Физика полимеров Ч1

Содержание

Слайд 2

Физические свойства полимеров определяются их химическим строением, отражающимся на внутри- и межмолекулярных

Физические свойства полимеров определяются их химическим строением, отражающимся на внутри- и межмолекулярных
взаимодействиях, что в свою очередь влияет на фазовые переходы, гибкость, упругость, пластичность и прочие свойства.
Гибкость
Изучение строения полимеров показало, что макромолекулы представляют собой длинные цепи, состоящие из сотен и тысяч СПЗ. По логике вещей, такие макроцепи должны характеризоваться длиной, в сотни и тысячи раз превышающей ширину поперечного сечения молекулы. Однако физическими методами (электронографией, рентгенографией, диффузией свободного лучепреломления) доказано, что соотношение длины макромолекул полимеров к ширине составляет величину всего-навсего порядка 10.

Слайд 3

Такое наблюдение возможно только в том случае, если макромолекула свернута в клубок

Такое наблюдение возможно только в том случае, если макромолекула свернута в клубок
(либо стремится к этому состоянию). Очевидно, что подобное поведение макромолекул напрямую связано с таким свойством, как гибкость макромолекулярной цепи.
Гибкостью макромолекул называют способность принимать различные конформации = свобода конформационных превращений.
Представление о свободном внутреннем вращении молекул было впервые введено учеными Куном, Марком и Гутом. Подобная цепь, атомы которой не имеют фиксированных валентных углов и звенья которой свободно вращаются друг относительно друга называется свободно-сочлененной. Это гипотетическая = модельная предельно гибкая цепь.

Слайд 4

В реальных молекулах валентные углы атомов фиксированы и способны измениться лишь на

В реальных молекулах валентные углы атомов фиксированы и способны измениться лишь на
незначительную величину, т.. Наблюдается зависимость положения каждого последующего звена от предыдущего. Торможение внутреннего вращения звеньев цепи обусловлено двумя видами взаимодействий:
внутримолекулярным;
межмолекулярным.
Больший вклад в торможение свободного вращения оказывают внутримолекулярные взаимодействия. Различают 2 вида подобных взаимодействий:
Взаимодействия ближнего порядка – на расстоянии нескольких связей (между атомами соседних звеньев);
Взаимодействия дальнего порядка – взаимодействия сильно удаленных участков молекулы в результате пространственного сближения.
При конформационных переходах наиболее существенен вклад взаимодействий ближнего порядка.

Слайд 5

В результате теплового движения атомов происходит разворот как заместителей при атомах основной

В результате теплового движения атомов происходит разворот как заместителей при атомах основной
цепи, так и елых звеньев относительно друг друга.
Как и в случае низкомолекулярных молекул в результате вращения звеньев относительно одинарной связи с цилиндрической осью симметрии происходит сближение атомов на расстояние, меньшее расстояния Ван-дер-Ваальса, что приводит к взаимному отталкиванию и повышению энергии системы. Т.о. при повороте атомов вокруг одинарных связей возникают определенные энергетические барьеры вращения = потенциальные барьеры = активационные барьеры, представляющие собой то количество энергии, которое необходимо затратить для перехода одной устойчивой конформации в другую устойчивую конформацию через нестабильную конформацию с высокой потенциальной энергией.

Слайд 6

φ

ΔEa

ΔEa

Δε

Δε

Кинетическая гибкость

Термодинамическая гибкость

Заслоненная

Заслоненная

Заторможенная

Заторможенная

анти

φ ΔEa ΔEa Δε Δε Кинетическая гибкость Термодинамическая гибкость Заслоненная Заслоненная Заторможенная Заторможенная анти

Слайд 7

Поскольку потенциальные барьеры взаимного перехода заторможенных конформаций не сильно велики, в процесссе

Поскольку потенциальные барьеры взаимного перехода заторможенных конформаций не сильно велики, в процесссе
«жизнедеятельности» макромолекул происходит постоянное неполное заторможенное вращение с переходом заторможенных конформаций одна в другую:
анти (-) гош (+) гош
Скорость конформационных превращений зависит от величины соотношения потенциального энергетического барьера вращения и энергии внешних воздействий: чем больше ΔEa и меньше Ек, тем медленнее осуществляется поворот звена и тем меньше вероятность смены конформаций => тем меньше гибкость.
Гибкость, определяемая величиной потенциального барьера (ΔEa), называется кинетической гибкостью.
Гибкость, определяемая разностью энергий ближайших заторможенных конформаций (Δε) называется термодинамической гибкостью.

Слайд 8

Кинетическая и термодинамическая гибкости полимерной цепи могут не совпадать: при высокой термодинамической

Кинетическая и термодинамическая гибкости полимерной цепи могут не совпадать: при высокой термодинамической
гибкости скорость разворота может быть невелика в условиях ΔEa >Eк => молекула может вести себя как жесткая.
Кроме того, в макромолекулах потенциальные барьеры внутреннего вращения зависят от направления и углов поворота соседних связей. Гош-повороты противоположного знака (навстречу друг другу) приводят к заслонению тяжелых заместителей => запрет на гош-развороты противоположного знака.

Слайд 9

Вследствие теплового движения гибкая изолированная цепь сворачивается в спираль (вторичная структура), а

Вследствие теплового движения гибкая изолированная цепь сворачивается в спираль (вторичная структура), а
затем в глобулу = клубок (третичная структура). Степень свернутости цепей зависит от термодинамической гибкости, прироы заместителей, длины боковых цепей, а также межмолекулярных взаимодействий. Беспорядочно свернутую макромолекулу называют статистическим клубком Куна (или гауссовым клубком). Параметры клубка выявляют из следующих расчетов:

Слайд 10

где R – длина цепи, 1/2 – размер цепи, усредненной по всем

где R – длина цепи, 1/2 – размер цепи, усредненной по всем
конформациям, 1/2 – среднеквадратичный радиус инерции, L – контурная длина цепи, l – длина звена, n – количество звеньев, W – термодинамическая вероятность.

Макромолекула

Среднеквадратичное расстояние между концами цепи

Среднеквадратичный радиус инерции

Имя файла: Физика-полимеров-Ч1.pptx
Количество просмотров: 66
Количество скачиваний: 1