Гидродинамические характеристики стандартов полистиролсульфоната в растворах различной ионной силы

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретическо-литературный обзор

1.1 Основы статистики линейных полимерных цепей

1.1.1 Идеальная полимерная цепь

1.1.2 Свободно-сочлененная цепь

1.1.3 Гибкость полимерной цепи

1.1.4 Персистентная (червеобразная) модель Порода

1.1.5 Влияние эффектов исключенного объема

1.2 Полиэлектролиты

1.2.1 Поликислоты, полиоснования, поли

амфолиты

1.2.2 Размеры полиэлектролитов

1.2.3 Линейная плотность заряда, конденсация контрионов, полиэлектролитное набухание

1.2.4 Электростатический вклад в равновесную жесткость

Глава 2. Вискозиметрия, и поступательное трение цепных молекул

2.1 Гидродинамика растворов полимеров, взаимодействия в цепи

2.1.1 Поступательное трение

2.1.2 Вращательное трение

2.1.3 Основные понятия, характеристическая вязкость. Вискозиметрия полиэлектролитов

2.1.4 Теория вращательного трения для моделей червеобразного ожерелья и персистентного цилиндра

2.1.5 Эффект исключенного объема

2.1.6 Использование данных вискозиметрии для определения молекулярной массы и размеров макромолекул

2.2 Седиментация

2.2.1 Основные понятия

2.2.2. Зависимость коэффициента седиментации от молекулярного веса

2.3. Диффузия макромолекул в растворах

2.3.1. Основы явления. Коэффициент диффузии и гидродинамические свойства макромолекул

Глава 3. Экспериментальные данные и их обсуждение

3.1 Результаты вискозиметрических измерений

3.2 Определение коэффициентов скоростной седиментации

3.3 Молекулярные массы и соотношения Куна-Марка-Хаувинка-Сакурады

3.4 Оценка равновесной жесткости цепей полистирол сульфонатов при различных ионных силах

Выводы

Список литературы

вискозиметрия седиментация узкодисперсный раствор

Введение

Молекулярные свойства полимеров определяют физико-химические характеристики материалов, изготовленных на их основе. Конформация и размеры молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), РНК (рибонуклеиновой кислоты) и белков оказывают прямое влияние на способность этих молекул выполнять свои биологические функции. В связи с этим, изучение молекулярных свойств полимеров имеет принципиальное значение для решения прикладных и фундаментальных задач физикохимии высокомолекулярных соединений, биофизики, химии, фармакологии и др.

Важнейшее свойство полимерных молекул – их способность сворачиваться, изменять свою конформацию от палочкообразной до клубковой при увеличении длины полимерной цепи, определяется их равновесной жесткостью.

Для определения конформационных характеристик полимерных цепей, к которым в первую очередь относится их равновесная жесткость, разработан ряд физических методов, основанных на измерении поступательного и вращательного трения макромолекул. К числу этих методов следует отнести вискозиметрию, седиментацию и изотермическую поступательную диффузию, динамическое рассеяние света, электрическое и динамическое двойное лучепреломление и ряд других.

Целью настоящей работы было исследование гидродинамических свойств узкодисперсных образцов полистирол сульфоната в широких интервалах контурных длин и ионных сил растворов.

Глава 1. Теоретическо-литературный обзор

1.1 Основы статистики линейных полимерных цепей

Полимерные молекулы в основном являются цепями атомов, соединенных простыми (единичными) связями одинаковой длины ℓ и образующих друг с другом валентный угол и. Тепловое движение составляющих полимерную цепь атомов, проявляющееся во вращении их вокруг направления валентных связей, должно приводить к значительной свернутости цепи. Клубкообразная структура не является единственно возможной для макромолекул. В определенных случаях силы, действующие между соседними атомами цепи, столь велики, что тепловое движение не может привести к изгибанию и скручиванию цепи. При этом макромолекула имеет палочкообразную конформацию. Существенную роль в стабилизации такой конформации играют водородные связи, действующие между несоседними атомами цепи и приводящие к образованию внутримолекулярной структуры. В других случаях макромолекула принимает форму жесткой глобулы, имеющей приблизительно сферическую форму.

1.1.1. Идеальная полимерная цепь

Модель идеальной макромолекулы играет в физике полимеров такую же роль, как представление об идеальном газе в обычной молекулярной физике. Эта модель представляет собой цепочку из бестелесных звеньев; каждое из звеньев идеальной цепи соединено с двумя ближайшими по цепи соседями, но не взаимодействует ни с молекулами растворителя, ни с другими звеньями этой же или других макромолекул. Так же как существует много идеальных газов (одноатомный, двухатомный и т.д. – важно лишь, чтобы молекулы не взаимодействовали друг с другом), так есть и целый ряд моделей идеальных цепей; они различаются структурой звеньев и устройством связей между ближайшими соседями, но "идеальность" во всех случаях состоит в отсутствии объемных взаимодействий. Круг реальных условий, при которых молекулы ведут себя как идеальные, не очень широк – в основной это разбавленные растворы полимеров в так называемых θ-растворителях, а также полимерные расплавы. Тем не менее, идеальные модели очень полезны, так как позволяют составить правильное представление о характере теплового движения макромолекул, другими словами – об энтропийных свойствах полимерного вещества.

1.1.2. Свободно-сочлененная цепь

Для описания конформационных свойств полимерных молекул важное значение имеет модель свободно-сочлененной цепи, введенная в рассмотрение и разработанная Куном и Марком. В этой модели реальная полимерная цепь заменяется эквивалентной, состоящей из N прямолинейных сегментов длиной A, пространственные ориентации которых взаимно независимы. Полная длина эквивалентной цепи Lпринимается равной длине полностью вытянутой (без деформации валентных углов) реальной цепи (контурная длина):

(1)

Вторым необходимым условием, которому должна удовлетворять модельная эквивалентная цепь, является совпадение ее начала и конца с началом и концом реальной цепи при любой конформации последней. Таким образом, длина вектора h, соединяющего концы цепи, имеет одно и то же значение для реальной и модельной цепей. Величина h служит важнейшей характеристикой конформационных свойств полимерной цепи. Простейшая характеристика пространственного размера полимерной цепи – среднеквадратичной расстояние между ее концами; сравнение размера с контурной длиной характеризует степень свернутости цепи в пространстве.

Гибкость полимерной цепи ведет к тому, что макромолекулы никогда не имеют прямолинейной формы – напротив, любая достаточно длинная цепь, извиваясь, в любой момент имеет форму случайного запутанного клубка. Размер клубка в пространстве не характеризуется контурной длиной цепи, различие этих величин определяется тем, насколько свернута цепь. Именно поэтому необходимо обсуждать вопрос о размерах клубкообразных конформаций цепей. Для характеристики степени гибкости макромолекулы можно наряду с персистентной длиной использовать величину сегмента Куна.

 Скачать реферат