מי הצהיב את הפלסטיק שלי?

טיולים הם הזדמנויות פז להכיר מקומות חדשים. לצד זאת, במהלכם ניתקל כנראה גם במראות מלהיבים פחות, כמו מוצרי פלסטיק זרוקים לצד הדרך, שחלקם כבר שהו בחוץ זמן ממושך ונחשפו לתנאי הסביבה. לאחר זמן מה יתחיל הפלסטיק להתבלות: חלק מהמוצרים ייסדקו, אחרים יתפוררו, וחלק ממוצרי הפלסטיק ישנו את צבעם או אפילו יצהיבו. מוצרי פלסטיק מסוימים – למשל חלונות שמשמשים במכונות שתייה, בחלק מלוחות הפרסומת, וכחלק מאריזות גדולות – אינם שימושיים באותה מידה לאחר הצהבתם. אחרים – כמו בקבוקים וצעצועים – סתם נראים לנו פחות טוב בגרסתם הצהובה, וזה מקטין את הסיכוי שנמשיך להשתמש בהם. הבנת הגורמים להצהבת הפלסטיק, אם כן, עשויה להיות צעד בדרך להארכת חיי המדף שלו ולשימוש יעיל יותר בו.

השם "פלסטיק" מתאר משפחה רחבה ומגוונת של חומרים, שעשויים כולם פולימרים אורגניים. פולימר הוא מולקולה גדולה במיוחד שמורכבת מרצף חוזר של תת-יחידות זהות; למעשה, חלק ניכר מהמולקולות האורגניות המוכרות לנו, דוגמת חלבונים, DNA ורב-סוכרים, הם פולימרים. אחד הפולימרים הסינתטיים הנפוצים ביותר נקרא פוליאתילן, והוא משמש להכנת מוצרי פלסטיק רבים כמו שקיות, קופסאות פלסטיק, צעצועי פלסטיק ועוד. הפיזיקאית האמריקאית מרגרט אלמר-דיקסון (Elmer-Dixon) ועמיתיה הראו שהסיבה ליצירת הצבע הצהוב בפלסטיק שעשוי פוליאתילן היא שינוי החומר כך שיהיה בו יותר מולקולות כיראליות. 

מולקולות כיראליות הן מולקולות בעלות תכונות מיוחדות: הן יכולות להיות ימניות או שמאליות. חשבו על יד שמאל ויד ימין, שמורכבות שתיהן מארבע אצבעות ואגודל, אך הן אינן זהות משום שהן הפוכות בכיוון שלהן. הן תמונת ראי אחת של השנייה, ואין שום דרך לשים אותן זו על זו כך שהן יחפפו לחלוטין, גם מבחינת האצבעות וגם מבחינת הכיוון של כף וגב היד. לעומת זאת לכדור אין ימין ושמאל, ותמונת הראי של כדור תהייה זהה לכדור עצמו. מולקולות כיראליות הן כמו ידיים, כך ששתי מולקולות עשויות להיות בעלות הרכב כימי זהה, כלומר מורכבות בדיוק מאותם סוגי אטומים, אך במהופך – מולקולה אחת תהיה "שמאלית" ואחת "ימנית". הן לא יהיו זהות, אלא סידור האטומים באחת מהן יהיה תמונת ראי של השנייה, ולא תהיה שום דרך ליצור חפיפה ביניהן. מולקולות שאינן כיראליות זהות לתמונת הראי שלהן, או לפחות, אפשר לסדר אותן כך שיחפפו זו את זו. 

מולקולות כיראליות הן כמו ידיים, כך ששתי מולקולות עשויות להיות בעלות הרכב כימי זהה, אך במהופך - אחת שמאלית ואחת ימנית. אילוסטרציה של ידיים ומולקולות כיראליות | ויקיפדיה, Perhelion

יותר צהוב, יותר כיראלי

במחקר, אלמר-דיקסון ועמיתיה חשפו שכבת פלסטיק עשוי פוליאתילן לקרינה על-סגולה במשך מספר פרקי זמן, ובדקו את כמות המולקולות הכיראליות שנוצרו בה. הם בחרו להשתמש בקרינה על-סגולה כיוון שיש בה די אנרגיה ליצירת שינויים בפולימר, והיא חלק מקרינת השמש אליה נחשף הפלסטיק באופן טבעי. כעבור יממה החומר הכיל כמות גדולה של מולקולות כיראליות, ובנוסף, ככל שהפלסטיק נחשף יותר זמן לקרינה על-סגולה, כך צבעו היה צהוב יותר. 

החוקרים הסיקו כי חשיפת פלסטיק עשוי פוליאתילן לקרינה על-סגולה גורמת לשינוי במבנה המולקולות כך שנמצאו יותר מולקולות כיראליות בפני השטח שלו, בכמות שהולכת וגדלה ככל שזמן ההקרנה מתמשך, ופיזור האור שיוצרות המולקולות הללו הופך את הפלסטיק לצהוב. תוצאת המחקר שופכת אור חדש על תהליכי הבלאי שעוברים מוצרי פלסטיק - ואולי בעתיד תעזור לנו למנוע או לפחות לעכב אותם.