21-06-2024
Физика полимеров — раздел физики, изучающий строение и физические свойства полимеров, термодинамику последних и их растворов, макромолекул и полимерных сеток, релаксационные явления (механическая, электрическая и магнитная релаксация).
Содержание |
В XIX веке ученые все еще придерживались мнения, что полимеры — сравнительно простые по своей структуре соединения, объясняя их свойства изомеризмом.
В 1858 году Карл Вильгельм фон Негели предложил мицеллярную теорию полимеров, согласно которой большие молекулы есть совокупность малых молекул, удерживаемых вместе слабыми межмолекулярными силами. Физики и химики того времени, были строго уверенны в том, что очень большое соединения должно уменьшать молекулярную организацию и подлежит самораспаду.
В 1920 год Штаудингер создал[1] целостную макромолекулярную теорию строения полимеров — длинно-цепочечных молекул, состоящих из небольшого числа десятки и сотни раз повторяющихся соединений . Он утверждал, что молекула натурального каучука (полимер) — это настоящая устойчивая молекула, состоящая из цепи звеньев, удерживаемых вместе с помощью простых связей, и содержащая тысячи атомов.
Придерживаясь того мнения, что макромолекулы — жесткие стержни, Штаудингер раскритиковал экспериментальные доказательства, собранные Германом Фрэнсисом Марком и Ф. Эйрихом,[2] которые указывали на то, что полимеры могу существовать в виде гибких цепей, так и в виде мицелоподобных связок. После Г. Ф. Марк и Курт Майер ввели концепцию гибких цепей.
Первым ученым, применившим метод статистической механики для полимеров, стал швейцарский физик Вернер Кун, а вскоре его применили Герман Фрэнсис Марк и Юджин (Ойген) Гут (англ.)русск. в Вене.[3] Они исследовали явление высокоэластичности. Оказалось,[4] что высокоэластичность имеет энтропийную природу: при растяжении полимерного образца составляющие его цепные макромолекулы распрямляются — энтропия при этом уменьшается, тем самым свободная энергия образца возрастает.
Позже П. Флори обнаружил,[5] что если конфигурация малых молекул в растворе может быть точно описана с помощью вероятностно-статистичекого подхода, то при большом размере полимерных молекул этот подход становиться ненадежным. Ситуация полностью меняется, когда температура раствора понижается до определенного значения, которое варьируется в зависимости от типа полимера. При таких значения температуры раствор имеет свойства «идеального» раствора. Флори назвал такое значение температуры θ-точкой (тета-точкой).
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. Это привлекло к теории полимеров внимание ряда крупнейших физиков-теоретиков, прежде всего И. М. Лифщица, С. Ф. Эдвардса, П. Ж. де Жена.
Ж. де Клуазо[6] 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[7] (ранее) и И. М. Лифшиц[8] (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. [9]
В одной из работ И. М. Лифщица[8] 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 была 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.
Физика полимеров что изучает, физика полимеров вопросы к экзамену, физика полимеров барнеев г.м френкель с.я, физика полимеров учебник для вузов.
Будберг, Александр, Кэмпбелл-Хьюз, Антония, Евражка, Категория:Статьи проекта Москва низкой важности, Обсуждение:While the Earth Sleeps.