高分子物理知識(shí)學(xué)知識(shí)題第一章解析

高分子物理知識(shí)學(xué)知識(shí)題第一章答案剖析高分子物理知識(shí)學(xué)知識(shí)題第一章答案剖析10/10高分子物理知識(shí)學(xué)知識(shí)題第一章答案剖析高分子物理學(xué)思慮題及習(xí)題第1章思慮題1-1重要看法：高分子化合物；高分子資料（聚合物）；天然高分子資料；人工合成高分子資料；塑料；橡膠；纖維；功能高分子；構(gòu)造單元；聚合度；線形分子鏈（線形高分子）；支化分子鏈（支化高分子）；交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（交聯(lián)高分子）。1-2認(rèn)識(shí)高分子資料的分類法和命名法。1-3與小分子化合物和小分子資料比較，高分子化合物與高分子資料的構(gòu)造有哪些重要特色使之擁有獨(dú)到的性能？將這些特色切記在心。1-4仔細(xì)閱讀關(guān)于高分子資料的“多分別性和多尺度性”、“軟物質(zhì)性”及“標(biāo)度性”的說明，理解其意義。1-5認(rèn)識(shí)高分子物理學(xué)的核心內(nèi)容和主要學(xué)習(xí)線索，領(lǐng)悟“高分子物理學(xué)是研究高分子資料構(gòu)造、分子運(yùn)動(dòng)與性能的關(guān)系的學(xué)說”。1-6閱讀“高分子物理學(xué)發(fā)展簡史及研究熱門”一節(jié)，認(rèn)識(shí)當(dāng)前高分子物理學(xué)的熱門問題和發(fā)展方向。1-7依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，列舉一些合合用作塑料、橡膠或纖維的聚合物名稱。1-8以下一些聚合物（我國的商品名稱）：丁苯橡膠，氯丁橡膠，硅橡膠，環(huán)氧樹脂，脲醛樹脂，聚氯乙烯，聚碳酸脂，滌綸，錦綸，腈綸。試分別寫出各自構(gòu)造單元的化學(xué)構(gòu)造式及合成所需單體的化學(xué)構(gòu)造式。第一章習(xí)題可能與高分子化學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容重復(fù)，可不做。第2章思慮題及習(xí)題2-1重要看法：近程構(gòu)造；遠(yuǎn)程構(gòu)造；構(gòu)型；構(gòu)象；無規(guī)線團(tuán)；內(nèi)旋轉(zhuǎn)；內(nèi)旋轉(zhuǎn)勢(shì)壘；分子鏈柔順性（靜態(tài)和動(dòng)向）；鏈段；均方尾端距；均方旋轉(zhuǎn)半徑；自由連接鏈；自由旋轉(zhuǎn)鏈；等效自由連接鏈；Kuhn等效鏈段；高斯鏈；θ條件θ狀態(tài)；Flory特色比（剛性因子）。1）近程構(gòu)造：包含構(gòu)造和構(gòu)型。構(gòu)造是指鏈中原子的種類和擺列，代替基和端基的種類，單體單元的擺列序次，支鏈的種類和長度等。構(gòu)型是指由化學(xué)鍵所固定的鏈中原子或基團(tuán)在空間的擺列。注意：近程構(gòu)造相當(dāng)于“鏈的細(xì)節(jié)”。構(gòu)造重視于鏈上的原子的種類、數(shù)量比率、互相連接關(guān)系。構(gòu)型涉及空間立體異構(gòu)（順反異構(gòu)、旋光異構(gòu)）。2）遠(yuǎn)程構(gòu)造：包含分子的大小、構(gòu)象和形態(tài)，鏈的柔順性。注意：由于高分子的長鏈形狀，才產(chǎn)生了這樣多的構(gòu)造層次。3）無規(guī)線團(tuán)：高斯鏈的空間形態(tài)。換言之，無規(guī)蜷縮的柔性鏈的空間形態(tài)。4）內(nèi)旋轉(zhuǎn)：sigma鍵的電子云軸對(duì)稱，所以形成sigma鍵的兩個(gè)原子能夠繞鍵對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)。注意：無論高分子或小分子，只若是sigma鍵即可內(nèi)旋轉(zhuǎn)。小分子的三維尺寸差不多，內(nèi)旋轉(zhuǎn)意義不大；而高分子的長短與粗細(xì)相差懸殊，故內(nèi)旋轉(zhuǎn)能致使高分子鏈出現(xiàn)天文數(shù)字的空間形態(tài)。我們一般只關(guān)注“主鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)”，不太關(guān)懷側(cè)基上單鍵。（5）內(nèi)旋轉(zhuǎn)勢(shì)壘：順式構(gòu)象與反式構(gòu)象的位能差。注意：參照?qǐng)D2-5。相當(dāng)于內(nèi)旋轉(zhuǎn)活化能，內(nèi)旋轉(zhuǎn)勢(shì)能峰高度。是E而不是Δε。6）柔順性：大分子鏈經(jīng)過主鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)能夠改變構(gòu)象和形態(tài)的性質(zhì)。7）鏈段：大分子鏈上由相鄰幾個(gè)單鍵組成的能夠自由取向的最小單位。注意：鏈段實(shí)質(zhì)上不存在，是一個(gè)人為的劃分。很多時(shí)候算出來的鏈段長度是個(gè)非整數(shù)（比方聚乙烯，le=8.28倍單鍵投影長度）。但是鏈段有明確的物理意義，即鏈越柔順，le越小。8）均方尾端距：尾端距平方的平均值。注意：怎樣理解“平均值”？有兩種“平均”方法，（1）可只對(duì)一個(gè)鏈進(jìn)行時(shí)間平均；（2）也可對(duì)全部鏈（某一時(shí)辰）作平均。依據(jù)統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理，兩者的結(jié)果同樣。9）均方旋轉(zhuǎn)（逥旋）半徑：教材上有的10）自由連接鏈：假設(shè)（1）組成鏈的化學(xué)鍵不據(jù)有體積；（2）每個(gè)化學(xué)鍵都不受鍵角和內(nèi)旋轉(zhuǎn)勢(shì)壘的限制，可在空間中自由取向；（3）化學(xué)鍵（鏈節(jié)）數(shù)量足夠多（這樣才可合用統(tǒng)計(jì)規(guī)律）。這樣的鏈就是自由連接鏈。11）自由旋轉(zhuǎn)鏈：化學(xué)鍵在空間中的取向受鍵角限制。其余同自由連接鏈。12）等效自由連接鏈：若是真實(shí)高分子鏈（1）有必定柔性；（2）鏈的輪廓長度足夠長，則可將真實(shí)鏈人為劃分成很多鏈段（足夠多），那么真實(shí)鏈可看做以鏈段為統(tǒng)計(jì)單元的自由結(jié)合連。稱為“等效自由結(jié)合鏈”。（13）Kuhn等效鏈段：就是鏈段。14）高斯鏈：若是高分子鏈（1）有必定柔性；（2）鏈的輪廓長度足夠長，則其尾端距散布切合高斯函數(shù)，稱為“高斯鏈”。自由連接鏈和等效自由連接鏈都是高斯鏈。15）θ條件/θ狀態(tài)：當(dāng)研究高分子溶液中高分子鏈的形態(tài)時(shí)，可選擇特定的溶劑—溫度組合，即可除掉高分子—溶劑互相作用對(duì)鏈形態(tài)的影響。這時(shí)鏈形態(tài)只與鏈化學(xué)構(gòu)造有關(guān)。稱為θ條件/θ狀態(tài)。16）Flory特色比（剛性因子）：教材上有的。2-2高分子資料的構(gòu)造層次有哪些？答：鏈構(gòu)造（包含近程構(gòu)造（一級(jí)構(gòu)造）、遠(yuǎn)程構(gòu)造（二級(jí)構(gòu)造））；齊聚態(tài)構(gòu)造（三級(jí)構(gòu)造）；織態(tài)構(gòu)造。。。詳細(xì)的請(qǐng)看課件。只有高分子資料有這么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)層次。名稱內(nèi)容備注近程構(gòu)造或化學(xué)構(gòu)造單元的化學(xué)組成鏈構(gòu)造鍵接方式結(jié)（一級(jí)構(gòu)造）構(gòu)型configuration構(gòu)（旋光異構(gòu)，幾何異構(gòu)）一根大分子鏈幾何形狀（線形，支化，網(wǎng)狀等）共聚物的構(gòu)造遠(yuǎn)程構(gòu)造高分子鏈的形態(tài)：構(gòu)象（二級(jí)構(gòu)造）conformation高分子的大?。悍肿恿考捌渖⒉箭R聚態(tài)構(gòu)造，或稱為超晶態(tài)；分子構(gòu)造非晶態(tài)（三級(jí)構(gòu)造）取向態(tài)；很多根大分子鏈的聚液晶態(tài)集體織態(tài)構(gòu)造高聚物填補(bǔ)劑系統(tǒng)多相系統(tǒng)高聚物共混系統(tǒng)2-3若是聚丙烯的等規(guī)度不高，能不能夠用改變構(gòu)象的方法提升其等規(guī)度？說明理由。答：不能夠。等規(guī)度屬于構(gòu)型問題，要改變構(gòu)型則必定打斷化學(xué)鍵進(jìn)行重新擺列。2-4為何說分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)對(duì)聚合物構(gòu)造和性能有重要影響？答：主鏈上單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)使得柔性鏈的形態(tài)時(shí)辰變化，擁有柔順性。當(dāng)外界條件（如外力）變化時(shí)，鏈能夠調(diào)整其形態(tài)。橡膠的大尺度彈性形變、高聚物的優(yōu)異韌性都與此有關(guān)。2-5為何采納均方尾端距和均方旋轉(zhuǎn)半徑而不直接用平均尾端距和平均旋轉(zhuǎn)半徑以及輪廓長度來描述高分子的尺寸？答：尾端距和旋轉(zhuǎn)半徑都是矢量，所以平均下來是0。尾端距和旋轉(zhuǎn)半徑平方后再平均可除掉方向要素，只關(guān)懷其大小。才可用來表征鏈的形態(tài)。“輪廓長度”contourlength是鏈圓滿挺直（平面鋸齒形鏈）的長度。由于高分子鏈一般是無規(guī)線團(tuán)的形態(tài)，所以單用輪廓長度不足以表征鏈的形態(tài)特色。換言之，輪廓長度只適于表征圓滿剛性鏈。2-6怎樣理解鏈段的看法？答：聚合物分子鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)一方面碰到相鄰非鍵合原子和原子團(tuán)的拘束，另一方面碰到鏈之間互相作使勁的阻截，所以聚合物單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘比較高。當(dāng)分子鏈中某一個(gè)單鍵發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)不是孤立的，它會(huì)帶動(dòng)與其相鄰的化學(xué)鍵一起運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在主鏈上形成了由若干個(gè)化學(xué)鍵組成的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的小單元——“鏈段”。鏈段是一個(gè)統(tǒng)計(jì)看法。2-7順-1，4-聚異戊二烯和反-1，4-聚異戊二烯擁有同樣的化學(xué)構(gòu)造，為何前者在室溫下是橡膠，此后者倒是塑料？答：順-1，4-聚異戊二烯鏈的等同周期較大，常溫下不易結(jié)晶。并且是非極性聚合物，分子間互相作使勁很小，鏈上單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘很小，所以鏈擁有很大的柔性，在宏觀上表現(xiàn)很大的變形能力，故是橡膠。反-1，4-聚異戊二烯鏈的等同周期短，鏈很規(guī)整，故常溫下很簡單結(jié)晶，鏈被晶格拘束，不能夠改變形態(tài)，宏觀上表現(xiàn)塑料特色。2-8聚乙烯、聚甲醛和聚丙烯的鏈柔性也很好，為何不是橡膠而是塑料？答：最主要原由是鏈很規(guī)整，易結(jié)晶，資料的結(jié)晶度特別高。2-9命名以下三種共聚物，并展望其主要性能（強(qiáng)度、彈性、硬度、熱變形溫度等）：（1）75％丁二烯與25％苯乙烯組成的無規(guī)共聚物；（2）30％丁二烯與70%苯乙烯組成的三嵌段共聚物；（3）98％苯乙烯—2％丁二烯的接枝共聚物。答：（1）丁苯橡膠。彈性好，硬度小，熱變形溫度低；（2）SBS，熱塑性彈性體。彈性好，硬度小，熱變形溫度低；（3）HIPS，高抗沖聚苯乙烯。強(qiáng)度大，彈性小，硬度大，熱變形溫度高。2-10試從構(gòu)造上剖析高壓聚乙烯（LDPE）、低壓聚乙烯（HDPE）、線形低密度聚乙烯（LLDPE）和交聯(lián)聚乙烯在性能上的差別？怎樣劃分支化和交聯(lián)的同種聚合物？答：2-11自由連接鏈，自由旋轉(zhuǎn)鏈，等效自由連接鏈模型，哪一種模型最湊近真實(shí)高分子鏈？比較而言，哪一種鏈最柔順？答：等效自由連接鏈模型最湊近真實(shí)高分子鏈，自由連接鏈最柔順。2-12將以下各組高分子依據(jù)鏈柔順性大小排序，并指明原由。答：依據(jù)鏈柔性從大到?。?）聚乙烯>聚丙烯>聚苯乙烯；非極性代替基，并且代替基不能夠變形。則代替基體積越大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)越困難，鏈柔性越小。2）聚丙烯>聚氯乙烯>聚丙烯腈；代替基極性越大，鏈柔性越小。3）聚氯乙烯<聚偏氯乙烯；對(duì)稱代替基，鏈柔性好。4）聚丙烯<聚異丁烯；對(duì)稱代替基，鏈柔性好。5）聚丙烯<聚1-丁烯<聚1-己烯；非極性代替基，并且代替基是柔性鏈。則代替基越長，柔性越大。6）聚甲基丙烯酸乙酯<聚甲基丙烯酸正丙酯<聚甲基丙烯酸正丁酯<聚甲基丙烯酸正辛酯；非極性代替基，并且代替基是柔性鏈。則代替基越長，柔性越大。7）順丁橡膠>聚乙烯>聚氯乙烯>聚碳酸酯>纖維素纖維素鏈上有大批剛性環(huán)狀構(gòu)造和大批羥基，鏈間可形成大批氫鍵，故鏈剛性最大。聚碳酸酯鏈上也有很大比率的苯環(huán)和碳酸酯基團(tuán)，都是剛性構(gòu)造，故鏈柔性也很差。聚氯乙烯鏈上有極性較強(qiáng)的氯原子，鏈柔性較差。聚乙烯是非極性聚合物，鏈柔性較好。順丁橡膠鏈上有大批孤立雙鍵，使得鏈柔性很好。8）聚甲醛>聚乙烯>聚苯乙烯>聚甲基丙烯酸甲酯>纖維素；PMMA塑料是雙代替，內(nèi)旋轉(zhuǎn)更加困難。9）聚己二酸己二酯>聚對(duì)苯二甲酸乙二酯>聚碳酸酯；10）聚二甲基硅氧烷>順-1，4-聚異戊二烯>順-1，4-聚丁二烯>聚丙烯>聚甲基丙烯酸甲酯2-13若鏈的挺直長度Lmax必定，試證明以鏈段為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元的“等效自由連接鏈”的均方尾端距大于“自由連接鏈”的均方尾端距？h2zb2且b>l，z<n，nl=zb=Lmax。答：2nl2h0將zb=nl和b>l二式相乘，可得zb2>nl2。證明達(dá)成。2-14某α-烯烴的平均聚合度為500，均方尾端距為h225nm2，試求：1)剛性因子；2）作為大分子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元的鏈段長b；3）每個(gè)大分子包含的平均鏈段數(shù)N；4）每個(gè)統(tǒng)計(jì)鏈段包含的重復(fù)構(gòu)造單元數(shù)。0.5h020.5答：（1）25cos109.500.726hf221,r25000.154cos109.501h02zb225（2）zb25000.154sin109.50125.762b250.2nm125.76（3）z125.766330.24）u10001.586332-15已知高分子主鏈上的鍵角大于90°，定性地議論自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方尾端距與鍵角的關(guān)系？若是鍵角為180°，大分子鏈有無柔順性可言？答：在90—180范圍內(nèi)，鍵角越大，則自由旋轉(zhuǎn)鏈的均方尾端距越小。若是鍵角為180度，則鏈成為一剛性棒，沒有柔性。2-16已知聚乙烯的聚合度Xn=1000，在溶劑中測(cè)得聚乙烯分子鏈的均方1oS022根旋轉(zhuǎn)半徑=67.4A，求聚乙烯分子鏈的Flory特色比C、剛性因子和最大伸展倍數(shù)。0.5Kh02/hf2,r6.5答：h026.522nlzb2h2max/h020.5max322122-17在特定溶劑中，不同樣溫度下測(cè)得幾種聚合物的Ah值以下表M（此中M為聚合物的平均分子量）。試求它們的剛性因子值。計(jì)算的結(jié)果與聚異丁烯是橡膠及聚苯乙烯是塑料可否有