Существует модель полимерной цепи с фиксированными валентными углами и свободным внутренним вращением и полимерной цепи с заторможенным внутренним вращением. Многие проблемы физических свойств полимеров можно решить, используя поворотно-изомерную модель. Идея модели состоит в предположении, что макромолекула может иметь дискретный набор пространственных структур (конформеров), а внутреннее вращение представляет собой «поворотную изомеризацию» – перескоки между поворотными изомерами (транс- цис-, например). Эта модель является наиболее адекватной моделью полимерной цепи. С помощью этой модели вычисляют такие характеристики полимерной цепи как расстояния между концами цепи, радиусы инерции. Но вычисление их в рамках данной модели достаточно сложное.
Специфика физических свойств макромолекул определяется большим числом одинаковых звеньев в цепи. Аминокислоты в цепи белка отличаются друг от друга, но эти различия относятся к боковым группам, а основные звенья – пептидные группы – однотипны. Благодаря тому, что за физическое поведение макромолекул отвечает прежде всего их цепное строение, оказывается возможным построить общую физическую теорию поведения макромолекул, позволяющих в то же время учесть природу составляющих цепь атомов и групп.
Ярким выражением специфики макромолекул является их высокоэластичность. Высокоэластичность – это способность к очень большим упругим деформациям, достигающим сотен процентов, при малом модуле упругости. При небольших деформациях каучук, например, подобно упругим телам, подчиняется закону Гука – деформация пропорциональна приложенному напряжению:s = e(L-L0)/ L0, где s - напряжение, т.е. сила, отнесенная к единице сечения недеформированного образца, L – длина растянутого, а L0 – длина нерастянутого образца, e - модуль упругости. Для стали e = 20000 – 22000 кг/мм, для каучука e = 0,02 – 0,8 кг/мм, т.е. в миллион раз меньше. В этом смысле каучук подобен идеальному газу. Кроме этого, аналогия каучука и идеального газа состоит в том, что при адиабатическом растяжении (т.е. при отсутствии теплообмена с окружающей средой) каучук нагревается как при адиабатическом сжатии нагревается идеальный газ. Внутренняя энергия каучука практически не зависит от его растяжения, так же как и внутренняя энергия идеального газа не зависит от его расширения или сжатия. Упругие свойства твердых тел имеют другой характер. Упругая сила возникает при деформации стальной пружины, так как эта деформация вызывает изменение межатомных расстояний и соответствующее увеличение внутренней энергии. Значит, упругость любого неполимерного материала является энергетической. Очевидно, происхождение высокоэластичности иное. Рассмотрим основные термодинамические соотношения, характеризующие процесс растяжения каучука.
Работа, необходимая для изотермической деформации каучука, равна изменению его свободной энергии при постоянной температуре (Т-const): dA = dF = dE – TdS. С другой стороны, работа растяжения равна произведению растягивающей силы на удлинение образца dA = fdL. Пренебрегая очень малым изменением объема каучука при его деформации, можем записать f = (¶F/¶L)T= (¶E/¶L)T – T(¶S/¶L)T.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.