高分子物理 第一章 高分子链的结构
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第一章高分子链的结构高分子链:由单体通过聚合反应连接而成的链状分子。
聚合度:高分子链中的重复结构单元的数目。
碳链高分子:分子主链全部由碳原子以共价键相联结的高分子。
杂链高分子:分子主链由两种或两种以上的原子,如氧、氮、硫、碳等以共价键相联结的高分子。
元素高分子:主链中含有硅、磷、锗、铝、钛、砷、锑等元素的高分子。
键接结构:结构单元在高分子链中联结方式。
顺序异构体:由结构单元间的联结方式不同所产生的异构体。
共聚物:由两种以上单体单元所组成的聚合物。
热塑性弹性体:可用注塑的方法行进行加工而求需要硫化的橡胶。
构型:构型指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
这各排列是稳定的,要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。
不对称碳原子:饱和碳氢化合物分子中的碳,以4个共价键与4个原子或基团相连,形成一个四面体,当4个不同的基团位于四面体的顶点时,中心碳原子称为不对称碳原子。
旋光异构体:含有不对称碳原子的有机物能构成互为镜象的两种异构体,表现出不同的旋光性,称为旋光异构体。
全同立构:高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。
间同立构:由两种旋光异构单元交替键接而成。
无规立构:由两种旋光异构单元完全无规键接而成。
几何异构:1,4-加成的双烯类聚合物,由于内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型与反式构型之分,它们称为几何异构体。
支化度:指支化点密度或两相邻支化点之间的链的平均分子量,用来表示支化的程度。
交联度:指相邻两个交联点之间的平均分子量。
构象:由于单元内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
内旋转异构体:由单键的内旋转旋转所导致的不同构象的分子。
链段:指由若干个键组成的一段链,可算作一个独立的单元。
柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质。
末端距:是指线型高分子链的一端至另一端的直线距离。
均方末端距:末端距或平均末端距的平方的平均值。
根均方末端距:均方末端距的平方的平均值。
自由结合链:假定分子阳由足够多的不占有体积的化学键自由结合而成,内旋转时没有键角限制和障碍,其中每个键在任何方向中取向的几率都相等,我们称这种链为自由结合链。
一、概念与名词第一章高分子链的结构高聚物的结构指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间相对排列,包括高分子的链结构和聚集态结构。
高分子链结构表明一个高分子链中原子或基团的几何排列情况。
聚集态结构指高分子整体的部结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。
近程结构指单个大分子一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。
远程结构指单个高分子的大小和在空间所存在的各种形状称为远程结构化学结构除非通过化学键的断裂和生成新的化学键才能改变的分子结构为化学结构。
物理结构而一个分子或其基团对另一个分子的相互作用构型分子中各原子在空间的相对位置和排列叫做构型,这种化学结构不经过键的破坏或生成是不能改变的。
旋光异构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三中键接方式,即全同、间同、无规立构,此即为旋光异构。
全同立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三种键接方式,若高分子链中C*的异构体是相同的,此即为全同立构。
间同立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三种键接方式,若高分子链中C*的两种异构体是交替出现的,此即为间同立构。
无规立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子,由于每一个结构单元含有一个C*,因此,它们在高分子链中有三种键接方式,若高分子链中C*的两种异构体是无规则出现的,此即为无规立构。
有规立构全同和间同立构高分子统称为有规立构。
等规度全同立构高分子或全同立构高分子和间同立构高分子在高聚物中的百分含量。
几何异构当主链上存在双键时,而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时,即可形成顺反异构,此即为几何异构。
顺反异构当主链上存在双键时,而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时,即可形成顺反异构,此即为几何异构。
第一章 高分子链的结构*近程结构:单个高分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。
又称高分子的一次结构。
*远程结构:整个分子的大小和在空间的形态,又称高分子的二次结构。
*构型:分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
*构象:由于围绕单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称作构象。
*键接结构:指聚合物大分子结构单元的连接方式。
*全同立构(等规立构):结构单元含有不对称碳原子C*的聚合物,C -C 链成锯齿状放在一个平面上。
当取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。
*间同立构(间规立构):结构单元含有不对称碳原子C*的聚合物,C —C 链成锯齿状放在一个平面上。
当取代基相间的分布于主链平面的二侧或者说两种旋光异构单元交替键接。
无规立构:结构单元含有不对称碳原子C*的聚合物,C —C 链成锯齿状放在一个平面上。
当取代基在平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接。
*柔顺性:高分子长链能发生不同程度卷曲的特性或者说高分子链能改变其构象的性质,简称柔性。
静态柔顺性:又称平衡态柔性,指的是高分子链处于较稳定状态时的卷曲程度。
*动态柔顺性:又称动力学柔性,指的是分子链从一种平衡态构象转变成另一种平衡态构象的容易程度。
*链段:高分子链上能独立运动的最小单元。
*等效自由结合链:在库恩统计法中,以链段为统计单元,链段看作刚性棒,自由连接,称为等效自由结合链。
*空间位阻参数σ:以σ来度量由于链的内旋转受阻而导致的分子尺寸增大程度的量度,σ愈小分子愈柔顺。
无扰尺寸A :因为均方末端距与键数n 成正比,而n 又比例于分子量M ,所以可以用单位分子量的均方末端距作为衡量分子柔性的参数,A 值愈小,分子链愈柔顺.极限特征比C ∞:链均方末端距与自由结合链的均方末端距的比值,当n →∞时的极限值。
链的柔性愈大,则C ∞值愈小。
*均方末端距:线型高分子链的两端直线距离的平方的平均值。
第一章高分子的链结构第一节高分子结构的特点与分类一、高分子物理研究的内容高分子物理,又叫“高聚物的结构与性能”,是研究高聚物的结构、高聚物的性能、以及结构与性能相互关系的一门科学。
二、高聚物结构的分类(一)分类(1)分子内结构:高分子的链结构(2)分子间结构:高分子的聚集态结构(二)高分子的链结构1、定义是指单个高分子的结构和形态,研究的是单个高分子链中原子或基团的几何排列。
包括高分子链的近程结构和远程结构。
2、高分子链的近程结构(1)定义是以一个或几个结构单元为研究对象,研究的是链的构造与构型;属于化学结构。
也叫“一次结构”。
(2)高分子链的构造是指高分子链的组成,包括:链节的化学组成;结构单元的键接顺序;链的几何形状。
(3)高分子链的构型是指高分子链中取代基的几何排列,包括:a、几何异构b、旋光异构3、高分子链的远程结构(1)定义以整个链为研究对象,研究的是分子链中链段的运动,涉及单个高分子的构象结构,研究链的大小和形态。
也叫“二次结构”。
(2)高分子链的大小即分子量的问题。
(3)高分子链的形态即链构象的问题。
(三)高分子的聚集态结构1、定义是指分子之间相互排列的结构和形态,包括三次结构和高次结构;属于物理结构。
2、高分子的三次结构分子链之间通过分子间作用力聚集而成的结构,包括结晶态、非晶态、取向态、液晶态结构等。
注意:二次结构与三次结构之间的区别3、高分子的高次结构是指高分子与添加剂之间、高分子之间所形成的结构,包括合金结构和复合材料的结构。
也叫“织态结构”。
高聚物结构研究的内容:三、高分子结构的特点与低分子物质相比,高分子的结构有如下特点:(1)高分子链由许多结构单元组成结构单元相当于一个小分子,可以是一种(均聚物),也可以是几种(共聚物);以共价健相连接,形成线形的、支化的、网状的。
(2)高分子链具有柔性主链有一定的内旋转自由度,可以使主链弯曲而具有柔性;并且由于分子的热运动,弯曲链的形状可以不断改变。
高分子物理课后答案第一章:高分子链的结构一、根据化学组成不同,高分子可分为哪几类?(1、分子主链全部由碳原子以共价键相连接的碳链高分子2、分子主链除含碳外,还有氧、氮、硫等两种或两种以上的原子以共价键相连接的杂链高分子3、主链中含有硅、硼、磷、铝、钛、砷、锑等元素的高分子称为元素高分子4、分子主链不含碳,且没有有机取代基)二、什么是构型,不同构型分别影响分子的什么性能?(构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何构型;1、旋光异构影响旋光性2、几何异构影响弹性 3、键接异构对化学性能有很大影响)三、什么是构造,分子构造对高分子的性能有什么影响?(分子构造是指聚合物分子的各种形状,线性聚合物分子间没有化学键结构,可以在适当溶剂中溶解,加热时可以熔融,易于加工成型。
支化聚合物的化学性质与线形聚合物相似,但其物理机械性能、加工流动性能等受支化的影响显著。
树枝链聚合物的物理化学性能独特,其溶液黏度随分子量增加出现极大值。
)四、二元共聚物可分为哪几种类型?(嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物、统计共聚物)五、什么是构象?什么是链段?分子结构对旋转位垒有什么影响?(构象表示原子基团围绕单元链内旋转而产生的空间排布。
把若干个链组成的一段链作为一个独立运动的单元,称为链段。
位垒:1、取代基的基团越多,位垒越大2、如果分子中存在着双键或三键,则邻近双键或三键的单键的内旋转位垒有较大下降。
)六、什么是平衡态柔性?什么是动态柔性?影响高分子链柔性的因素有哪些?(平衡态柔性是指热力学平衡条件下的柔性,取决于反式与旁式构象之间的能量差。
动态柔性是指外界条件影响下从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度,转变速度取决于位能曲线上反式与旁式构象之间转变位垒与外场作用能之间的联系。
影响因素:一、分子结构:1、主链结构2、取代基3、支化交联4、分子链的长链二、外界因素:温度、外力、溶剂)七、自由连接链?自由旋转链?等效自由连接链?等效自由旋转链?蠕虫状链?(自由连接链:即键长l 固定,键角⊙不固定,内旋转自由的理想化模型。