Bebek Bezindeki Polimerler Sıvıyı Nasıl Emer?

Hayatımızın hemen hemen her alanında polimerlere rastlamak mümkün. Öyle ki hazır bebek bezlerine sahip oldukları sıvı emme özelliğini veren dahi içlerindeki süper emici polimerler. Yüksek miktarda sıvı tutabilen bu polimerler en çok bebek bezlerinde kullanılsa da tıbbi uygulamalardan tarım ve madenciliğe kadar pek çok alanda da görev alabiliyor. Gelin, bu etkinliğimizde süper emici polimerlerin sıvıyı nasıl tuttuğunu öğrenelim.

Bilmekte fayda var!

Üstün mekanik özellikleri dolayısıyla pek çok alanda kullanılabilen polimerler, monomer adı verilen küçük moleküllerin bir araya gelmesiyle oluşan uzun zincirli yapılardır. Tek bir polimer zincirinde bile binlerce monomer olabilir. Polimerlerin özellikleri zincirleri oluşturan monomerlerin yapısı, dizilişi, zincirlerin birbirleriyle etkileşimi gibi etkenler tarafından belirlenir. Bu sayede sert, yumuşak, esnek, kırılgan vb. özelliklerin yanı sıra ışıkla hareket eden veya sıcaklığa bağlı olarak fiziksel değişim gösteren farklı polimerler elde edilebilir.

Sıvı tutma özelliğine sahip polimer de bunlardan biri. Süper emici olarak da bilinen bu polimerler hidrofilik (suyu seven) özellik gösterir. Polimer zincirleri kuruyken birbirlerine dolaşık haldedir, sıvıyla temas ettiklerinde ise birbirlerinden uzaklaşırlar. Ancak zincirler birbirlerine çapraz bağlarla bağlandığı için çözünmezler. Bu sayede şişerek kendi ağırlıklarının birkaç yüz katı kadar sıvı tutabilirler. Bu polimerin tutabildiği sıvının miktarı monomerin yapısı, polimerdeki çapraz bağ yoğunluğu veya polimerin elektriksel yükü gibi polimerle ile ilgili özelliklerin yanı sıra polimerle temas eden sıvının iyon miktarına da bağlıdır. Örneğin süper emici bir polimer ağırlığının 800 katı kadar saf suyu tutabilirken musluk suyuna maruz kaldığında ağırlığının ancak 300 katı kadar su tutabilir.

Nelere ihtiyacımız var?

. Bebek bezi

. Makas

. Bardak

. Su

. Tuz

. Renkli karton (veya kağıt)

Ne yapıyoruz?

Bebek bezini kenarlarından kesip üst katmanını ayıralım. İçindeki beyaz kuma benzer tanecikleri karton zemine dökelim ve kartonda toplanan tanecikleri bardağa aktaralım. Üstüne su dolduralım. 1-2 dakika içinde polimerlerin bütün suyu tuttuğunu ve hatta bardağı ters çevirdiğimizde dahi suyun dökülmediğini gözlemleyebiliriz. Bardaktaki su-polimer karışımından bir miktar alıp incelediğimizde polimerlerin şişerek jele benzer bir yapıya dönüştüğünü görürüz.

Peki, bardakta kalan karışımı tekrar eski haline getirmek ister misiniz? O zaman bardağın içine bir kaşık tuz ekleyip iyice karıştıralım. Bu işlem sırasında polimerler yapılarında tuttukları suyu bırakır ve su tekrar açığa çıkar.

Ne oldu?

Bebek bezlerinde kullanılan süper emici polimerler sodyum poliakrilattır.

Hidrofilik yani suyu seven bu polimerin yapısında sodyum (Na⁺) ve karboksilat (COO^-) iyonları vardır. Nötr olan polimer, su ya da sulu çözeltilerle temas ettiğinde yapısındaki bu artı ve eksi yükler su molekülleriyle etkileşime girer. Çünkü su molekülü (H₂O), hidrojen atomlarının üzerinde artı yükler, oksijen atomunun üzerinde ise eksi yükler yoğunlaştığı için polar yani kutuplu bir moleküldür. Bu durum su molekülleri arasındaki bağların kuvvetini artırırken suyun elektriksel olarak yüklü taneciklerle etkileşime girmesini de sağlar.

Suyun oksijen atomuyla etkileşime giren Na⁺ iyonları suda çözünerek zincirden ayrılır. Polimer zincirleri üzerinde kalan COO^- iyonları aynı yüklü oldukları için elektrostatik kuvvetle birbirlerini itmeye başlar. Böylece polimer yumağı genişler. Ancak zincirler arasında ağ oluşumunu sağlayan çapraz bağlar sayesinde polimer suda çözünmez. Genişleyen polimer yumağı, içine daha fazla su alabilir. Zincir üzerindeki COO^- iyonları su molekülleriyle etkileşime girdiği için polimer zincirleri arasına giren su polimer tarafından tutulur.

Polimer zincirinden ayrılan Na⁺ iyonları polimer ağı içinde serbest olarak hareket eder, ancak zayıf da olsa polimer zincirlerindeki COO^- tarafından çekildikleri için polimer ağını terk etmezler. Bu nedenle polimer ağındaki iyon yoğunluğu, polimerin bulunduğu ortamdakinden daha yüksek olur. Bu yoğunluk farkına bağlı olarak, su az yoğun ortamdan çok yoğun ortama hareket ederek polimer zincirlerinin arasına girer ve polimer şişer.

Eğer polimerin olduğu ortama tuz (NaCl) eklenirse, ortamın iyon konsantrasyonu artar. Bu durumda polimerin tuttuğu su molekülleri daha yoğun ortama geçer, polimer zincirleri üzerindeki negatif yüklü gruplar ortamdaki sodyum iyonları tarafından nötrleştirilir. Bu sayede polimer zincirleri tekrar birbirlerinin içine geçerek düzensiz bir hal alır.

Siz de bu etkinliği farklı markalara ait bebek bezlerinden birim ağırlıkta polimerle deneyerek bebek bezlerinde kullanılan polimerlerin sıvı emiciliğini test edebilir ya da aynı polimeri farklı sıvılarda deneyerek hangi sıvıları daha iyi tuttuğunu gözlemleyebilirsiniz.

Kaynaklar:

• Niu, H. Ve Hu, W., The Use of Super Absorbent Polymer for Interior Decoration Materials, Advanced Materials Research, Cilt, 573-574, s. 140, 2012.

• http://chimianet.zefat.ac.il/download/super-absorbant_polymers.pdf