Энтропия полимерной цепи
Оглавление
Введение
1) Теория полимеров история и практическое применение
2) Моделирование высокомолекулярного вещества (материала) в модели полимерной цепи бусинок
3) Энергия полимерных сеток
Список литературы
Введение
Энтропия (от греч. ἐντροπία — Поворот, превращение) в естественных науках — мера беспо
рядка системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния
Энтропия — функция состояния системы, равная в равновесном процессе количеству теплоты сообщённой системе или отведённой от системы, отнесённому к термодинамической температуре системы.
Энтропия — связь между макро- и микро- состояниями, единственная функция в физике, которая показывает направленность процессов. Функция состояния системы, которая не зависит от перехода из одного состояния в другое, а зависит только от начального и конечного положения системы.
Энтропия впервые введена Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно. В конце 60-х годов было выяснено, что некоторые принципиальные проблемы биофизики могут быть сформулированы как задачи физики макромолекул, а также задачи статфизики макромолекул оказались тесно связанными с самыми актуальными общефизическими проблемами.
Теория полимеров история и практическое применение.
Теория полимеров привлекла широкое внимание среди таких ученых как:
Ж. де Клуазо и П. Ж. де Жен выявили прямую аналогию между изменением вида жидких кристаллов и фазовым переходом металла в сверхпроводящее состояние . Также де Жен показал, что статистика одиночной длинной полимерной цепочки в хорошем растворителе эквивалентна статистике магнетика вблизи фазового перехода второго рода.
С. Эдвардс (ранее) и И. М. Лифшиц (независимо и подробнее) установили математическую аналогию между статистической механикой полимерной цепочки и квантовой механикой частицы во внешнем потенциальном поле. С. Эдвардс показал, что статистическая сумма по всем возможным контурам полимера в пространстве может быть истолкована по аналогии с интегралом по траекториям Фейнмана, Лифшиц получил для полимерной цепи аналог уравнения Шредингера. Позднее Лифшицем у его учениками А. Ю. Гросбергом и А. Р. Хохловым были найдены выражение для конформационной энтропии полимерной цепи и классические результаты для полимерной глобулы в растворе.
В одной из работ И. М. Лифщица речь впервые зашла о том, что в одной полимерной молекуле могут быть фазовые переходы. Впервые состояние флуктуирующего клубка и сжатой глобулы были поняты как две различные фазы.
Первые разработки в области полимеров были связаны с преобразованием уже существующих натуральных полимеров в более удобные продукты. Чарльз Гудийр в 1839 году изобрел способ переработки натурального каучука и серы в вулканизированный каучук (резину), который не плавится летом и не замерзает зимой. Кристиан Шёнбен в 1846 году превртил хлопок в нитроцеллюлозу, которая может быть растворена специальными растворителями и залита в форму. Его работа было продолжена Джоном Уэсли Яттом, который получил твердую смесь нитроцеллюлозы и камфоры, из которой можно было формировать различные изделия. Такими были первые попытки расширить спектр доступных в производстве материалов.
Моделирование высокомолекулярного вещества (материала) в модели полимерной цепи бусинок
При рассмотрении разбавленных растворов обеих поликислот обнаруживается сходство ПМАК с ассоциирующими полимерами, а ПАК, напротив, с обычными неионогенными полимерами. При описании динамики полимерной цепи в разбавленном растворе исходят из моделей, предложенных П. Раузом и Б. Зиммом. В этих моделях полимерная цепь представляется в виде последовательности бусинок, соединенных между собой пружинами. В модели Рауза не учитываются ни гидродинамические, ни объемные взаимодействия, которые возникают между удаленными по цепи бусинками. Динамика полимерной цепи определяются только связанностью бусинок в цепь. Пренебрежение гидродинамическими и объемными взаимодействиями в модели Рауза приводит к выводам, которые не подтверждаются экспериментальными исследованиями. Однако использование результатов, полученных в рамках этой модели, оказывается оправданным для системы многих полимерных цепей (полуразбавленные и концентрированные растворы, расплавы), в которых гидродинамические и объемные взаимодействия экранируются. Теория Рауза используется при описании динамики рептаций Согласующиеся с экспериментом результаты дают расчеты на основе модели, предложенной Б. Зиммом В ней учитываются как гидродинамические, так объемные взаимодействия. Различные динамические характеристики разбавленных растворов полимеров, рассчитанные на основе моделей Зимма и Рауза . Модель Зимма Хороший растворитель растворитель ,коэффициент самодиффузии центра масс полимерной цепи *\к) так максимальное время релаксации полимерной цепи величина, характеризующая скорость приближения временной корреляционной функции . В моделях Рауза и Зимма возникают представления о локальных движениях цепи, которые включают одновременное перемещение N N бусинок. Каждому такому перемещению соответствует своя к-ая мода движения со временем релаксации Тк. Наибольшее время релаксации,соответствует движению полимерной цепи на масштабах, затрагивающих всю цепь. Де Жен предлагает рассматривать первую моду как периодическое растяжение и сжатие полимерного клубка.
Структуры полимерных цепочек: а) атактические; о) изотактические; в) снндиотактические.
Энергия полимерных сеток
Полимерные сетки состоят из длинных полимерных цепей, сшитых между собой и образующих тем самым гигантскую трехмерную макромолекулу. Все полимерные сетки, за исключением находящихся в кристаллическом или стеклообразном состоянии, обладают свойством высокоэластичности, т.е. способностью претерпевать большие обратимые деформации под действием сравнительно малых внешних сил.
Высокоэластичность - наиболее яркое проявление специфических свойств полимерных материалов, ее природа связана с фундаментальными свойствами идеальных полимерных цепей.
Упругость резины и других полимерных сеток складывается из упругостей отдельных субцепей, сшитых в сетку. Растяжение меняет равновесное расстояние между концами субцепей, переводя их из более вероятного состояния в менее вероятное. Таким образом, эластичность резин имеет энтропийную природу. Энергия идельной цепи равна нулю. Под действием внешней силы цепь растягивается и принимает менее вероятную конформацию, ее энтропия уменьшается. Таким образом, упругость имеет чисто энтропийную природу.
Скачать реферат