كيف تعمل كيمياء صبغات النسيج؟

إذا رميتَ قميصًا أبيض في ماء أحمر، فهل سيخرج أحمر؟ ربما، لكن قد يزول اللون فورًا. إن عملية "الصباغة" الحقيقية لا تقتصر على مجرد تلطيخ الملابس؛ بل هي "تفاعل جزيئي" يحدث في العالم المجهري.

تُعتبر كيمياء النسيج في جوهرها علم إقناع الجزيئات الملونة بالارتباط بجزيئات الألياف . ولتحقيق ذلك، يستخدم العلماء فيزياء الكم لإنتاج اللون وآليات كيميائية ذكية لتثبيته في مكانه.

1. من أين يأتي اللون؟ (الهوائيات الجزيئية)

قبل أن نتحدث عن الصباغة، نحتاج إلى فهم مصدر اللون.

في العالم المجهري، تعمل جزيئات الصبغة كهوائيات صغيرة. هذه الهوائيات لا تلتقط أي إشارة عشوائية؛ بل هي مضبوطة لامتصاص أطوال موجية محددة من الضوء.

• الكروموفور (الهوائي): هو الجزء الأساسي من الجزيء المسؤول عن اللون. يتكون عادةً من سلسلة من الروابط الأحادية والثنائية المتناوبة (نظام مترافق) حيث يمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية. يلتقط هذا التركيب طاقة الضوء، مما يجعل الجزيء يبدو ملونًا.
• الأوكسوكروم (المُوَافِق): لا يكفي وجود هوائي؛ فنحن نحتاج أيضًا إلى "مُوَافِق". الأوكسوكرومات هي مجموعات كيميائية تعمل كمقابض للتحكم في مستوى الصوت. يمكنها ضبط شدة اللون أو تغيير درجته (مثل تحويل الأصفر إلى برتقالي)، كما أنها تساعد الصبغة على الذوبان في الماء.3

2. كيف "تلتصق" الصبغة بالملابس؟

تختلف الأقمشة المختلفة (القطن، الصوف، الحرير، البوليستر) في خصائصها، لذا فهي تتطلب مواد لاصقة أو مثبتات مختلفة لتثبيت الصبغة. وهناك أربع آليات تثبيت رئيسية:

الآلية 1: الأصفاد القوية (الروابط التساهمية)

• الخامة: قطن، كتان (ألياف السليلوز).
• نوع الصبغة: أصباغ تفاعلية.
• المبدأ: هذا هو أقوى أنواع الارتباط. يحمل جزيء الصبغة "قفلًا" كيميائيًا. في ظل الظروف القلوية، يثبت هذا القفل مباشرة على جزيء ألياف السليلوز.
• النتيجة: يندمج الصبغ والألياف فعلياً ليصبحا جزيئاً عملاقاً واحداً. ما لم تتلف النسيج، يصعب جداً إزالة اللون. لهذا السبب تبقى قمصانك القطنية ثابتة اللون بعد الغسيل.

الآلية الثانية: تأثير المغناطيس (الروابط الأيونية)

• النسيج: صوف، حرير، نايلون (ألياف بروتين/بولي أميد).
• نوع الصبغة: أصباغ حمضية.
• المبدأ: الأضداد تتجاذب. في محلول حمضي، تكتسب ألياف الصوف شحنة موجبة . تحمل جزيئات الصبغة الحمضية شحنة سالبة . تعمل الصبغة كمغناطيس سالب الشحنة، فتلتصق بقوة بألياف الصوف موجبة الشحنة.
• ملاحظة: إذا قمت بغسل الصوف بصابون قلوي، فقد تختفي الشحنة المغناطيسية، مما يتسبب في بهتان اللون.

الآلية الثالثة: المشي الشبح عبر الجدران (حل متكامل)

• الخامة: بوليستر (ألياف صناعية).

• نوع الصبغة: أصباغ التشتيت.

• المبدأ: البوليستر يشبه البلاستيك الصلب ذو البنية المتماسكة ولا يحتوي على "مقابض" لامتصاص الصبغة. لذلك، نستخدم الحرارة (حوالي 130 درجة مئوية).

  • الحرارة: تبدأ سلاسل البوليمر في الألياف بالاهتزاز بعنف، مما يخلق فجوات صغيرة - مثل الشقوق التي تفتح في الجدار.
  • التغلغل: تتحول جزيئات الصبغة إلى "أشباح" (متفرقة جزيئياً) وتنزلق إلى هذه الفجوات.
  • المصيدة: عند التبريد، تعود سلاسل الألياف إلى وضعها الأصلي، مما يحبس الصبغة في الداخل. في الكيمياء، يُطلق على هذه الظاهرة نظرية "المحلول الصلب".6

الآلية الرابعة: سفينة في زجاجة (أصباغ الخزانات)

• الخامة: دنيم/جينز (قطن).

• نوع الصبغة: أصباغ الأحواض (مثل النيلي).

• المبدأ: صبغة النيلة غير قابلة للذوبان بشكل طبيعي (مثل الصخر).

  1. التحويل: نستخدم مواد كيميائية (عوامل اختزال) لتحويلها إلى شكل قابل للذوبان في الماء و"غير مرئي" (شكل Leuco) حتى تتمكن من التسرب داخل الألياف.
  2. الكشف: بمجرد دخولنا، نعرض القماش للهواء. يتفاعل الأكسجين مع الصبغة، فيعيدها على الفور إلى حالتها الأصلية غير القابلة للذوبان "الصخرية".
  3. والنتيجة: الأمر أشبه بتجميع سفينة داخل زجاجة؛ يمكنها الدخول، لكنها لا تستطيع الخروج.

3. لماذا نضيف كل هذه الكمية من الملح؟

إذا زرت مصنعاً لصبغ القطن، فسترى أنهم يلقون أطناناً من الملح في الماء. لماذا؟

• المشكلة: تكتسب ألياف القطن في الماء شحنة سطحية سالبة. ومعظم الأصباغ مشحونة أيضًا بشحنة سالبة. فهي تعمل كمغناطيسين متقابلين بنفس القطبية، أي تتنافر. تحاول الصبغة الاقتراب، لكن مجال قوة غير مرئي (جهد زيتا) يدفعها بعيدًا.
• دور الملح (صانع السلام): يتحلل الملح (كلوريد الصوديوم) إلى أيونات صوديوم موجبة. تتجمع هذه الأيونات الموجبة على سطح القطن، مما يؤدي إلى معادلة أو "حجب" الشحنة السالبة.
• النتيجة: يختفي التنافر، ويمكن للصبغة أخيرًا الاقتراب من الليف والالتصاق به.12

4. الأصباغ مقابل الملونات: ليسا الشيء نفسه

يخلط الكثير من الناس بين الأصباغ والصبغات.

14

5. الخاتمة

في المرة القادمة التي ترى فيها قطعة ملابس ذات لون زاهٍ، فكر فيها على أنها إنجاز هندسي جزيئي:

• تستخدم الأصباغ الحمضية التجاذب المغناطيسي .
• تستخدم الأصباغ التفاعلية اللحام الكيميائي .
• تستخدم الأصباغ المشتتة التمدد الحراري .
• تستخدم أصباغ الأحواض خدعة تغيير الشكل .

وراء كل لون يكمن تعاون مثالي بين الفيزياء والكيمياء.