पॉलीइलेक्ट्रोलाइट

पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स पॉलिमर हैं जिनकी दोहराई जाने वाली इकाइयां इलेक्ट्रोलाइट समूह रखती हैं। आयन ऋणायन और धनायन पोलीइलेक्ट्रोलाइट्स हैं। ये समूह जलीय घोल (पानी) में पृथक्करण (रसायन विज्ञान) करते हैं, जिससे पॉलिमर आवेश (भौतिकी) बनते हैं। पॉलीइलेक्ट्रोलाइट गुण इस प्रकार इलेक्ट्रोलाइट्स (लवण) और पॉलिमर (उच्च आणविक भार यौगिक) दोनों के समान होते हैं और कभी-कभी इन्हें पॉलीसाल्ट्स कहा जाता है। लवण की तरह, उनके समाधान विद्युत प्रवाहकीय होते हैं। पॉलिमर की तरह, उनके समाधान प्रायः चिपचिपाहट वाले होते हैं। चार्ज आणविक श्रृंखला, सामान्यतः नरम पदार्थ प्रणालियों में उपस्थित होती है, संरचना, स्थिरता और विभिन्न आणविक विधानसभाओं की बातचीत को निर्धारित करने में मौलिक भूमिका निभाती है। सैद्धांतिक दृष्टिकोण उनके सांख्यिकीय गुणों का वर्णन करने के लिए उनके विद्युत तटस्थ समकक्षों से गहराई से भिन्न होते हैं, जबकि प्रौद्योगिकी और औद्योगिक क्षेत्र उनके अद्वितीय गुणों का शोषण करते हैं। अनेक जैविक अणु पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीपेप्टाइड्स, ग्लाइकोसामिनोग्लाइकेन्स और डीएनए पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स हैं। विभिन्न प्रकार के उद्योगों में प्राकृतिक और सिंथेटिक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स दोनों का उपयोग किया जाता है।

आवेश
अम्ल को या तो कमजोर अम्ल या दृढ़ अम्ल के रूप में वर्गीकृत किया जाता है (और क्षार(रसायन विज्ञान) इसी प्रकार या तो कमजोर आधार या दृढ़ आधार हो सकता है)। इसी प्रकार, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स को कमजोर और दृढ़ प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। दृढ़ पॉलीइलेक्ट्रोलाइट वह है जो सबसे उचित पीएच मानों के समाधान में प्रत्येक प्रकार से अलग हो जाता है। कमजोर पॉलीइलेक्ट्रोलाइट, इसके विपरीत, ~ 2 से ~ 10 की सीमा में पृथक्करण स्थिरांक (पीकेए या पीकेबी) है, जिसका अर्थ है कि यह मध्यवर्ती पीएच में आंशिक रूप से अलग हो जाएगा। इस प्रकार, कमजोर पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स समाधान में प्रत्येक प्रकार से आवेश नहीं होते हैं, और इसके अतिरिक्त उनके आंशिक आवेश को समाधान पीएच, काउंटर-आयन एकाग्रता, या आयनिक शक्ति को परिवर्तित करके संशोधित किया जा सकता है।

पॉलीइलेक्ट्रोलाइट समाधानों के भौतिक गुण सामान्यतः चार्जिंग की इस डिग्री से दृढ़ता से प्रभावित होते हैं। चूंकि पॉलीइलेक्ट्रोलाइट पृथक्करण काउंटर-आयन निरंतर करता है, यह आवश्यक रूप से समाधान की आयनिक शक्ति को प्रभावित करता है, और इसलिए डेबी की लंबाई। यह विपरीत में अन्य गुणों को प्रभावित करता है, जैसे चालकता (इलेक्ट्रोलाइटिक)।

जब दो विपरीत रूप से आवेश किए गए पॉलिमर (अर्थात, पॉलीकेशन का समाधान और पॉलीअनियन का समाधान) मिलाया जाता है, तो सामान्यतः बल्क कॉम्प्लेक्स (अवक्षेपण) बनता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि विपरीत आवेश वाले पॉलिमर दूसरे को आकर्षित करते हैं और साथ बांधते हैं।

रचना
किसी भी बहुलक की संरचना अनेक कारकों से प्रभावित होती है: विशेष रूप से बहुलक वास्तुकला और विलायक संबंध सम्मिलित हैं। पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स के स्थिति में, आवेश का भी प्रभाव पड़ता है। जबकि अपरिवर्तित रैखिक बहुलक श्रृंखला सामान्यतः समाधान में यादृच्छिक रचना में पाई जाती है ( स्व-परहेज त्रि-आयामी यादृच्छिक चलने का बारीकी से अनुमान लगाती है), रैखिक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखला पर आरोप दूसरे को दोहरी परत बलों के माध्यम से पीछे हटा देंगे, जिससे श्रृंखला का कारण बनता है अधिक विस्तारित, कठोर-छड़ जैसी रचना को अपनाएं। यदि समाधान में अतिरिक्त नमक का बड़ा सौदा होता है, तो आरोपों की परीक्षण की जाएगी और इसके परिणामस्वरूप पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखला अधिक परंपरागत संरचना (अनिवार्य रूप से अच्छे विलायक में तटस्थ श्रृंखला के समान) के लिए गिर जाएगी।

पॉलिमर रासायनिक संरचना निश्चित रूप से कई थोक गुणों (जैसे चिपचिपाहट, मैलापन, आदि) को प्रभावित करती है। यद्यपि पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स की सांख्यिकीय रचना को पारंपरिक बहुलक सिद्धांत के वेरिएंट का उपयोग करके कैप्चर किया जा सकता है, लेकिन इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की लंबी दूरी की प्रकृति के कारण, यह सामान्य रूप से पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखलाओं को ठीक से मॉडल करने के लिए अधिक कम्प्यूटेशनल रूप से गहन है।

स्थैतिक प्रकाश प्रकीर्णन जैसी प्रौद्योगिकी का उपयोग पॉलीइलेक्ट्रोलाइट रचना और गठनात्मक परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

पॉलीएम्फोलाइट्स
पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स जो दोनों धनायनित और ऋणयानी आवृत्ति समूह को सहन करते हैं, उन्हें पॉलीएम्फोलाइट्स कहा जाता है। इन समूहों के अम्ल-क्षार संतुलन के मध्य प्रतिस्पर्धा उनके शारीरिक व्यवहार में अतिरिक्त जटिलताएं उत्पन्न करती है। ये पॉलिमर सामान्यतः केवल तभी घुलते हैं जब पर्याप्त मात्रा में नमक मिलाया जाता है, जो विपरीत आवेश वाले सेगमेंट के मध्य की बातचीत को स्क्रीन करता है। एम्फ़ोटेरिक मैक्रोपोरस हाइड्रोजेल के स्थिति में केंद्रित नमक समाधान की कार्रवाई से मैक्रोमोलेक्युलस के सहसंयोजक क्रॉस-लिंकिंग के कारण पॉलीएम्फोलाइट सामग्री का विघटन नहीं होता है। सिंथेटिक 3-डी मैक्रोपोरस हाइड्रोजेल बेहद पतला जलीय घोल से पीएच की विस्तृत श्रृंखला में भारी-धातु आयनों को सोखने की उत्कृष्ट क्षमता दिखाता है, जिसे अंत में नमकीन पानी के शुद्धिकरण के लिए सोखने वाले के रूप में उपयोग किया जा सकता है। सभी प्रोटीन पॉलीएम्फोलाइट्स होते हैं, क्योंकि कुछ एमिनो अम्ल अम्लीय होते हैं, जबकि अन्य मूलभूत होते हैं।

अनुप्रयोग
पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स के कई अनुप्रयोग हैं, जो अधिकतर जलीय घोलों और जैल के प्रवाह और स्थिरता गुणों को संशोधित करने से संबंधित हैं। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग कोलाइडल निलंबन को अस्थिर करने और फ्लोकुलेशन (वर्षा) आरंभ करने के लिए किया जा सकता है। उनका उपयोग तटस्थ कणों को सतह आवेश प्रदान करने के लिए भी किया जा सकता है, जिससे उन्हें जलीय घोल में विस्तारित करने में सहायता मिलती है। इस प्रकार वे प्रायः विचारक, पायसीकारकों, कंडीशनर (रसायन विज्ञान), स्पष्ट करने वाले एजेंट और यहां तक ​​कि ड्रैग (भौतिकी) रिड्यूसर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। उनका उपयोग जल उपचार और पेट्रोलियम निष्कर्षण के लिए किया जाता है। कई साबुन, शैंपू और सौंदर्य प्रसाधन में पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स सम्मिलित होते हैं। इसके अतिरिक्त, उन्हें कई खाद्य पदार्थों और ठोस मिश्रण (सुपरप्लास्टिकाइज़र) में जोड़ा जाता है। खाद्य लेबल पर दिखाई देने वाले कुछ पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स पेक्टिन, कैरेजेनन, एल्गिनेट्स और कार्बोक्सिमिथाइल सेलुलोज हैं। अंतिम को छोड़कर सभी प्राकृतिक मूल के हैं। अंत में, उनका उपयोग सीमेंट सहित विभिन्न प्रकार की सामग्रियों में किया जाता है।

क्योंकि उनमें से कुछ पानी में घुलनशील हैं, उन्हें जैव रासायनिक और चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए भी परिक्षण किया जाता है। प्रत्यारोपण कोटिंग्स के लिए बायोकम्पैटिबल पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करने, नियंत्रित ड्रग रिलीज और अन्य अनुप्रयोगों के लिए वर्तमान में अधिक शोध है। इस प्रकार, वर्तमान में, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट कॉम्प्लेक्स से बनी बायोकंपैटिबल और बायोडिग्रेडेबल मैक्रोपोरस सामग्री का वर्णन किया गया था, जहां सामग्री ने स्तनधारी कोशिकाओं के उत्कृष्ट प्रसार का प्रदर्शन किया था।

बहुपरत
पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग नए प्रकार की सामग्रियों के निर्माण में किया गया है जिन्हें पॉलीइलेक्ट्रोलाइट मल्टीलेयर्स (पीईएम) के रूप में जाना जाता है। इन पतली फिल्मों का निर्माण परत-दर-परत (एलबीएल) निक्षेपण प्रौद्योगिकी का उपयोग करके किया जाता है। एलबीएल जमाव के समय, सकारात्मक और नकारात्मक रूप से आवेश किए गए पॉलीइलेक्ट्रोलाइट समाधानों के पतला स्नान के मध्य उपयुक्त विकास सब्सट्रेट (सामान्यतः आवेश किया जाता है) को अग्र और पश्च डुबोया जाता है। प्रत्येक डिप के समय पॉलीइलेक्ट्रोलाइट की छोटी मात्रा को सोख लिया जाता है और सतह के आवेश को विपरीत कर दिया जाता है, जिससे पॉलीकेशन-पॉलियनियन परतों के इलेक्ट्रोस्टैटिकली रूप से क्रॉस-लिंक्ड फिल्मों के क्रमिक और नियंत्रित निर्माण की अनुमति मिलती है। वैज्ञानिकों ने एकल-नैनोमीटर स्तर पर ऐसी फिल्मों के मोटाई नियंत्रण का प्रदर्शन किया है। एलबीएल फिल्मों का निर्माण आवेशित प्रजातियों जैसे कि नैनोकणों या मिट्टी के प्लेटलेट्स को पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स के स्थान पर या इसके अतिरिक्त करके भी किया जा सकता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स के अतिरिक्त हाइड्रोजन बंधन का उपयोग करके एलबीएल वर्णन भी पूरा किया गया है। बहुपरत निर्माण के विषय में अधिक जानकारी के लिए कृपया पॉलीइलेक्ट्रोलाइट सोखना देखें। सोने के सब्सट्रेट पर पीईएम (पीएसएस-पीएएच (पॉली (एलिलमाइन) हाइड्रोक्लोराइड)) का एलबीएल गठन चित्र में देखा जा सकता है। सोखना कैनेटीक्स, परत की मोटाई और ऑप्टिकल घनत्व निर्धारित करने के लिए गठन को मल्टी-पैरामीट्रिक सरफेस प्लास्मोन रेजोनेंस का उपयोग करके मापा जाता है। पीईएम कोटिंग्स के मुख्य लाभ वस्तुओं को अनुरूप रूप से कोट करने की क्षमता है (अर्थात, प्रौद्योगिकी फ्लैट वस्तुओं को कोटिंग करने तक सीमित नहीं है), जल-आधारित प्रक्रियाओं का उपयोग करने के पर्यावरणीय लाभ, उचित व्यय और विशेष रासायनिक गुणों का उपयोग होता है। आगे के संशोधन के लिए फिल्म, जैसे कि धातु या अर्धचालक नैनोकणों का संश्लेषण, या विरोधी-चिंतनशील कोटिंग्स, ऑप्टिकल शटर (फोटोग्राफी), और सुपरहाइड्रोफोबिक कोटिंग्स बनाने के लिए सरंध्रता चरण संक्रमण होता है।

ब्रिजिंग
यदि पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखलाओं को आवेशित स्थूल आयनों (अर्थात डीएनए अणुओं की सरणी) की प्रणाली में जोड़ा जाता है, तो पॉलीइलेक्ट्रोलाइट ब्रिजिंग नामक रोचक घटना हो सकती है। ब्रिजिंग इंटरैक्शन शब्द सामान्यतः उस स्थिति पर प्रस्तावित होता है जहां एकल पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखला दो (या अधिक) विपरीत रूप से आवेशित स्थूल आयनों (जैसे डीएनए अणु) को सोख सकती है, इस प्रकार आणविक पुलों की स्थापना करती है और, इसकी संयोजकता के माध्यम से, उनके मध्य आकर्षक अंतःक्रियाओं की मध्यस्थता करती है।

छोटे स्थूल पृथक्करण पर, स्थूल आयनों के मध्य श्रृंखला को निचोड़ा जाता है और प्रणाली में इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव प्रत्येक प्रकार से स्टेरिक प्रभाव से आच्छादित हो जाते हैं- प्रणाली का प्रभावी रूप से निर्वहन किया जाता है। जैसे-जैसे हम स्थूल पृथक्करण को बढ़ाते हैं, हम साथ-साथ उनके द्वारा अधिशोषित पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखला को भी खींचते हैं। श्रृंखला का खिंचाव श्रृंखला की रबर लोच के कारण उपर्युक्त आकर्षक अंतःक्रियाओं को जन्म देता है।

इसकी संयोजकता के कारण पॉलीइलेक्ट्रोलाइट श्रृंखला का व्यवहार सीमित असंबद्ध आयनों के स्थिति में लगभग कोई समानता नहीं रखता है।

पॉलीअम्ल
बहुलक शब्दावली में, पॉलीअम्ल मोनोमर के पर्याप्त अंश पर अम्ल समूहों वाले बड़े अणुओं से बना पॉलीइलेक्ट्रोलाइट है।

सामान्यतः, अम्ल समूह, , या  होते हैं।

यह भी देखें

 * फैलाव
 * आयन विनिमय रेजिन
 * पॉलीपिरिडिनियम लवण

बाहरी संबंध

 * Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz, Germany
 * Polyelectrolytes: Institute of Physical & Theoretical Chemistry, University of Regensburg, Regensburg, Germany
 * Polyelectrolytes: Vadodara, Gujarat, India