مواد بوليمرية تحتوي روابط بين السيليكون والأكسجين مع مجموعات عضوية مرتبطة بالبنية. التشابه في الاسم لا يجعلها مادة واحدة. ^[4]

لذلك لا يصح تفسير مرونة قطعة من مطاط السيليكون بخصائص عنصر السيليكون وحده، ولا اعتبار البوليمر نوعًا من الرمل. والسيليكون النقي المستعمل في الشرائح الإلكترونية يختلف عن مادة سيليكونية تستعمل لإحكام الوصلات أو حماية جزء من جهاز. ^[2][4]

كيف نقرأ سلسلة عديد ثنائي ميثيل السيلوكسان؟

من السيليكونات الشائعة عديد ثنائي ميثيل السيلوكسان، ويختصر إلى PDMS. في نموذجه الخطي تتناوب ذرات السيليكون والأكسجين في السلسلة، وترتبط بكل ذرة سيليكون مجموعتا ميثيل. صيغة مجموعة الميثيل هي CH₃، وكلمة «ثنائي» هنا تتعلق بوجود مجموعتين منها على الوحدة. ^[1][4]

يمكن إظهار الجزء المتكرر بالصورة [-Si(CH₃)₂-O-]ₙ. تشير الأقواس إلى الوحدة التي نكررها، ويدل الرمز n على عدد مرات التكرار. الشرطتان عند طرفي الوحدة تعنيان اتصالها ببقية السلسلة، وليستا إشارتين لشحنة سالبة.

هذه صيغة للوحدة المتكررة في المثال الخطي، وليست وصفًا لكل السيليكونات ولا صيغة نهائية لسلسلة كاملة. نوع المجموعات العضوية والمجموعات الطرفية والبنية المتفرعة أو الشبكية يغير الوصف المناسب للمادة. راتنجات السيليكون، مثلًا، قد تضم شبكات أكثر تفرعًا من هذه السلسلة البسيطة. ^[3]

مثال: عدّ الذرات دون نسيان الأطراف

تحتوي الوحدة المعروضة على ذرة سيليكون وذرة أكسجين ومجموعتي CH₃؛ أي ذرتي كربون وست ذرات هيدروجين. تخيل جزءًا داخليًا من سلسلة يضم 20 وحدة من هذا النوع. في الوحدات العشرين وحدها نجد 20 ذرة سيليكون و 20 ذرة أكسجين و 40 ذرة كربون و 120 ذرة هيدروجين.

الحساب يعتمد على تكرار الوحدة: مجموعات الميثيل 2×20=40، والهيدروجين 3×40=120. لا نضيف أكسجينًا ثانيًا لكل وحدة؛ فرمز O في الجزء المكتوب واحد، رغم أن ذرة السيليكون الداخلية تتصل بأكسجين من الجهتين عند وصل الوحدات.

هذا عدّ تعليمي للوحدات الداخلية، وليس حسابًا مكتملًا لتركيب جزيء معين. للوصول إلى صيغة السلسلة كلها يلزم معرفة ما يوجد عند طرفيها. كما لا يصف العدد 20 كل سلسلة في عينة بوليمرية؛ قد تحتوي العينة سلاسل بأطوال مختلفة.

من السائل إلى المطاط: ما الذي يتغير؟

يمكن تصميم مواد سيليكونية على هيئة سوائل أو مطاط أو راتنجات، وتتغير خواصها بحسب التركيب. السلاسل الخطية والترابط العرضي بين السلاسل عاملان يساعدان على فهم هذا التنوع، لكنهما ليسا العاملين الوحيدين. ^[1][2][3]

في النموذج الشبكي، تربط وصلات كيميائية سلاسل مختلفة، فتحد من انزلاقها الكامل بعضها فوق بعض. يوضح ذلك لماذا نحتاج إلى دراسة الشبكة عند تفسير السلوك المطاطي، لا الاكتفاء برؤية صيغة وحدة واحدة. الرسم داخل المقال يبين فكرة الاتصال فقط، دون تحديد نوع كيميائي معين لكل وصلة. ^[1]

وتؤثر المجموعات العضوية والمواد المضافة وتركيبة المنتج في المرونة والالتصاق ومقاومة الظروف. حتى مواد تحمل الاسم العام نفسه يمكن أن تستجيب بصورة مختلفة؛ فاسم العائلة لا يغني عن بيانات النوع المختار. ^[3]

أين تستعمل السيليكونات، وكيف نصف خواصها؟

تدخل مواد من هذه العائلة في زيوت التشحيم ومواد إحكام الوصلات والطلاءات وبعض منتجات العناية الشخصية. وتوجد تركيبات تستخدم في الإلكترونيات وفي معالجة أسطح المنسوجات. تختلف الوظيفة بحسب ما إذا كان المطلوب سيولة أو مرونة أو التصاقًا أو طبقة واقية. ^[1][2][4]

كذلك لا توجد درجة حرارة قصوى واحدة تصلح لجميع المنتجات السيليكونية. يلزم معرفة النوع ومدة التعرض والظروف المحيطة، وقد تختلف قدرة المادة على العمل المستمر عن قدرتها على تحمل تعرض قصير. لا نستبدل هذه المعلومات بعبارة «لا يتأثر بالحرارة». ^[1][3]

ولا يدل الاسم الكيميائي وحده على صلاحية منتج لملامسة الطعام أو لاستخدام طبي. هذه خصائص تتعلق بمنتج محدد ومتطلبات استخدامه. عند قراءة بطاقة مادة سيليكونية، ابحث عن شكلها وتركيبها ومجال استعمالها، ثم قارن بياناتها بالحاجة الفعلية، بدل نقل حكم عام على العائلة كلها.