Будова полімерів та їх властивості.

Деякі з матеріалів, які нині називаються полімерами, відомі давно. Близько ста років потому було вивчено характерні властивості натуральних полімерних матеріалів, таких як папір, шовк, бавовна, смоли тощо. Основними методами одержання синтетичних полімерів є полімеризація і поліконденсація. Всі природні і синтетичні полімерні речовини є сумішшю молекул з різним ступенем полімеризації, тобто в полімері завжди є молекули різних довжин і, отже, різних молекулярних мас. Наприклад, молекулярна маса поліетилену досягає значень 140 кг/моль, а капрону – 26 кг/моль.Взагалі для твердих полімерів більш властивим є аморфний стан, ніж кристалічний. Деякі полімери можна одержати аморфними, якщо вони здатні навіть кристалізуватися при швидкому охолодженні розплаву (каучук, полівінілхлорид). Інші полімери, подібні поліетилену і тетрафторетилену, ніколи не вдавалось одержати в переохолодженому стані.

Аморфні полімери, залежно від температури, можуть бути в склоподібному, високоеластичному та в’язкотекучому (рідкому) станах. При цьому збільшення температури викликає їхню зміну в зазначеній вище послідовності. Зміна стану аморфного полімеру в залежності від температури відбивається на фізичних властивостях, зокрема деформації. Кристалічні полімери утворюються у вигляді полікристалічних агрегатів. Початкова стадія кристалізації у більшості полімерів пов’язана з виникненням кристалічних пачок ланцюгових молекул, які, залежно від умов, складаються в стрічки, пластини або так звані сферолітні утворення. У кристалічних полімерів сферолітні структури зустрічаються досить часто. Розміри сферолітів можуть бути від кількох мікрометрів до одного міліметра.

Структура полікристалічного полімеру значною мірою залежить від швидкості росту кристалів і від концентрації в зразку центрів кристалізації. В загальному випадку вона характеризується розподілом кристалічних областей в масі аморфного полімеру. При цьому одна і та сама молекула полімеру може переходити через кілька кристалічних і аморфних областей, як це схематично зображено на рис. 4.40. Такий взаємозв’язок областей зумовлює значну міцність полімерних зразків.

Низькомолекулярним кристалам є властивою певна температура плавлення. Плавлення полімерних кристалів відбувається в інтервалі температур, який становить 3…4 °С. Це пояснюється тим, що в полімерних кристалах є досить помітне відхилення від суворо просторового розподілу ланок молекул як на поверхні, так і в об’ємі кристала.

Особливий інтерес становлять біологічні макромолекули (біополімери) білків, РНК і ДНК, головна особливість яких полягає в тому, що ланцюг білка, РНК або ДНК є не лише молекулою певної речовини, а і своєрідною машиною (або автоматом), яка виконує певні операції. Наприклад, послідовність ланок молекули ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти) містить запис інформації (генетичної інформації), і вона кодує «тексти» білків за допомогою так званого генетичного коду. Білок з одним текстом приймає кванти світла в сітківці ока, з другим – створює зусилля у м’язах, з третім – працює в системі імунітету і т. д. Яким чином прочитується текст ДНК і як за інструкцією, яка міститься в ньому, будується білок? Ці та всі подібні питання належать до фізики біополімерів.

Важливим поштовхом до розвитку фізики полімерів послужила книга австрійського фізика Е. Шредінгера, видана у 1944 р. Послідовниками Е. Шредінгера були наукові співробітники Кавендишської лабораторії Дж. Уотсон, Ф. Крік і М. Уілкінс. Ці вчені здійснили одне із значних відкриттів в біології XX ст.: встановили структуру молекули ДНК – генетичного матеріалу клітини, який зберігає інформацію про спадкові ознаки організму. За це відкриття у 1962 р. їм було присуджено Нобелівську премію. Було встановлено, зокрема, що ДНК є основною молекулою живої природи. Нових законів фізики в біології не було встановлено, але центральну проблему, проблему будови гена, вирішити вдалось.

Відкриття структури ДНК відіграло в розвитку біології таку саму роль, як відкриття атомного ядра в фізиці. Вивчення будови атома привело до виникнення квантової фізики, а відкриття будови ДНК – до створення молекулярної біології.

Раніше рівень технічного розвитку тієї чи іншої країни визначався за обсягом виплавки сталі і заліза. З розвитком практичного використання синтетичних матеріалів потреба в металах не зменшується і їхнє виробництво неперервно зростає. Разом з тим, значення полімерних матеріалів стало настільки великим, що уже рівень технічного прогресу визначається не лише об’ємом виробництва, а й об’ємом одержання полімерних матеріалів, асортиментом і напрямком їх використання.

Питання для самоперевірки:

1.Чим відрізняються рідкі кристали від звичайних кристалів?

2.Чим відрізняються рідкі кристали від аморфних тіл?

3. Де знайшли своє використання рідкі кристали?

4.За допомогою яких технологій створюються нові матеріали з певними властивостями?

5.Як вирощують монокристали?

6. Пояснити будову та властивості полімерів

 

Література: С.У. Гончаренко Фізика 10 клас (§26, 27)

 

Творче завдання:

Написання реферату на тему: «Використання полімерів в сучасному житті»

 

ТЕМА 5

 

Розділ: Електричний струм в різних середовищах.

 

Тема: Електричний струм в вакуумі.

Мета вивчення: мати уяву про процес протікання електричного струму у вакуумі; про явище термоелектричної емісії.

 

План вивчення:

1.Електричний струм у вакуумі.

2.Термоелектронна емісія

3. Двохелектродна лампа.

4.Електронно – променева трубка.