Фізіка палімераў
Фізіка палімераў - раздзел фізікі, які вывучае будову і фізічныя ўласцівасці палімераў, тэрмадынаміку апошніх і іх раствораў, макрамалекул і палімерных сетак, рэлаксацыйныя з’явы (механічная, электрычная і магнітная рэлаксацыя).
Важныя паняцці правіць
Гісторыя правіць
У XIX стагоддзе навукоўцы ўсё яшчэ прытрымліваліся думкі, што палімеры - параўнальна простыя па сваёй структуры злучэння, тлумачачы іх ўласцівасці ізамерызмам.
У 1858 годзе Карл Вільгельм фон Негелі прапанаваў міцеллярную тэорыю палімераў, згодна з якой вялікія малекулы ёсць сукупнасць малых малекул, якія ўтрымліваюцца разам слабымі межмолекулярных сіламі. Фізікі і хімікі таго часу былі ўпэўненыя ў тым, што вельмі вялікія злучэнні павінны валодаць зніжанай малекулярнай арганізацыяй і падлягаюць самораспаду.
У 1920 год Штаудзінгер стварыў [1] цэласную макромолекулярном тэорыю будынка палімераў - доўга-цепочечных малекул, якія складаюцца з невялікага ліку дзясяткі і сотні разоў паўтаральных злучэнняў. Ён сцвярджаў, што малекула натуральнага каўчуку (палімер) - гэта сапраўдная ўстойлівая малекула, якая складаецца з ланцуга звёнаў, якія ўтрымліваюцца разам з дапамогай простых сувязяў, і якая змяшчае тысячы атамаў.
Прытрымліваючыся таго меркавання, што макрамалекулы - жорсткія стрыжні, Штаудзінгер раскрытыкаваў эксперыментальныя доказы, сабраныя Германам Фрэнсісам Маркам і Ф. Эйрыха[2], якія паказвалі на тое, што палімеры магу існаваць у выглядзе гнуткіх ланцугоў, так і ў выглядзе міцелопадобных звязкаў. Пасля [крыніца?] Г. Ф. Марк і Курт Майер ўвялі канцэпцыю гнуткіх ланцугоў.
Першым навукоўцам, ужыўшы метад статыстычнай механікі для палімераў, стаў швейцарскі фізік Вернер Кун, а неўзабаве яго ўжылі Герман Фрэнсіс Марк і Юджын (Ойген) Гут у Вене.[3] Яны даследавалі з’ява высокоэластычнасці. Аказалася,[4] што высокоэластычнасць мае энтропійную прыроду: пры расцяжэнні палімернага ўзору складнікі яго ланцужныя макрамалекулы распростваюцца - энтрапія пры гэтым памяншаецца, тым самым свабодная энергія ўзору ўзрастае.
Пазней П. Флоры выявіў,[5] што калі канфігурацыя малых малекул у растворы можа быць дакладна апісана з дапамогай імавернасна-статычнага падыходу, то пры вялікім памеры палімерных малекул гэты падыход становіцца ненадзейным. Сітуацыя цалкам змяняецца, калі тэмпература раствора паніжаецца да пэўнага значэння, якое вар'іруецца ў залежнасці ад тыпу палімера. Пры такіх значэння тэмпературы раствор мае ўласцівасці «ідэальнага» раствора. Флоры назваў такое значэнне тэмпературы θ-кропкай (тэта-кропкай).
Статыстычная фізіка палімераў правіць
У канцы 60-х гадоў было высветлена, што некаторыя прынцыповыя праблемы біяфізікі могуць быць сфармуляваны як задачы фізікі макрамалекул, а таксама задачы статфізікі макрамалекул апынуліся цесна звязанымі з самымі актуальнымі агульнафізічнай праблемамі. Гэта прыцягнула да тэорыі палімераў ўвагу шэрагу найбуйнейшых фізікаў-тэарэтыкаў, перш за ўсё І. М. Ліфшыц, С. Ф. Эдвардса, П. Ж. дэ Жонка. Ж. дэ Клуазо [6] і П. Ж. дэ Жонак выявілі прамую аналогію паміж зменай выгляду вадкіх крышталяў і фазавым пераходам металу ў звышправодны стан. Таксама дэ Жонак паказаў, што статыстыка адзіночнай доўгай палімернай ланцужкі ў добрым растваральніку эквівалентная статыстыцы магнетыка паблізу фазавага пераходу другога роду.
С. Эдвардс [7] (раней) і І. М. Ліфшыц [8] (незалежна і падрабязней) усталявалі матэматычную аналогію паміж статыстычнай механікай палімернай ланцужкі і квантавай механікай часціцы ў вонкавым патэнцыяльным полі. С. Эдвардс паказаў, што статыстычная сума па ўсіх магчымых контурах палімера ў прасторы можа быць вытлумачана па аналогіі з інтэгралам па траекторыях Фейнмана, Ліфшыц атрымаў для палімернай ланцугу аналаг ўраўненні Шредынгера . Пазней Ліфшыц і яго вучнямі А. Ю. Гросбергом і А. Р. Хахлова былі знойдзеныя выраз для конформаціонной энтрапіі палімернай ланцугу і класічныя вынікі для палімернай глобулы ў растворы.[9]
У адной з работ І. М. Ліфшыц [8] гаворка ўпершыню зайшла аб тым, што ў адной палімернай малекуле могуць быць фазавыя пераходы. Упершыню стан флуктуірующего клубка і сціснутай глобулы былі зразуметыя як дзве розныя фазы.
Практычнае прымяненне фізікі і фізхіміі палімераў правіць
Першыя распрацоўкі ў галіне палімераў былі звязаны з пераўтварэннем ўжо існуючых натуральных палімераў у больш зручныя прадукты. Чарлз Гудзьір у 1839 годзе вынайшаў спосаб перапрацоўкі натуральнага каўчуку і серы у вулканізаванай каўчук (гуму ), які не плавіцца летам і не замярзае зімой. Крысціян Шёнбейн ў 1846 года ператварыў бавоўна у нітрацэллюлозу, якая можа быць расчынена адмысловымі растваральнікамі і залітая ў форму. Яго праца была працягнута Джонам Уэслі Хайаттом, які атрымаў цэлулоід - цвёрдую сумесь нітроцеллюлозы і камфоры, з якой можна было фарміраваць розныя вырабы. Такімі былі першыя спробы пашырыць спектр даступных у вытворчасці матэрыялаў.
Літаратура правіць
- Дой М., Эдвардс С., Динамическая теория полимеров, 2-е изд., 1998г., стр.440
- Де Жен. П., Идеи скейлинга в физике полимеров, 1982г., стр.368
- Бартенев Г. М., Френкель С. Я., Физика полимеров, 1990г., стр.433
- Strobl G. R., The Physics of Polymers,[1], 2007г., стр.518
- Morris P. J. T., Polymer Pioneers: A Popular History of the Science and Technology of Large Molecules, [2], 2005г., стр.88
Каменарыі правіць
- ↑ H. Staudinger, Über Polymerisation(недаступная спасылка), Berichte d. D. Chem. Gesellschaft '53' (6), S. 1073 (1920 года)
- ↑ F. Eirich, H. Mark, Hochmolekulare Stoffe in Lösung(недаступная спасылка), Ergebn. exakt. Naturwiss. 15, S. 1 (1936)
- ↑ E. Guth, H. Mark, Zur innermolekularen Statistik, insbesondere bei Kettenmolekülen. I(недаступная спасылка), Mh. Chem. '65' (1), S. 93 (1934)
- ↑ H. M. James, E. Guth, Theory of the Elastic Properties of Rubber(недаступная спасылка), J. Chem. Phys. '11' , p. 455 (1943)
- ↑ P. J. Flory, Principles of Polymer Chemistry , Cornell University Press, 1953 г.
- ↑ J. des Cloizeaux, The Lagrangian theory of polymer solutions at intermediate concentrations(недаступная спасылка), J. Phys. '36' (4), p. 281 (1975)
- ↑ S. F. Edwards, The statistical mechanics of polymers with excluded volume, Proc. Phys. Soc. '85' (4), p. 613 (1965)
- ↑ а б І. М. Лифщиц, Некаторыя пытанні статыстычнай тэорыі біяпалімераў , ЖЭТФ '55' , стр. 2408 (1968)
- ↑ І. М. Ліфшыц, А. Ю. Гросберг, А. Р. Хахлоў, Аб'ёмныя ўзаемадзеяння ў статыстычнай фізіцы палімернай макрамалекулы, УФН ' 127 '(3) (1979)