Реферат
на тему: «Энтропия полимерной цепи.Моделирование высокомолекулярного вещества (материала) в модели полимерной цепибусинок. Внутренняя и внешняя энергия полимерной сетки»
Выполнил:
студентгруппы ТЭНТ-06
КоломейченкоДанил
Оглавление
Введение
1.Теория полимеров история и практическое применение
2.Моделирование высокомолекулярного вещества (материала) в модели полимерной цепибусинок
3.Энергия полимерных сеток
Список литературы
Введение:
Энтропия (от греч. ἐντροπία— Поворот, превращение) в естественных науках — мера беспорядка системы,состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — меравероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния
Энтропия — функциясостояния системы, равная в равновесном процессе количеству теплоты сообщённойсистеме или отведённой от системы, отнесённому к термодинамической температуресистемы.
Энтропия — связь междумакро- и микро- состояниями, единственная функция в физике, которая показываетнаправленность процессов. Функция состояния системы, которая не зависит отперехода из одного состояния в другое, а зависит только от начального иконечного положения системы.
Энтропия впервыевведена Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения мерынеобратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса отидеального. Определённая, как сумма приведённых теплот, она является функциейсостояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как внеобратимых — её изменение всегда положительно. В конце 60-х годов быловыяснено, что некоторые принципиальные проблемы биофизики могут бытьсформулированы как задачи физики макромолекул, а также задачи статфизикимакромолекул оказались тесно связанными с самыми актуальными общефизическимипроблемами.
1. Теория полимеров историяи практическое применение
Теория полимеровпривлекла широкое внимание среди таких ученых как:
Ж. де Клуазо и П. Ж. деЖен выявили прямую аналогию между изменением вида жидких кристаллов и фазовымпереходом металла в сверхпроводящее состояние. Также де Жен показал, чтостатистика одиночной длинной полимерной цепочки в хорошем растворителе эквивалентнастатистике магнетика вблизи фазового перехода второго рода.
С. Эдвардс (ранее) и И.М. Лифшиц (независимо и подробнее) установили математическую аналогию междустатистической механикой полимерной цепочки и квантовой механикой частицы вовнешнем потенциальном поле. С. Эдвардс показал, что статистическая сумма повсем возможным контурам полимера в пространстве может быть истолкована поаналогии с интегралом по траекториям Фейнмана, Лифшиц получил для полимернойцепи аналог уравнения Шредингера. Позднее Лифшицем у его учениками А. Ю.Гросбергом и А. Р. Хохловым были найдены выражение для конфирмационной энтропииполимерной 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 бытьфазовые переходы. Впервые состояние флуктуирующего клубка и сжатой глобулы былипоняты как две различные фазы.
Первые разработки вобласти полимеров были связаны с преобразованием уже существующих натуральныхполимеров в более удобные продукты. Чарльз Гудийр в 1839 году изобрел способпереработки натурального каучука и серы в вулканизированный каучук (резину),который не плавится летом и не замерзает зимой. Кристиан Шёнбен в 1846 году превратилхлопок в нитроцеллюлозу, которая может быть растворена специальнымирастворителями и залита в форму. Его работа было продолжена Джоном Уэсли Яттом,который получил твердую смесь нитроцеллюлозы и камфары, из которой можно былоформировать различные изделия. Такими были первые попытки расширить спектрдоступных в производстве материалов.
2. Моделированиевысокомолекулярного вещества (материала) в модели полимерной цепи бусинок
При рассмотренииразбавленных растворов обеих поликислот обнаруживается сходство ПМАК сассоциирующими полимерами, а ПАК, напротив, с обычными неионогеннымиполимерами. При описании динамики полимерной цепи в разбавленном раствореисходят из моделей, предложенных П. Раузом и Б. Зиммом. В этих моделяхполимерная цепь представляется в виде последовательности бусинок, соединенныхмежду собой пружинами. В модели Рауза не учитываются ни гидродинамические, ниобъемные взаимодействия, которые возникают между удаленными по цепи бусинками.Динамика полимерной цепи определяются только связанностью бусинок в цепь.Пренебрежение гидродинамическими и объемными взаимодействиями в модели Раузаприводит к выводам, которые не подтверждаются экспериментальнымиисследованиями. Однако использование результатов, полученных в рамках этоймодели, оказывается оправданным для системы многих полимерных цепей(полуразбавленные и концентрированные растворы, расплавы), в которыхгидродинамические и объемные взаимодействия экранируются. Теория Раузаиспользуется при описании динамики рептаций Согласующиеся с экспериментомрезультаты дают расчеты на основе модели, предложенной Б. Зиммом В нейучитываются как гидродинамические, так объемные взаимодействия. Различныединамические характеристики разбавленных растворов полимеров, рассчитанные наоснове моделей Зимма и Рауза. Модель Зимма Хороший растворитель, коэффициентсамодиффузии центра масс полимерной цепи *\к) так максимальное время релаксацииполимерной цепи величина, характеризующая скорость приближения временнойкорреляционной функции. В моделях Рауза и Зимма возникают представления о локальныхдвижениях цепи, которые включают одновременное перемещение N N бусинок. Каждомутакому перемещению соответствует своя к-ая мода движения со временем релаксацииТк. Наибольшее время релаксации, соответствует движению полимерной цепи намасштабах, затрагивающих всю цепь. Де Жен предлагает рассматривать первую модукак периодическое растяжение и сжатие полимерного клубка.
/>
Структуры полимерных цепочек: а)атактические; о) изотактические; в) снндиотактические.
3. Энергия полимерныхсеток
Полимерныесетки состоят из длинных полимерных цепей, сшитых между собой и образующих темсамым гигантскую трехмерную макромолекулу.
Всеполимерные сетки, за исключением находящихся в кристаллическом илистеклообразном состоянии, обладают свойством высокоэластичности, т.е.способностью претерпевать большие обратимые деформации под действиемсравнительно малых внешних сил.
Высокоэластичность- наиболее яркое проявление специфических свойств полимерных материалов, ееприрода связана с фундаментальными свойствами идеальных полимерных цепей.
Упругостьрезины 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 вероятнуюконформацию, ее энтропия уменьшается. Таким образом, упругость имеет чистоэнтропийную природу.
СледуяБольцману, запишем энтропию в виде
S(R) = klnWn (R)
гдеk — константа Больцмана, — количество возможных конформаций цепи при заданномрасстоянии между концами.
Силаравна производной от свободной энергии по Координате
/>
Список литературы:
1.Научная работа и методические пособия Кафедры химии и физики полимеров иполимерных материаловим. Б.А. Догадкина МИТХТ им. М.В.Ломоносова
2.ru.wikipedia.org
3.http://www.soprotmat.ru